(完整版)残余应力分类与评估
6.残余应力
第6章材料的残余应力 在实际的生产或生活中，人们发现材料及器件在没有受到外载荷时就无缘无故地坏了。
这种现象非常令人费解：没有载荷怎么会坏呢？仔细分析发现，材料及器件内部在制备或者加工过程中就会在其内部产生应力。
因此，材料及器件内部的应力状态对其可靠性和使用寿命有重要影响［１］。
在这种情况下，需要对材料或零部件的残余应力进行测定和估计，以及采用适当的措施减小残余应力或改进其分布来消除这些工艺缺陷。
残余应力的测量技术始于２０世纪３０年代，发展至今共形成了数十种测量方法。
传统的测试方法概括起来大致可分为两大类，即具有一定损伤性的机械测量法和非破坏性无损伤的物理测量法［１～４］。
新型材料的大量出现与广泛应用，使得传统的残余应力测量方法面临严峻的挑战，也为现代材料分析测试技术领域带来新的发展契机［５～８］。
如何采用适当的措施调整残余应力或改进其分布，减小或消除残余应力对静强度、脆性破坏、抗应力腐蚀开裂和疲劳等材料性能的不利影响，以及加工时或加工后产生尺寸偏差等有害变形，是材料残余应力研究的重要课题［９～１２］。
6畅1 残余应力概论6畅1畅1 残余应力的产生6畅1畅1畅1 残余应力的产生原理［9］·861·在外力的作用下，当没有通过物体表面向物体内部传递应力时，在物体内部保持平衡的应力称为固有应力或初始应力。
在无外力作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力称为残余应力。
残余应力是固有应力的一种，而固有应力也被一些研究者称为内应力。
１９１２年，由Ｍａｒｔｅｎｓ和Ｈｅｙｎ等提出了如图６畅１所示的弹簧模型说明了残余应力的产生。
如图６畅１所示的三个弹簧，ａ为自由状态，ｂ为用刚性板将弹簧的上下两端连接起来的状态。
此时，没有从外部施加作用力，而各个弹簧之间却产生了相互的作用力。
如各弹簧的长度和弹性常数分别为l１、l２、l３和c１、c２、c３，刚性板连接后的长度为l，则各弹簧上产生的力F１、F２、F３分别为F１＝c１（l－l１）、F２＝c２（l－l２）、F３＝c３（l－l３）。
(完整版)残余应力
残余应力（Residual Stress）消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。
机械加工和强化工艺都能引起残余应力。
如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。
残余应力一般是有害的，如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
或经淬火、磨削后表面会出现裂纹。
残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。
零件的残余应力大部分都可通过适当的热处理消除。
残余应力有时也有有益的方而，它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨性能。
[1]工件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响。
也称残余应力。
残余应力是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。
凡是没有外部作用，物体内部保持自相平衡的应力，称为物体的固有应力，或称为初应力，亦称为内应力。
测试仪器编辑残余应力分析仪其原理是基于著名的布拉格方程2dsinθ=nλ ：即一定波长的X射线照射到晶体材料上，相邻两个原子面衍射时的X射线光程差正好是波长的整数倍。
通过测量衍射角变化Δθ从而得到晶格间距变化Δd，根据胡克定律和弹性力学原理，计算出材料的残余应力。
应力方程根据弹性力学理论, 在宏观各向同性晶体材料上角度φ和ψ（见图1）方向的应变可以用如下方程表述：（图1）正应力和剪切应力应力分量σφ和τφ为方向Sφ上正应力和剪切应力：含剪切应力的应力方程和曲线如果在垂直于试样表面上的平面上有剪应力存在（τ13≠0和/或τ23≠0），则εφψ与sin2ψ的函数关系是一个椭圆曲线，在ψ> 0和ψ<0是图形显示为“ψ分叉”（见图3）。
第二章 残余应力
第二章残余应力§2.1残余应力分类在各种金属构件加工制造过程中，构件内部不可避免地会产生残余应力。
生产过程中应力产生主要工艺分为：铸造残余应力、焊接残余应力、压力加工残余应力、切削加工残余应力、热处理残余应力、镀层残余应力、表面硬化处理残余应力、校直残余应力等。
§2.2残余应力的产生各种机械加工一如铸造、切削、焊接、热处理、装配等都会使工件内部出现不同程度的残余应力。
从残余应力产生的原因来讲，可分成如下几类：1.由于机械加工产生不均匀的塑性变形引起的残余应力。
2.由于温度不均匀造成的局部热塑性变形或相变作用引起的不均匀塑性变形而产生的残余应力。
3.由于装配公差产生的残余应力。
此外还有化学变化等多种原因都可产生残余应力。
由于产生残余应力的原因不同，因此构建内残余应力的分布和良知也不相同。
某点的最终残余应力的量值，是由各种原因产生的残余应力的综合值。
现将产生残余应力的几种主要原因的力学模型分述如下。
一、机械加工引起的残余应力这是金属构件在加工中最易产生的残余应力。
当施加外力时，物体的一部分出现塑性变形，卸载后，塑性变形部分限制了与其相邻部分变形的恢复，因而出现了残余应力。
这种由局部塑性变形引起的残余应力，在很多加工工艺中均会出现，如锻压、切削、冷拨、冷弯等等。
这种残余应力往往是很大的。
二、温度不均匀引起的残余应力大多数金属都不是纯弹性或纯塑性材料，在冷却过程中往往会发生塑性至弹性的转变。
以铸铁件和碳钢焊接件为例；无论是铸造和焊接均需要将构件加热到800℃以上。
加工后放在自然温度环境中，构件都要经过这个塑性—弹性转变温度区间700---400℃，由于构件冷却是从外到内的，就会产生外部成弹性温度区间，而构件内部还处在塑性温度区间，通俗的讲就是构件外部已经固化，而内部因为继续冷却而收缩，构件外部不让其收缩产生残余应力。
§2.3残余应力对金属构件的影响残余应力的存在对金属工件的强度疲劳寿命结构变形等方面的影响都是很大的，因此在结构设计中必须予以考虑。
残余应力分析报告
残余应力分析报告引言残余应力是指物体在外力作用后消失的一部分应力，这部分应力可以对物体的性能和行为产生重要影响。
残余应力分析是一项重要的工程技术，可以帮助我们更好地理解材料的性能和耐久性。
本报告旨在对残余应力的分析方法和应用进行简要介绍，以及讨论其在工程实践中的意义和局限性。
残余应力的定义与分类残余应力是指材料在外力作用后，经过一段时间后仍然存在的内部应力。
根据产生残余应力的原因，可以将其分为热残余应力、加工残余应力和相变残余应力。
热残余应力热残余应力是由于材料在热处理或冷却过程中由于温度变化引起的应力。
热残余应力的分布和大小与材料的热膨胀系数、热传导性等材料性质有关。
加工残余应力加工残余应力是由于材料加工过程中的塑性变形引起的应力。
例如，金属材料在冷加工过程中会发生塑性变形，并产生残余应力。
相变残余应力相变残余应力是由于材料经历相变过程（如固态相变、相分离等）后产生的应力。
这种应力的分布和大小与材料的相变温度、相变速率等因素有关。
残余应力分析方法残余应力分析可以采用多种方法，包括实验测试和数值模拟等。
以下是常用的几种方法：X射线衍射方法X射线衍射方法是一种常用的实验测试方法，通过测量材料中晶体的衍射角度来推断出残余应力的分布和大小。
该方法需要使用专用的X射线衍射仪器进行测试，并且需要对样品进行化学腐蚀和机械切割等预处理工作。
中子衍射方法中子衍射方法是一种非常灵敏和准确的实验测试方法，可以用于测量材料中的残余应力。
相比于X射线衍射方法，中子衍射方法对于非晶态材料和大晶粒材料具有更好的适应性。
数值模拟方法数值模拟方法是一种利用计算机模拟材料结构和应力行为的方法。
通过建立材料的几何模型和力学模型，并采用有限元方法进行数值计算，可以得到材料内部的应力分布情况。
这种方法需要对材料的物理和力学性质有较好的了解，并进行合理的参数设定。
残余应力的意义和应用残余应力的存在对材料的性能和行为产生重要影响，对以下方面具有重要意义和应用：材料强度和疲劳性能的评估残余应力会影响材料的强度和疲劳性能。
残余应力的分类
残余应力的分类众所周知，振动时效在消退和均化残余应力，稳定工件的尺寸精度方面具有特别好的作用，残余应力是什么？残余应力如何分类？本文介绍了什么是残余应力，从应力相互作用或平衡范围，金属学，应力产生的工艺过程，引起应力的工艺机构，物理学，应力存在时间的长短六个方面对残余应力进行了分类。
一、残余应力按按应力相互作用或平衡范围分类：1.第一类残余应力或称宏观应力应力存在的区域具有宏观特征，在物体全部或部分范围内平衡2.其次雷残余应力或称显微应力应力存在的区有具有微观特征，在物体的晶粒范围内平衡。
3.第三类残余应力或称超显微应力，应力在个别晶格内平衡。
二、按金属学分类1.体积应力与宏观应力对应2.组织应力与显微应力对应3.镶嵌应力与超显微应力对应三、按应力产生的工艺过程分类1.铸造残余应力2.焊接残余应力3.压力加工残余应力4.切削加工残余应力5.热处理残余应力6.镀层残余应力7.表面硬化处理残余应力8.校直残余应力等本文主要从引起应力的工艺机构，物理学，应力存在时间的长短对残余应力进行分类。
按引起应力的工艺机构分类 1.结构应力由于结构设计、几何外形和尺寸等缘由而引起的零件残余应力2.工艺应力由于零件制造工艺和使用过程中的某些缘由而引起的残余应力按物理学分类 1.热应力或温度应力由于零件不匀称的冷却或加热过程中温度梯度的影响，使零件产生不匀称的收缩或膨胀所引起的残余应力。
2.相变应力由于金属材料进行相变或集中过程而形成的的应力3.加工应力零件加工时，受切削力的作用所产生的塑性变形而引起的残余应力按应力存在的长短分类 1.临时应力在零件制造工艺过程中发生又随工艺过程的结束而消逝的应力2.永久性应力在零件制作过程的某一阶段产生，但当此过程结束后，一部分应力仍旧保留在零件内部而形成的残余应力。
残余应力分类
残余应力分类
残余应力是指物体内部的应力状态，在外力作用消失后仍然存在的应力。
它可以分为以下几类：
1. 热残余应力
热残余应力是由于材料在制造过程中受到加热或冷却时，由于不同部位温度变化不一致而产生的应力。
这种应力可以通过调整加工工艺来减小或消除。
2. 内应力
内应力是由于材料的微观结构不均匀或加工过程中受到变形而产生的应力。
这种应力可以通过合理设计加工工艺来减小或消除。
3. 残留塑性变形引起的残余应力
当材料发生塑性变形时，会引起内部的残余应力。
这种残余应力可以通过对材料进行退火处理来消除。
4. 表面处理引起的残余应力
表面处理过程中，如喷涂、电镀等会导致表面产生不均匀的压缩和拉
伸等残余应力。
这种残余应力可以通过选择合适的表面处理方式和条
件来减小或消除。
5. 残留裂纹引起的残余应力
当材料内部存在裂纹时，会导致残余应力的存在。
这种残余应力可以
通过修补裂纹或更换材料来消除。
6. 残留应变引起的残余应力
当材料在加工过程中受到拉伸或压缩时，会产生残留应变，从而导致
残余应力的存在。
这种残余应力可以通过对材料进行退火处理来消除。
7. 化学反应引起的残余应力
当材料在使用过程中发生化学反应时，会产生内部不均匀的化学成分
分布，从而导致残余应力的存在。
这种残余应力可以通过选择合适的
材料和控制化学反应条件来减小或消除。
总之，不同类型的残余应力产生原因不同，减小或消除方法也各有所
不同。
因此，在实际工程中需要根据具体情况选择合适的方法来处理。
完整版盲孔法测残余应力
关于构件的残余应力检测（盲孔法检测）一、前言（1）应力概念通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用.温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。
按照徳国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类：第I类内应力是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。
当一个物体的第I类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。
第II类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的区域）的内应力。
第1【1类内应力是存在于极小范围（儿个原子间距）的内应力。
在工程上通常所说的残余应力就是第I类内应力。
到口前为止，第I类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。
除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第I类内应力。
（2）应力作用机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。
适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用寿命的因素; 而不适当的残余应力则会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，其至导致变形、开裂等早期失效事故。
（3）应力的产生在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。
但是，如果从本质上讲, 产生残余应力的原因可以归结为：1 •不均匀的塑性变形；2.不均匀的温度变化；3.不均匀的相变（4）应力的调整针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。
通常调整残余应力的方法有：①自然时效把构禅置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。
(完整版)残余应力
残余应力（Residual Stress）消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。
机械加工和强化工艺都能引起残余应力。
如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。
残余应力一般是有害的，如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
或经淬火、磨削后表面会出现裂纹。
残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。
零件的残余应力大部分都可通过适当的热处理消除。
残余应力有时也有有益的方而，它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨性能。
[1]工件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响。
也称残余应力。
残余应力是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。
凡是没有外部作用，物体内部保持自相平衡的应力，称为物体的固有应力，或称为初应力，亦称为内应力。
测试仪器编辑残余应力分析仪其原理是基于著名的布拉格方程2dsinθ=nλ ：即一定波长的X射线照射到晶体材料上，相邻两个原子面衍射时的X射线光程差正好是波长的整数倍。
通过测量衍射角变化Δθ从而得到晶格间距变化Δd，根据胡克定律和弹性力学原理，计算出材料的残余应力。
应力方程根据弹性力学理论, 在宏观各向同性晶体材料上角度φ和ψ（见图1）方向的应变可以用如下方程表述：（图1）正应力和剪切应力应力分量σφ和τφ为方向Sφ上正应力和剪切应力：含剪切应力的应力方程和曲线如果在垂直于试样表面上的平面上有剪应力存在（τ13≠0和/或τ23≠0），则εφψ与sin2ψ的函数关系是一个椭圆曲线，在ψ> 0和ψ<0是图形显示为“ψ分叉”（见图3）。
工件中残余应力的形式,产生原因、测试方法总结1
残余应力基础知识一、基本概念1.1应力残余应力是在无外力的作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力。
在外力的作用下，当没有通过物体表面向物体内部传递应力时，在物体内部保持平衡的应力系称为固有应力或初始应力。
热应力(Thermal stress)和残余应力(Residual stress)是固有应力的一种。
而固有应力也被一些研究者称为内应力。
通常说来，物体的内力是指物体内部质点之间的相互作用力，在物体没有受到外力作用时它就存在着的。
就是是这种内力，使物体各个部分紧密相连，并保持一定的几何形状。
通常我们关心的不是内力的大小，而是构件中所承受内力最严重的所谓“危险点”。
为了描述截面上各点承受内力的程度，以及内力在截面上的分布状况，引入内力集度(即应力)的概念。
如图2.1所示，设在受力物体内某一截面m-m 上任取一点K ，围绕K 点取为面积∆A,若在∆A 上作用的内力为∆P ，则在∆A 上的内力平均集度为:m P P ∆=∆A（1）图2.1应力概念示意图P m 称为作用在∆A 上的平均全应力。
如果所取微面积∆A 越小，则P m 就越能准确表示K 点所受内力的密集程度。
当∆A 趋于0时，其极限值定义为K 点的全应力（Total stress ），即 lim 0P dP p dA A ∆==∆A∆→ （2） 全应力p 是一个矢量。
为了研究问题的方便，常把全应力p 分解为垂直于截面m-m 的分量σ和相切于截面m-m 的分量τ。
σ称为法向应力或正应力，τ称为切向应力或剪应力。
[2]1.2内应力概念、原理由于物体是由无数质点组成的，因此，在未受外力作用时，内部各质点间就已存在着相互作用的力，它使各质点处于相对平衡状态，从而物体才能保持一定的形状，这种力称为物体的固有内力，即自然状态粒子结合力。
固有应力也被一些研究者成为内应力（Internal stress）。
内应力是指产生应力的各种因素不复存在时（如外力已去除、加工已完成、温度已均匀、相变已停止等），由于不均匀的塑性变形或相变而使材料内部依然存在并自身保持平衡的应力。
金属材料检测技术第六单元 残余应力
行测量。然后用测量工具准确地标定出孔中心和应变片的中心和 方向。在贴片前需将所测部位表面打磨抛光。
（2）按确定的位置和方向粘贴应变片，用导线连接至电阻应变 仪。按电阻应变仪测定的规程进行测定。
二、常用残余应力测定方法
2．不通孔法 为了减小所钻小孔对工件的破坏，可用钻不通孔的
方法。根据理论分析和实测证明，当孔的深度超过 孔直径的二倍后，对孔周边表面的应变无任何影响。 即当孔深大于二倍直径后应变片测量值无变化。所 以在孔深大于二倍直径条件下，对于不通孔仍可用 通孔的公式。为了减小孔的破坏，孔径可尽量减小， 这样孔深也可减小。如孔径为2mm时孔深为4mm 而孔径为1mm时其孔深就只需2mm。目前还有采 用浅不通孔法，即孔深小于二倍直径。这时的三个 方向的径向应变ε′ra、ε′rb、ε′rc计算公式中的A,B 系数值随孔深变化。因此必须将该材料A,B系数随孔 深变化的规律求出才能测定。而目前还找不到解析 法，只能用实验法和有限元法进行标定。实验法精 度难以保证，有限元法则非常麻烦。
三、 热处理工件的残余应力分布及影响因素
图6-17 ωc=0.30%碳钢圆筒试样从865℃水淬时产生的残余应力（φ50mm×24mm试样） a）从孔内淬火b）从外表面淬火c）内外面同时淬火
四、表面淬火工件的残余应力
图6-18 高频淬火时残余应力形成机理示意图 a）加热后b）加热并冷却后
四、表面淬火工件的残余应力
二、 热处理时的残余应力
2．组织应力
图6-15圆柱 体钢样淬火 时组织应力
的变化
模块二 残余应力的产生
三、 热处理工件的残余应力分布及影响因素
(完整版)残余应力分类与评估
目录1 残余应力 (1)1.1 残余应力的定义及分类 (1)1.2 残余应力的本质 (1)1。
3 残余应力的影响 (2)2 残余应力的消除方法 (3)3 残余应力的测定与评估 (5)3。
1无损检测法 (5)3.1.1 钻孔法 (5)3。
1。
2 环芯法 (6)3.1。
3 剥层法 (7)3。
2无损检测法 (7)3。
2。
1 X射线衍射法 (7)3.2.2 中子衍射法 (8)3。
2.3 超声波法 (9)3.2。
4 磁测法 (10)1 残余应力1.1 残余应力的定义及分类构件在进行各种机械工艺加工过程中，如铸造、压力加工、焊接、切削、热处理、装配等，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响，会使工件内部出现不同程度的应力,当这些因素消失之后,若构件所受到的上述作用于影响不能随之而完全消失,仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力.可以说残余应力就是是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。
残余应力是一种固有应力，按其作用的范围来分,可分为宏观残余应力与微观残余应力等两大类:①宏观残余应力，又称第一残余应力，它是在宏观范围内分布的，它的大小、方向和性质等可用通常的物理的或机械的方法进行测量；②微观残余应力属于显微事业范围内的应力，依其作用的范围细分为两类,即微观结构应力（又称第二类残余应力，它是在晶粒范围内分布的）和晶内亚结构应力（又称为第三类残余应力,它是在一个晶粒内部作用的）。
1。
2 残余应力的本质一般认为残余应力是能量储存不均匀造成的,是材料内部不均匀塑形变形的结果，其本质是晶格畸变,晶格畸变很大程度上是由位错引起的。
在机械制造中,各种工艺过程往往都会产生残余应力，但是,如果从本质上讲，残余应力是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化,形成了不均匀的变形，金属内部需要达到平衡而形成的相互作用.产生不均匀变化的原因可以归结为不均匀的塑性变形、不均匀的温度变化及不均匀的相变。
残余应力的分类及应力检测方法
械制造过程会产生各种残余应力，实践表明，残余应力对数控机床的精度、可靠性和精度寿命都会产生很大的影响，但这一问题还未引起机床制造企业的足够重视。
残余应力产生的原因可分为源于外部作用力的外部原因和源于工件内部组织结构不均匀的内在原因，如表1所示。
产生残余应力的过程和原因多种多样，通常可以按照残余应力相互作用范围的大小、残余应力产生原因以及产生残余应力的工艺过程进行分类，如图1所示。
顾名思义，宏观应力是指残余应力在零件宏观区域内处于平衡状态，而微观应力则是指残余应力在金属晶粒、晶界及更小的微观结构内保持平衡。
体积应力是由外部作用对零件不均匀的影响而产生的，组织应力是由组织不均匀产生的。
对残余应力进行检测，首要目的是为了判断工件内残余应力的大小，其次可以评估时效处理对于消除工件内残余应力的效果。
残余应力的测试方法包括机械测试法和物理测试法。
械测试法是将被测试工件的一部分去除，局部残余应力得到释放从而产生相应的应变和位移，根据相关力学原理可以计算出工件残余应力，比如盲孔法、环芯法、剥层法等。
其中盲孔法使用最成熟。
国内外均有以盲孔法为原理的残余应力检测仪可以实现残余应力的自动检测和精确计算，如国内华云盲孔法残余应力测试仪在工业生产均中有广泛应用。
物理测试法是依据光波衍射等物理现象和规律来检测残余应力，例如X射线衍射法、磁测法、中子衍射法以及超声波法等。
物理测试法中应用最广泛的是X射线衍射法。
根据布拉格定律，X射线入射到无应力晶体上时，如果相邻两晶面散射的X射线的光程差为波长的整数倍，则会产生衍射现象；当工件表面有残余应力时，晶格间距发生变化，从而使X射线衍射角度发生偏移，根据偏移量结合弹性力学公式即可计算残余应力。
X射线衍射法测试方便快捷，对测试工件无损伤，然而受到工件表面状态的影响。
另外，盲孔法可以测量一定深度内残余应力的平均值，而X射线法因X射线穿透能力有限，通常只能检测工件表面残余应力水平。
残余应力知识学习汇总
残余应力的测量方法：超声法
超声波在介质中传播时具有声弹效应，即Fra bibliotek料中的内应力会影
响超声波的传播速率，其大小与材料组织，内应力状态，超声波波
型，传播方向等有关。因此可以根据超声波在试样中传播速率的变
化得到试样的应力分布。
在各向同性材料、小变形、平面应力状态下，超声偏振横波以
及超声纵波在垂直于平面应力作用面的传播速率与主应力之间存在
min
E(3 1) 2a(1 )
E 2b
(3 1)2 (3 1 2 2 )2
····(4)
1 arctan(3 1 2 2 )
2
3 1
式中 max 为最大主应力， min为最小主应力，且 max与 min的夹角
为90°；β为1号应变栅与 max沿顺时针方向的夹角。
应变计介绍
残余应力的消除
一 自然时效 它是把构件露天放置于室外，经过几个月至几年的风吹、日晒、
雨淋和季节的温度变化，给构件多次造成反复的温度应力，长期积 累使构件发生细微的收缩和膨胀‚逐渐积累造成金属晶格缓慢滑移‚并 最终达到释放残余应力的目的。
二 热时效（去应力退火法） 物体内存在的残余应力可用退火、回火等热处理的方式来减小
这是由于工件在热加工过程中的不均匀塑性变形和不均匀体积 变化而产生的。主要包括热的作用产生的不均匀塑性变形和相变 或沉淀析出引起的体积变化。 三 化学变化产生的残余应力
这种残余应力是由于从构件表面向内部扩展的化学或物理化 学的变化产生的。
残余应力对材料性能的影响
残余应力对材料的影响主要有对材料疲劳强度的影响和对工 件尺寸稳定性的影响以及工件加工精度的影响。
应变花介绍
根据应变计粘贴位置的不同，可将应变花分为A、B、C型应变花。
残余应力的分类
残余应力的分类
1. 宏观残余应力呀，这就好比是一场看不到硝烟的战争在材料内部进行着。
比如说一块大钢板，它在加工过程中各个部分受到的力不均衡，就会产生这种宏观残余应力。
2. 还有微观残余应力呢，嘿，这就像是材料里的小精灵在捣乱。
就拿一个小金属零件来说，它里面的晶粒之间相互作用，就出现了微观残余应力。
3. 热残余应力可不能小瞧啊，这不就是热锅上的蚂蚁嘛！像是焊接的时候，高温和冷却的变化，会产生热残余应力哦。
4. 相变残余应力呀，就仿佛是一场神秘的变形魔法。
比如钢材在热处理时发生相变，就会带来这种应力，奇怪吧？
5. 机械残余应力，那简直就是硬塞给材料的压力呀！好比你使劲掰弯一根铁丝，它不就有了机械残余应力嘛。
6. 化学残余应力呢，就好像是材料的身体里发生了奇妙的化学反应。
比如一些材料在特殊环境下发生了化学变化，从而产生化学残余应力。
我觉得残余应力的分类真的很神奇，每种都有它独特的特点和产生方式呢！。
塑胶产品残余应力的分 析
因为外界的诸多因素，破坏了塑胶材料中分 子链乱序及松弛的自然形式，使之处于一种非稳 定状态而产生残留应力．
具有残留应力的产品在分子链松弛或者重结 晶的过程中，就会有应力的释放，并因此导致产 品的翘曲变形及尺寸变化等问题，这也是产品因 环境应力开裂的主要原因．
残留应力的分类
應力的消除方法
熱處理：升高溫度，使之達到可使塑件分子鏈活動的程度，讓被 凍結的分子鏈經升溫後鬆弛產生亂序，從而達到消除殘留應力的 目的。 方式包括烘箱熱處理和遠紅外加熱處理 烘箱熱處理 主要用於非結晶性材料，烘箱溫度達到或者接近其熱 變形溫度即可，對於結晶性材料，烘箱溫度只要比其使用溫度高 10~20度即可，因為假如太高會導致後結晶的產生 ，使產品的尺 寸產生變化。 此方式的缺點是在於烘箱溫度假如不均勻，就會導致應力消除不 均勻，從而導致翹曲的產生。 遠紅外加熱的要點在於根據不同的材料選擇合適的加熱遠紅外線 頻率，其優點在於加熱非常均勻；缺點在於需要儀器及專業知 識。
烈的位置，由于热量散发不均匀，所以容易产生不同的 壁厚急剧变化处－－〔特别是由厚到薄处〕会因壁薄
➢ 型時針對殘留應力的調整需要綜合各方面的情 翹曲及變形：因為殘留應力的存在，因此產品在室溫時會有較長時間的內應力釋放或者高溫時出現短時間內殘留應力釋放的過程，同
時產品部分存在位置強度差，產品就會在應力殘留位置產生翹曲或者變形問題。
温度分布 凝固层
剪切力 分布
分子取向
剪切应力产生示意图
残留应力的分类
收缩应力 分子链在从熔融到冷却的过程中，因为产品壁厚
或者冷却水路的差异而导致冷却温度的不均匀，从而导 致不同温度部位的收缩不同，那在收缩率不同部位，界 面之间会因为拉伸剪切而产生残留应力 产生位置：主要发生在壁厚不均之产品上．壁厚变化剧 烈的位置，由于热量散发不均匀，所以容易产生不同的 收缩取向
残余应力的符号
残余应力的符号【实用版】目录1.残余应力的定义与产生原因2.残余应力的分类3.残余应力的符号表示方法4.残余应力的影响与消除方法正文一、残余应力的定义与产生原因残余应力是指在构件受到外力作用后，当外力去除后，仍然存在于构件内部的应力。
它是由于材料内部的塑性变形或裂纹产生的。
残余应力会对构件的强度、刚度和疲劳寿命产生影响，因此研究残余应力具有重要意义。
二、残余应力的分类根据残余应力的性质和分布特点，可以分为以下几类：1.压缩残余应力：由于外力作用使材料产生压缩变形，当外力去除后，材料内部存在的应力。
2.拉伸残余应力：由于外力作用使材料产生拉伸变形，当外力去除后，材料内部存在的应力。
3.弯曲残余应力：由于外力作用使材料产生弯曲变形，当外力去除后，材料内部存在的应力。
4.扭转残余应力：由于外力作用使材料产生扭转变形，当外力去除后，材料内部存在的应力。
三、残余应力的符号表示方法在研究残余应力时，需要对其进行符号表示。
残余应力的符号表示主要包括应力分量的表示和应力主方向的表示。
1.应力分量的表示：采用三个主应力σx、σy、σz 表示材料在三个正交方向上的应力分量。
2.应力主方向的表示：采用一个矢量 n 表示应力主方向，与应力分量的关系为：σx = n·σy，σy = n·σz，σz = n·σx。
四、残余应力的影响与消除方法残余应力会对构件的性能产生不良影响，如降低强度、刚度和疲劳寿命。
为了减小残余应力的影响，可以采用以下方法：1.设计优化：在设计阶段，通过合理的结构形式和材料选择，减小残余应力的产生。
2.加热处理：通过适当的加热和冷却过程，改变材料内部的组织结构，消除残余应力。
3.机械加工：通过磨削、拉削等机械加工方法，消除残余应力。
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目录1 残余应力 (1)1.1 残余应力的定义及分类 (1)1.2 残余应力的本质 (1)1.3 残余应力的影响 (1)2 残余应力的消除方法 (3)3 残余应力的测定与评估 (4)3.1无损检测法 (5)3.1.1 钻孔法 (5)3.1.2 环芯法 (6)3.1.3 剥层法 (6)3.2无损检测法 (6)3.2.1 X射线衍射法 (7)3.2.2 中子衍射法 (7)3.2.3 超声波法 (8)3.2.4 磁测法 (9)1 残余应力1.1 残余应力的定义及分类构件在进行各种机械工艺加工过程中，如铸造、压力加工、焊接、切削、热处理、装配等，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响，会使工件内部出现不同程度的应力，当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用于影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。
可以说残余应力就是是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。
残余应力是一种固有应力，按其作用的范围来分，可分为宏观残余应力与微观残余应力等两大类：①宏观残余应力，又称第一残余应力，它是在宏观范围内分布的，它的大小、方向和性质等可用通常的物理的或机械的方法进行测量；②微观残余应力属于显微事业范围内的应力，依其作用的范围细分为两类，即微观结构应力（又称第二类残余应力，它是在晶粒范围内分布的）和晶内亚结构应力（又称为第三类残余应力，它是在一个晶粒内部作用的）。
1.2 残余应力的本质一般认为残余应力是能量储存不均匀造成的，是材料内部不均匀塑形变形的结果，其本质是晶格畸变，晶格畸变很大程度上是由位错引起的。
在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力，但是，如果从本质上讲，残余应力是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化，形成了不均匀的变形，金属内部需要达到平衡而形成的相互作用。
产生不均匀变化的原因可以归结为不均匀的塑性变形、不均匀的温度变化及不均匀的相变。
如金属合金在淬火过程中,内部形成很大的残余应力, 机械加工后破坏了这些残余应力的平衡状态, 所以零件产生变形。
当零件刚性较大, 形状对称时, 变形较小。
反之, 则变形十分明显。
在工件内部实际应力的情况是复杂的，有众多位错的相互作用，还有空位等点缺陷及晶界、亚晶界的影响，所以，实际工件内部残余应力是众多因素导致的晶格畸变的综合结果。
1.3 残余应力的影响机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重大的影响。
低碳钢在硝酸盐中的“硝脆”，奥氏体不锈钢在氯离子溶液中的“氯脆”，锅炉钢在碱溶液中的“碱脆”，黄铜在带有氨气气氛中的“氨脆”等等属于应力腐蚀开裂，所有这些应力腐蚀主要是由于残余应力引起的。
尺寸稳定性是表示材料在热处理与加工完毕后，在工作环境下不受外力作用或在低于弹性极限的应力作用下抵抗永久变形的能力以及在加工过程中保持尺寸不变的能力。
一般认为，长期存放过程中金属尺寸的自发变化是以下因素的结果：①材料的相与组织状态的不稳定性；②在各种热加工与冷加工工艺过程中以及在机械装配操作时零件中发生残余内应力的松弛；③Paquin等认为性能的不均匀性即各向异性材料导致材料在加热过程中诱发残余应力的松弛，也是尺寸不稳定性的一个内应。
在仪器仪表制造业、航空工业中以及宇航工业，构件的尺寸稳定性性能越来越难以适应现代精密仪表设计的要求。
在一个高精度的陀螺和罗经系统中, 其任意元件的尺寸不稳定都可能导致其质心的偏移, 而质心的偏移本身将会产生一个错误的信号, 这会在制导系统中引入误差, 直接影响制导精度。
在宇航这一应用领域,10- 6 乃至10- 7数量级的微小塑性应变都将成为重要的误差来源。
薄壁零件加工过程中，由于变形难以保证加工精度，造成材料的浪费和产品报废，直接影响到企业的生产效率及经济效益。
宇航产品为了减轻零件的重量, 形状大都为高筋薄壁, 因装配的需要, 还有部分半环。
这类零件, 残余应力引起的残余变形的后果是非常严重的。
这种或大或小、或拉或压的残余应力即使只产生在很薄的表面层中，但却在很大程度上影响零件的强度、硬度、疲劳强度、抗腐蚀性等，从而进一步影响机械产品的使用寿命。
残余应力问题一直受到人们的关注。
在机械加工过程中，外力和温度变化引起的不均匀塑性变形是产生残余应力的主要原因。
在铸造、锻造、焊接及各类切削加工过程中，工件均会由于受外力和温度的作用而引起残余应力。
残余应力的产生、叠加及释放过程造成零件内部应力状况的重新分布，就可能影响零件的尺寸和形位精度以及零部件的装配精度，降低零件的抗疲劳强度、抗应力腐蚀及抗蠕变开裂的能力，最终影响到机器设备的性能与使用寿命。
因此，分析残余应力的产生机理、探究有效的残余应力测试方法与改善零件中残余应力状况具有非常重大的意义。
事实上，在各工业领域如机械、水利水电、热电核电、航空航天、石油化工、冶金、铁路、交通等行业，残余应力测试技术及其应用研究始终受到高度重视，特别是加人世贸组织以来，为了与国际接轨，残余应力测试已成为许多行业必需的检验和控制手段。
2 残余应力的消除方法由于残余应力会对构件质量产生诸多不良影响，故相关专业人士对如何消除展开了诸多研究并且系统化提出了消除和控制构件中残余应力的方法。
残余应力消除的方法一般有以下几种，各种方法效果也不尽相同。
（1）机械拉伸法消除应力的原理是将淬火后的合金板材，沿轧制方向施加一定量的永久拉伸塑性变形，使拉伸应力与原来的淬火残余应力叠加后发生塑性变形，使残余应力得以缓和与释放。
（2）振动消除残余应力法的工作原理是用便携式强力激振器，使金属结构产生一个或多个振动状态，从而产生如同机械加载时的弹性变形，使零件内某些部位的残余应力与振动载荷叠加后，超过材料的屈服应力引起塑性应变，从而引起内应力的降低和重新分布。
（3）脉动法通过在零件上施加一定载荷和频率，呈周期变化的循环载荷，可以有效释放零件的残余应力。
（4）时效消除法，一般有以下几种。
①自然时效，将构件露天放置于室外，经过几个月甚至几年的时间使残余应力发生松弛，从而使构件尺寸精度获得稳定。
该方法简单易行，但生产周期长，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，而且只能降低少量的残余应力。
②人工热时效，热时效工艺要求比较严格，升温和降温的速度对热时效的效果影响很大。
该法是目前生产中应用最广泛、效果最好的一种应力消除方法。
但耗能大、成本高且污染严重；同时时效温度的提高，将使金属内部强化相析出过多，必然明显降低强度指标，产生过时效现象，因此，淬火后时效处理通常在较低温度(小于200～250℃)下进行，因而影响了应力消除效果（仅为10～35％)。
③振动时效，它是在激振器的周期性外力(激振力)的作用下，使构件共振，进而松弛残余应力，提高构件的松弛刚度，使其尺寸稳定的方法。
该法成本低、设备简单、时间比较短，可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。
已在生产上得到一定的应用。
④声波时效法，超声波时效法首先在前苏联诞生，并在发达国家得到推广。
该方法起先主要应用于船舶、核潜艇、航空航天等对消除应力非常严格的军事领域。
但是由于超声波法只能解决构件表层一定深度内的应力问题，所以相对应用环境较窄，且成本颇高。
⑤热冲击时效法，其实质就是将工件进行快速加热，使加热过程中造成的热应力正好与残余应力叠加，超过材料的屈服极限引起塑性变形，从而使原始残余应力很快松弛并稳定化。
（5）深冷处理法，按工艺可划分为深冷急热法与冷热循环法两种。
其中深冷急热法是将含有残余应力的零件浸入液氮中深冷，待内外温度均匀后又迅速地用热蒸汽喷射，通过急热与急冷产生方向相反的热应力，借以抵消原来的残余应力场。
（6）脉冲磁场消除残余应力，MPS公司开发出一项以非热方式消除金属中残余应力的技术，称之为脉冲磁处理( Pulsed Magnetic Treatment, PMT )。
借助PMT，可使金属中的组织缺陷得到改善,从而使零件中的残余应力得以消除。
从微观分析的角度来说, PMT对提高或改善金属零件的尺寸稳定性；耐磨性与耐蚀性也有作用，对金属材料的磁滞后特性、疲劳、扩散以至相变等特性也会产生重大影响，该技术在冷拔管材、焊接件、丝材和弹簧等制品的残余应力消除应用中,已获得飞速发展。
（7）爆炸法。
是利用爆炸冲击波的能量使构件应变区产生塑性变形，从而达到降低或消除残余应力的目的。
该法常用于焊接构件，爆炸处理不仅可以完全消除焊接区残余拉应力，根据需要还可以在焊接区造成残余压应力。
（8）其它方法，打压法、锤击、喷丸、滚压等。
喷丸强化是行之有效、应用广泛的强化零件的手段，喷丸的同时也改变了表面残余应力状态和分布，而喷丸产生的残余压应力又是强化机理中的重要因素。
上述方法中外机械拉伸(压缩)法可达90％左右，恒温时效法10～35％，振动消除法20～70％，深冷处理法25％～83％。
因此，现有工艺技术与方法尚无法从根本上消除合金结构件锻件毛坯中的残余应力。
3 残余应力的测定与评估实际生产中，准确把握构件的残余应力的分布十分必要，一般可通过计算或直接实验测定得到。
欲了解构件残余应力的分布，特别是一些比较复杂构件的残余应力分布，采用计算方法有时将遇到种种困难，臀如有时因缺乏材料的一些机械性质与物理性质的有关信息而导致计算工作无法进行。
因此，采用实验测试方法是有实用意义的。
残余应力的测试方法很多，按其对于被测构件是否具有破坏性而言，可分为有损检测（包括部分损坏检测法和全部损坏检测法）与无损检测两大类。
3.1无损检测法有损检测法主要有钻孔法、取条法、切槽法、环芯法、剥层法、剖面法与裂纹法，目前应用最多的是钻孔法和环芯法，该方法是部分或全部的去掉测点周围的材料组织即去掉了对该点的约束，使应力全部或部分释放。
实际操作中是将欲测构件，利用机械加工的方法(如钻孔等)，使其因释放部分应力而产生相应的位移与应变，盆测这些位移或应变.经换算，得知构件加工处原有的应力。
因此，这种测试方法又称为机械侧试法或应力释放法。
3.1.1 钻孔法钻孔法在我国又称为小孔法或盲孔法经多人的研究与改进，现在已经发展成为一项比较成熟的通过钻小孔测量构件残余应力的方法和技术。
其基本思想是在具有残余应力的构件上钻一小孔，使孔的领域内由于部分应力释放而产生相应的位移和应变，测量这些位移或应变，经换算得到转孔处的原有的应力。
它在工程上得至广泛应用，其最大特点是对试件损伤小，甚至不影响构件的正常使用。
假定一块各向同性的平板中存在某一残余应力，若钻一小孔，孔边的径向应力下降为零，孔区附近应力重新分布，该应力的变化称为释放应力。
由应变计感受其应变，应变计离孔边愈近，则感受的应变愈大，灵敏度也愈高。