模具中的残余应力是什么该怎么消除

　　

　　　　在实际工作中经常会听到残余应力，引起模具变形、开裂等等，而实际中又很难测量，也很难消除，今天，我们就通过这篇文章解开残余应力的神秘面纱，让它能在我们工作中可见，并且能有效的消除。

　　

　　　　一、残余应力：是指消除外力、加工过程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等，残余应力一般是有害的，轻则使工件发生翘曲或扭曲变形，重则使工件开裂。

　　

　　　　二、残余应力的分类

　　

　　　　a)按影响区域分类：类残余应力，贯穿于整个物体内部；第二类内应力：微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的；第三类内应力：由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）引起的；

　　

　　　　b)按应力产生的原因分类：热应力、相变应力、收缩应力；

　　

　　　　三、残余应力产生的原因：机械加工和表面强化均能产生残余应力，对于模具加工来说，基本上每一个工序都会产生残余应力，应力产生的原因和机理大致如下表分布

　　

　　　　产生原因

　　

　　　　外部原因

　　

　　　　内部原因

　　

　　　　不均匀塑性变形

　　

　　　　温度梯度

　　

　　　　金属相变

　　

　　　　成分差异

　　

　　　　产生机理

　　

　　　　各部分受力不均

　　

　　　　膨胀、收缩不均匀导致不均匀的塑性变形

　　

　　　　内部组织不均匀

　　

　　　　不同材料成分的比容不同

　　

　　　　产生的工艺过程

　　

　　　　切削、喷丸、冲压、锻造等

　　

　　　　热处理、焊接、材料制备等

　　

　　　　热处理、焊接、材料制备等

　　

　　　　渗碳、氮化、电镀、材料制备等

　　

　　　　四、残余应力对工件的影响：残余应力对工件基本上都是有害的

　　

　　　　a)对屈服强度的影响：如果材料具有拉伸残余应力，相当于提高了应力-应变曲线的坐标原点，即相当于降低了材料的拉伸屈服极限。如果材料具有压缩残余应力的情况，使拉伸屈服极限提高，而压缩屈服极限降低；

　　

　　　　b)对疲劳寿命的影响：当受到交变应力的构件存在压缩残余应力时，该构件的疲劳强度会有所提高，而存在拉伸残余应力时，其疲劳强度会有所下降。因此在实际应用中往往通过表面硬化处理产生压缩残余应力，从而有效地提高疲劳强度；

　　

　　　　c)对工件变形的影响：残余应力对构件变形的影响包括两个方面：一是构件抗静、动载荷的变形能力；另一方面是荷载卸除后变形的回复能力；

　　

　　　　d)对脆性破坏的影响：脆性破坏是构件在几乎不存在的塑性变形的情况下突然开裂。它在温度突然下降或变形速度突然增大的情况下，更容易发生，残余应力是作为初始应力存在于构件内，特别是拉伸残余应力与作用拉应力叠加而加速了脆性破坏；

　　

　　　　e)对应力腐蚀形式裂的影响：试验证明，拉应力和腐蚀共存是应力腐蚀发必要条件。拉应力使腐蚀破坏加速，这是应力对腐蚀的作用。而残余应力的存在则必有拉伸应力，因此对于承受腐蚀的金属构件来说，残余应力也起到了应力腐蚀的作用；对于压缩残余应力则恰恰相反，可以防止和减低应力腐蚀开裂现象。防止应力腐蚀开裂的现场措施有表面压延、喷丸和氮化处理等，其原理都是使构件表面产生压缩残余应力；

　　

　　　　五、残余应力的检测，残余应力其实是可以进行测量的，主要分为两大类：

　　

　　　　a)机械测量法：常见的有钻孔法、环芯法、深孔法、剥层法以及切条法；

　　

　　　　b)无损检测法：常见的有X射线衍射法、超声波法、压痕法等等 不同的测量方法其原理及应用范围不一样，目前更常的测量方法就是X射线衍射法；

　　

　　　　六、残余应力的消除方法

　　

　　　　残余应力对工件的影响比较大，常是变形，开裂的主要原因，在我们的实际工作中，要减小应力的产生并尽量消除工件的残余应力，但实际上残余应力的消除并不能完全去除应力，所以我们在实际工作中首要的还是从各个加工流程减小残余应力的产生。常见的消除应力的方法主要有以下几种：

　　

　　　　a)自然时效：放置在自然条件下进行消除，一般能消除10%左右；

　　

　　　　b)热 处 理：一般能去除30%-80%的应力，效果较好，但需注意工件变形；

　　

　　　　c)振动时效：通过人工敲打或才振动的方式去除，一般能去除30-60%的应力；

　　

　　　　拓展阅读：

　　

　　　　模具钢在各个加工工序中出现的裂纹原因解析

　　

　　　　模具钢热处理对性能造成的影响解析

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