各種機械加工工藝如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等都會產(chǎn)生不同程度殘余應(yīng)力。
機械加工引起的殘余應(yīng)力
這是金屬構(gòu)件在加工中最易產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。當施加外力時,物體的一部分出現(xiàn)塑性變形,卸載后,塑性變形部分,限制了與其相鄰部分變形的恢復(fù),因而出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。
溫度不均勻引起的殘余應(yīng)力
這種殘余應(yīng)力的產(chǎn)生主要有以下兩種原因:第一是由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形;第二是由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形。
1、由于熱塑性變形不均而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
金屬材料在高溫下其性能將發(fā)生很大的變化,如屈服極限、彈性模量等都隨溫度的升高而下降。如果構(gòu)件上溫度場的溫度階梯較大,則屈服極限和彈性模量的分布也是不均勻的,因此在高溫下出現(xiàn)的熱塑性也是不均勻的。
2、因組織改變而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
如果溫度大,其應(yīng)力變化與低溫時是相似的。但由于這時材料的屈服極限接近于零。因此很容易出現(xiàn)熱塑性變形。變形恢復(fù)時受的阻力也比前者大,所以殘余應(yīng)力也較大,但產(chǎn)生殘余應(yīng)力的條件是不變的。
高溫中的另一個問題就是由相變引起的相變應(yīng)力。金屬的組織發(fā)生相變時,會出現(xiàn)體積的突然膨脹。如果這種膨脹是均勻的,則如同構(gòu)件均勻熱膨脹一樣,沒有約束的情況下不產(chǎn)生應(yīng)力。但是由于構(gòu)件的組織成分不均勻,溫度分布不均勻等等原因,造成構(gòu)件各部分相變時間不同,體積膨脹不均勻,因此使各部分間出現(xiàn)互相約束而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。
構(gòu)件尺寸公差引起的殘余應(yīng)力
在焊接、鉚接、螺釘連接時往往有公差配合問題。如船體分段對接時必須將對接鋼板拉到一起,這些由外力拉到一起而組合的結(jié)構(gòu),當外力去除后,整個系統(tǒng)就出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力一般來說屬于結(jié)構(gòu)應(yīng)力,大多數(shù)情況下處于彈性狀態(tài)。
總之,殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是由于構(gòu)件某一部分的變形恢復(fù)受到約束而造成的。局部不均勻的塑性變形的出現(xiàn),是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的普遍原因。一個構(gòu)件上殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)是由各種原因產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的綜合值來決定的,因此它的分布規(guī)律是隨機的,給測量和研究帶來較大的困難。