铸件残余应力的测定和消除方法

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1、铸件残余应力的测定和消除方法时建松，李辉（合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥２３０００９）摘要：介绍了铸件残余应力的产生原因、测定方法和消除与预测的方法，重点阐述了几种残余应力的测定方法和数值模拟分析在残余应力预测中的应用。数值模拟分析现已成为一种普遍应用的残余应力预测方法。关键词：残余应力；产生原因；测定方法；数值模拟中图分类号：ＴＧ２１＋３文献标志码：Ａ文章编号：１００１４０１２（２００９）１１０６８６０６犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犪狀犱犈犾犻犿犻狀犪狋犻狅狀犕犲狋犺狅犱狅犳犚犲狊犻犱狌犪犾犛狋狉犲狊狊犳狅狉犆犪狊狋犻狀

2、犵犛犎犐犑犻犪狀狊狅狀犵，犔犐犎狌犻（ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｓｏｎｅｏｆｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｄｅｆｅｃｔｓｔｈａｔｈａｐｐｅｎｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｓｔｉｎｇｏｒａｆｔｅｒｃａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｃａｕｓｅｓ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ，ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｆｏｃｕｓ

3、ｉｎｇｏｎａｎｕｍｂｅｒｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｉｎｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｈａｓｎｏｗｂｅｃｏｍｅａｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｏｒｕｎｉｖｅｒｓａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ；ｃａｕｓａｔｉｏｎ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ

4、ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ残余应力是在无外力的作用时，以平衡状态存外冷却不均匀或铸件各部分薄厚不同而导致铸件内［１］温度分布不均匀，从而使铸件各部分的自由收缩受在于物体内部的应力。金属材料在铸造过程中都会产生不同的残余应力，在铸造过程中铸件内的应到相互制约而产生了应力。力，包括冷却后的残余应力，都会成为铸件在铸造时相变应力是指具有固态相变的合金铸件各部分和铸造后产生各种缺陷的原因。因此，残余应力的在冷却过程中由于散热和冷却条件不同，它们到达研究、测定与模拟预测技术日渐获得人们的重视，笔固态相变温度的时间也不同，因而各部分相变程度者就其

5、测定和消除方法进行介绍。不同所引起的应力。根据发生相变的温度不同，相变应力可能是临时应力，也可能是残余应力。１铸件残余应力产生的原因收缩应力是铸件在固态收缩时，因受到铸型、型从残余应力产生的根源看，残余应力可以分为芯和浇冒口等的阻碍作用而产生的应力。因该应力受构件形状和铸造技术等影响的结构应力，以及取是在弹性范围内产生的，故形成的原因一经消失，应决于材料组织和成分的组织应力。产生残余应力的力即消失，因此属于临时应力。主要原因是外力或温度变化而引起的塑性变形。现上述三种残余应力的分布特点归纳于表１。铸在，根据残余应力的特点和产生原

6、因，把铸件残余应件实际存在的残余应力是上述三种残余应力的一种力大致分为热应力、相变应力和收缩应力三种［１－２］。或两种、三种的叠加结果，而在实际生产中铸件的残热应力产生的原因是由于铸件在凝固过程中内余应力主要是热应力。２铸件残余应力的测定方法收稿日期：２００９０１１７作者简介：时建松（１９８６－），男，硕士研究生。铸件残余应力的测定技术开始于２０世纪３０～·６８６·时建松等：铸件残余应力的测定和消除方法４０年代，发展至今大致可分为具有一定破坏性的机脆性涂层的方法以及用Ａｌ２Ｏ３小颗粒空气流高速［７－８］械测定法（间接法）和非

7、破坏性的物理测定法（直冲击试件表面形成小盲孔的气流磨蚀法等。钻接法）。孔法是工程中最通用的一种残余应力测定方法，其表１三种类型残余应力的分布特点操作方便且可靠性好，但测量的反应速度慢、其测量Ｔａｂ．１Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓ精度受很多因素的影响，如基本力学模型、孔边的塑ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ性变形、钻孔附加应变及操作误差，所以要求测量技种类厚实处（横截面中心部位）细薄处（横截面外层部位）术人员要具有扎实的理论知识和操作技术。热应力拉应力压应力相变应力压应力拉应力收缩应力压应

8、力拉应力机械测定法的测定原理是将具有残余应力的部分，用一定的方法对其局部进行分割或分离，使残余应力被局部释放，测定这时的变形，然后通过弹性力学的知识求出残余应力。机械测定法主要包括钻孔法、逐层铣削法、分割切条释放法、硬度法、压痕法、图１钻孔法示意图光弹腹膜法、内