殘余應(yīng)力變形

變形是由于制造和熱處理過(guò)程中的不一致因素導(dǎo)致的不均勻和不期望的形變或尺寸變化。

影響變形的主要因素有：材料屬性、零件的幾何形狀、尺寸以及重要部件的殘余應(yīng)力狀態(tài)。

殘余應(yīng)力可以足夠強(qiáng)到超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，然而一旦超過(guò)屈服強(qiáng)度，零件就會(huì)發(fā)生塑性變形。熱處理是*常用的消除殘余應(yīng)力的方法之一，但是也不*證總能將殘余應(yīng)力降低到材料的屈服強(qiáng)度以下而不導(dǎo)致材料變形。

由于相變引起的體積變化也可能產(chǎn)生強(qiáng)大的殘余應(yīng)力，而這個(gè)殘余應(yīng)力也可能會(huì)超過(guò)屈服強(qiáng)度并導(dǎo)致變形。當(dāng)零件加熱后快速冷卻時(shí)，具有密集堆積的面心立方 (fcc) 結(jié)構(gòu)的奧氏體就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴缮⒍逊e的體心四方 (bct) 結(jié)構(gòu)的馬氏體。

這種轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致材料的體積膨脹，從而為碳原子填充創(chuàng)造更多空間，具有高碳百分比的結(jié)構(gòu)會(huì)形成殘余應(yīng)力并變成扭曲的晶格結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)致制造和熱處理過(guò)程中材料變形的因素有如下幾類：

1. 熱處理前：材料的成分、均勻性和強(qiáng)度等屬性會(huì)影響材料變形的機(jī)械性能，而殘余應(yīng)力的大小和分布也會(huì)影響熱處理前的材料變形，例如尖角等處的應(yīng)力升高也會(huì)導(dǎo)致變形，因此零件的設(shè)計(jì)和幾何形狀也是很重要的參數(shù)，設(shè)計(jì)中應(yīng)使用圓角將應(yīng)力分布到更廣泛的區(qū)域。當(dāng)應(yīng)力升高與殘余應(yīng)力相結(jié)合時(shí)，變形和翹曲可能會(huì)變得更強(qiáng)，彎曲也是由殘余應(yīng)力引起的一種變形。

2. 熱處理預(yù)熱過(guò)程中：在此步驟中，零件的形狀變化是由于熱應(yīng)力的釋放產(chǎn)生的，由于相變引起的任何體積變化都可能導(dǎo)致變形的發(fā)生。

3. 表面硬化過(guò)程中：當(dāng)溫度較高且長(zhǎng)時(shí)間保持恒定時(shí)，由于相變引起的任何體積變化都會(huì)再次導(dǎo)致變形的發(fā)生。根據(jù)蠕變強(qiáng)度和材料幾何形狀的關(guān)系，高溫尤其是持續(xù)的高溫可能會(huì)導(dǎo)致金屬蠕變，而由于蠕變引起的變形在長(zhǎng)而扁平的零件中是很常見(jiàn)的。

4. 淬火和冷卻過(guò)程中：淬火的介質(zhì)類型、冷卻梯度不均勻、冷卻速度等冷卻特性影響著變形特性。表面粗糙度是另一個(gè)與淬火和冷卻期間變形有關(guān)的參數(shù)，由于變形，表面粗糙度會(huì)加速裂紋的形成。

5. 淬火后加工期間：通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行彎曲或噴丸工藝的矯正來(lái)減少變形是有必要的。零件在冷卻時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生變形；當(dāng)零件仍然很熱時(shí)，通過(guò)矯正可以減少裂紋的形成，通過(guò)增加尺寸穩(wěn)定性對(duì)零件進(jìn)行二次加熱可以減少變形。

正如在多項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的那樣，殘余應(yīng)力與許多其他因素一起作用是導(dǎo)致變形問(wèn)題的主要因素之一，而殘余應(yīng)力的測(cè)量和評(píng)估將有助于了解變形問(wèn)題的根本原因。