1、殘余應力基礎知識一、基本概念1.1應力殘余應力是在無外力的作用時，以平衡狀態存在于物體內部的應力。在外力的作用下，當沒有通過物體表面向物體內部傳遞應力時，在物體內部保持平衡的應力系稱為固有應力或初始應力。熱應力(Thermal stress)和殘余應力(Residual stress)是固有應力的一種。而固有應力也被一些研究者稱為內應力。通常說來，物體的內力是指物體內部質點之間的相互作用力，在物體沒有受到外力作用時它就存在著的。就是是這種內力，使物體各個部分緊密相連，并保持一定的幾何形狀。通常我們關心的不是內力的大小，而是構件中所承受內力最嚴重的所謂“危險點”。為了描述截面上各點承受內力的程度

2、，以及內力在截面上的分布狀況，引入內力集度(即應力)的概念。如圖2.1所示，設在受力物體內某一截面m-m上任取一點K，圍繞K點取為面積A,若在A上作用的內力為P，則在A上的內力平均集度為: （1）圖2.1應力概念示意圖Pm稱為作用在A上的平均全應力。如果所取微面積A越小，則Pm就越能準確表示K點所受內力的密集程度。當A趨于0時，其極限值定義為K點的全應力（Total stress），即 （2） 全應力p是一個矢量。為了研究問題的方便，常把全應力p分解為垂直于截面m-m的分量和相切于截面m-m的分量。稱為法向應力或正應力，稱為切向應力或剪應力。21.2內應力概念、原理由于物體是由無數質點組成的，

3、因此，在未受外力作用時，內部各質點間就已存在著相互作用的力，它使各質點處于相對平衡狀態，從而物體才能保持一定的形狀，這種力稱為物體的固有內力，即自然狀態粒子結合力。固有應力也被一些研究者成為內應力（Internal stress）。內應力是指產生應力的各種因素不復存在時（如外力已去除、加工已完成、溫度已均勻、相變已停止等），由于不均勻的塑性變形或相變而使材料內部依然存在并自身保持平衡的應力。90年代在我國普遍采用的關于內應力的分類方法是前蘇聯學者H.H.達維金科夫于1935年提出的。其核心依據是各類內應力對晶體X射線衍射現象具有不同的影響。即在宏觀尺寸范圍內平衡的第類內應力引起X射線衍射譜的位

4、移；在晶粒尺寸范圍內平衡的第類內應力使譜線展寬；在單位晶胞內平衡的第類內應力使衍射強度下降。至于這三類內應力相互之間存在什么樣的關系，定義沒有說清楚。然而，1951年有人證明了第類內應力也會引起X射線衍射線的位移。稍后的研究發現，（+）兩相黃銅經3%的拉伸后，相晶粒具有壓應力、相晶粒則具有張應力。對于兩相材料，如果過用X射線衍射的方法對其中某一相進行第類內應力的測定，沿全截面應力有不平衡的反常現象。故有人把X射線應力測量時疊加在測得的第類內應力上的第類內應力稱為“偽宏觀應力”。針對殘余應力概念的混亂情況和上述異常現象，德國學者E.馬赫勞赫（E.Macherauch）于1973年對材料中的內應力

5、重新進行了分類并逐漸得到世界其他國家的贊同。該分類方法把材料中的內應力分為三類：第I類內應力(記為r)在較大材料區域范圍（很多個晶粒范圍）內幾乎是均勻的，與r相關的內力在橫貫物體的每個截面上處于平衡。與r相關的內力矩相對于每個軸也相互抵消。由于r而存在的內力或內力矩平衡遭到破壞時會產生宏觀的形狀或尺寸變化。第II類內應力（記為r）在材料較小的范圍（一個晶粒或晶內區域）近乎均勻，與r相聯系的內力或內力矩在足夠多的晶粒中是平衡的。其作用范圍與晶粒尺寸相當，即在晶粒或亞晶粒之間保持平衡。當這種平衡遭到破壞時也會出現尺寸變化。 它是由于晶粒或者亞晶粒之間的變形不均勻性產生的。這種內應力有時可達到很大的

6、數值，甚至可能造成顯微裂紋并導致工件破壞。變形金屬中儲存能得絕大部分（80%-90%）用于形成點陣畸變。這部分能量提高了變性感晶體的能量，使之處于熱力學不穩定狀態。有人把X射線應力測定時疊加在測得的第類內應力上的第類內應力稱為“偽宏觀應力”（Pseudo-macrostress，因為它在X射線衍射中能像宏觀應力那樣使衍射線位移，卻又不像宏觀應力那樣在釋放時產生宏觀應變，而且用機械法測量時又測不出來）。可理解為各個晶粒或晶粒區域之間變形的不協調性。我國科技文獻習慣把這種應力稱為“微觀應力”。第III類內應力（記為r），又稱點陣畸變。它是由于工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷（如空位、間隙原子、位

7、錯等）引起的。在極小的材料區域（幾個原子間距）也是不均勻的，與r相聯系的內力或內力矩在小范圍 ( 一個晶粒的足夠大的部分) 是平衡的。當這種平衡破壞時，一般認為不會產生尺寸的變化。在上述定義中所謂“均勻”意味著在大小和方向上是一定的3。表2.1 殘余應力的分類殘余應力領域的長度（mm）10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6第一類不均勻的外部載荷引起的應力第二類結構的殘余應力Heyn應力第三類晶體內的不均勻殘余應力國內工程界往往將上述第一類內應力稱為殘余應力；把第類內應力稱為“微觀應力”。而第類內應力的名稱尚未統一，如有的稱“晶格畸變應力”，有的稱“超微觀應力”。有

8、時按德國的習慣內應力又進一步分為四類。例如表2.1 所示的L.Reimer的分類。表中第二類結構應力是組織內部的，相當于實際晶粒間以及組織內不同相之間的作用應力。而第三類是各個晶粒內部存在的不均勻應力。第四類則相當于第三類應力的下面一段所示，即由位錯和各種晶內缺陷所形成的更微觀的應力。圖2.3顯示了按此種分類的殘余應力在實際組織內的分布狀況。A.Koch-endörfer認為這些應力各有特點，首先第一類應力處在宏觀范圍內是常數。第二類應力在微觀領域內也是常數，只是在宏觀的范圍內往往是周期性的變化。第三類應力在微觀領域內也往往是周期性的變化3。由圖可見,第類內應力可理解為存在于各晶粒內

9、的數值不等的內應力在很多晶粒范圍內的平均值，是較大體積宏觀變形不協調的結果。因此按照連續力學的觀點，第類內應力可看作與外在應力等效的應力。第類內應力各個晶粒尺度范圍內范圍（或晶粒區域）的內應力的平均值它們可歸結為各個晶粒或晶粒區域之間變形的不協調性。第類內應力是局部存在的內應力圍繞著各個晶粒的第類內應力值的波動。第二類內應力是是一個中間環節，它將第一類內應力和第三類內應力聯系起來，構成一個完整的內應力系統。1YX圖2.3 第一類、第二類及第三類殘余應力的一例在圖中，（x,y）處的總的內應力在y方向的分量在數量上是：，其中馬赫勞赫這種關于內應力的定義明確了各類內應力之間的關系。特別是將晶粒大小作

10、為最重要的描述內應力影響區域的材料特征尺寸，使得內應力與材料的組織結構有了更為緊密的聯系。從而有利于人們對內應力及其對材料性能影響的認識。在一般的英、美文獻中把第類內應力稱為“宏觀應力”（Macrostress），而對第類和第內應力稱為“微觀應力”（Microstress）的概念。通過下列式子可以把這些概念對應起來。這種有關三類內應力的定義同樣適用于多相多晶體材料。是跨越了相當大的材料區域并與相組分無關，以和分別表示材料中A、B兩相的各個晶粒中的第類內應力。它們相當于A相與B相中的第第內應力與在各個晶粒（或晶粒區域）尺度范圍內的平均值。用機械方法可以測得試件某一區域純粹的第類內應力大小。但是若

11、采用X射線衍射方法測量，由于X射線束的選擇性，測得的將是X射線束照射體積內相A和相B特有的平均內應力r。A和r。B。它們的數值分別是第類內應力與在X射線束照射體積內參與衍射的那些晶粒中的第類內應力平均值及之和。即，此外還可以證明，第類內應力的平均值在各相間保持平衡，即式中A和B為A相和B相的體積百分數。從上式可以看出和在兩相中的符號相反，而數值大小與相含量成反比。每個晶粒的第類內應力值目前尚無法測定，用X射線法并結合其它的方法可以測定多相材料中一定范圍的第類內應力的平均值。上述分類方法是按照殘余應力相互影響范圍的大小劃分的，從產生的原因考慮課將其分成兩類。把與宏觀應力相對應的叫做體積應力：（B

12、ody Stress)，把與微觀應力相對應的叫做結構應力(Textural Stress)，或者叫做同樣意義的亞結構應力(Tesselated Stress)。體積應力是由于物體受到來自外部機械的、熱的或化學的不均勻作用所形成的。就是均質的材料也會產生這種應力。但是結構應力卻是由于組織結構不均勻性的內部原因造成的。亦即其內部不均勻時，盡管由外部施加到各部分的變形、加熱或化學變化是一樣的，也會產生殘余應力。在大多數情況下, 宏觀殘余應力與微觀殘余應力總是同時存在的, 產生第一類殘余應力的加工過程必須伴隨第二、 第三類殘余應力的產生。二、 殘余應力產生的原因一般物體內部殘余應力的產生過程可用圖2.

13、2說明。現在，從沒有任何應力作用的物體內部R區域內，切取圖中所示之正方形A部分。接著將切下的A部分用任意的操作使之進行體積變化和形狀變化而成為B的形狀。可以想象若將其再放入只區域內，使其成為c)所示的那樣，則需由側面施加作用力使之變形，再如d）所示將它放到原先的R內。若將施加的這個力釋放時，結果則如e)所示放入的部分和其周邊部分要調整變形，并在該區域產生應力場。這就是產生殘余應力的狀態。反之，如果測定出切取部分的變形量，即可推算出殘余應力。實際上殘余應力的測定，就是將物體進行切槽或切取，使殘余應力部分釋放或全部釋放，用實驗方法由釋放時所產生的變形求出殘余應力。根據與上例相同的原理，也可應用彈性

14、理論求出殘余應力。圖2.2 殘余應力的產生示意圖殘余應力產生的原因，可分為因外部作用的外在原因，和來源于物體內部組織結構不均勻的內在原因，如下所示。1. 不均勻變形 不均勻的變形狀態，是不均勻塑性變形產生的條件。外在原因：不均一的作用應力。例如彎曲、壓延、拉拔等。內在原因：由于物體內各部分組織的濃度差或晶粒的位向差等，各部分顯示的不同的屈服行為。舉例：對桿進行彎曲的情況，在桿上施加的彎曲應力超過材料的屈服強度時，橫桿受拉伸的一側和受壓縮的一側均產生塑性變形，載荷除去后內部產生殘余應力。圖2.4(a) 完全彈塑性體的應力和應變 (b) 均勻彎曲后桿的殘余應力分布如圖2.4(a)所示的材料為完全彈

15、塑性體，現僅研究彎曲時桿受拉伸一側的變形。設從中性軸到距軸Xo處為彈性變形部分(參見圖2.4(b)，在Xo以外部分為塑性變形部分。除去載荷時，從中性軸到Xo的部分，沿彈性線eo變形，而變形達到應變量d的塑性變形部分則沿著與彈性線eo相平行的fg線進行彈性回復變形。此時沿eo變形的部分，在其應變量回復到零時其應力亦回復到零。而沿fg變形回復部分，應力為零時還殘留有應變og。因此，欲使應變恢復到零，應力值必須沿彈性線fgh變化到應力為負值的一側。同理，就承受壓縮一側的變形來說也是同樣的，此情況下應力狀態只是與拉伸的情況相反，結果載荷除去后，為保持桿內部應力的平衡就產生了如圖2.4（b）所示的殘余應

16、力分布。(1) 熱應力產生的塑性變形當加熱、冷卻過程中產生熱應力時，由于高溫下屈服強度低，在這種應力作用下易于產生塑性變形。外在原因：由于物體的幾何形狀不對稱、復雜等等，加熱冷卻過程中各部分的熱傳導狀態不同，因而各邙分顯示出溫度差。內在原因：物體內務部分的彈性模量、導熱系數、熱膨脹系數等不同，而且它們的溫度系數也不同。(2) 相變或沉淀析出引起的體積變化由于相變或沉淀析出在物體內部產生不均勻的體積變化時，則產生應力。外在原因：冷卻時，各部分的冷卻不均勻，冷卻速度也不同。因而當出現有完全相變終了的部分和相變尚來進行的部分寸，兩者便顯現出體積變化的差異。內在原因：在具有組織結構的濃度差時，則因相變

17、和沉淀析出等，所引起的體積變化的程度也不同。2. 化學變化幾乎都是由外部的原因造成的。這時的殘余應力是由于表面向內部傳遞的化學變化。三、內應力的測試、表征（手段）鑒于殘余應力對零部件力學性能和尺寸穩定性的重大影響，在某些關鍵件的工藝標準中規定了其殘余應力水平。例如大型汽車輪機轉子鍛件的技術條件中，規定允許存在的殘余應力水平不得超過材料屈服強度的8%。各工業發達國家都很重視殘余應力測試技術的研究，并取得了很多研究成果。歐洲最重要的殘余應力會議The European Conference on Residual Stress(ECRS已舉行了7屆，歐洲各國的殘余應力工作者每次均十分踴躍地參加，且

18、特別重視X射線法、中子衍射法的研究，美國在X射線法、中子衍射法測量殘余應力的研究工作中取得了很大的成績，日本也十分重視殘余應力方面的研究。在我國，全國性的殘余應力學術交流會已舉行多屆，近年來相關的科研人員在典型構件的殘余應力狀態分析和測試方法，在加工制造工藝方面如何減少殘余應力，以及降低殘余應力對機械構件產生的不良效應等方面都做了大量研究。從已發表的文獻數量及我國人員參與國際會議的情況來看，我國對殘余應力的研究日益重視。隨著我國工業技術的高速發展，由殘余應力引起的問題將更為突出，殘余應力測試技術的應用研究將促進我國工業水平的進一步發展。殘余應力的數值分析也稱為殘余應力的定量預測，即利用數值計算

19、方法，對構件的殘余應力分布狀況進行預見性的定量分析，這是近幾年研究課題的手段之一。目前，借助于有限元分析軟件，數值模擬計算和實驗相結合成了殘余應力測試技術研究的主要方法。根據測試方法對被測試件是否造成損壞，測試方法分為有損測試法和無損測試法兩大類。前者以機械法為主，原理是利用機械加工的方法將零件的一部分除去，釋放部分或全部殘余應力并造成相應的位移與應變。再在某些部位測量這些位移或應變，通過力學分析推算出原始存在的殘余應力。目前應用最多的是鉆孔法、環芯法、取條法、剝層法等，在鉆孔法中為了降低構件因鉆孔而受損傷的程度，可用盲孔法、淺盲孔法。無損測試殘余應力的方法大多屬于物理方法。這些方法的原理是利

20、用材料中殘余應力狀態引起的某種物理效應，建立起某一物理量與殘余應力（應變）間的關心，通過測定這一物理量推算出殘余應力來。物理方法中應用較多的是X射線衍射法，其它還有中子衍射法、磁性法和超聲法。與其它方法相比，用X射線衍射法測定應力有許多優點:1)可測定表層各局部小區域的應力;2)可同時分別測得宏觀應力與微觀應力;3)可同時測得復相中各相的應力等4) 可以借助于電解拋光等手段測定應力沿層深的分布。X射線法的不足之處是測定的精度尚不十分高，在測定構件動態過程中的應力等方面也存在一定的困難。1. 鉆孔法鉆孔法（在我國也稱小孔法或盲孔法）由J. Mather 于1934年首先提出，后經許多人的研究改進

21、，最后形成一項比較成熟的通過鉆小孔測量構件殘余應力的方法和技術。我國1986年引入了美國鉆孔法標準。 圖 2.5 （a）鉆孔法應力釋放原理圖 （b）鉆孔法應變計敏感柵布置圖鉆孔法的基本原理如圖2.5所示。一塊各向同性的板材中假定存在殘余應力外，若鉆一小孔，則孔邊的徑向應力釋放后為零，孔周圍區域的應力也將重新分布，應力變化的曲線如圖。曲線上方陰影線的區域為釋放應力。由圖可見，在孔邊周圍區域內釋放應力的梯度很大，離孔邊愈近，釋放的應力越大。鉆孔法標準規定采用專門的箔式應變花和電阻應變儀來測量孔周圍釋放的應變。應變花的中心有鉆孔標記。通常表面殘余應力為平面應力狀態，所以需要三個應變敏感柵。由于測量的

22、是敏感柵長度的平均應變，故敏感柵的長度較短，且每個敏感柵的中心位于同一半徑上，常見的角度布置如圖2.5（b）。假定鉆的小孔為通孔，根據鉆孔前后應力的變化與釋放應變之間的關系得到以下公式。就可從應變花感應到的應變推算出殘余應力，計算公式如下。 通孔時應力釋放系數A、B受小孔的半徑a和敏感柵中心到孔中心距離r的影響。而r受鉆孔技術的制約，一般選擇1.5a/r0.6。此外，實驗證實了當孔深大于孔徑時，A,B值與孔深無關。工程實踐中一般被測件的厚度常比孔徑大很多，因此多半鉆成盲孔。經有限元計算證明，盲孔孔邊附近的應力分布與通孔時的分布形式類似，只是應力集中系數在數值上存在差別。所以鉆盲孔時，應力與應變

23、之間的關系仍可采用通孔時的公式(13)、（14）來計算，但是式中的A、B不能再按式（11）、（12）來計算，必須用實驗方法標定。試驗材料應和待測殘余應力的構件的材料相同；試樣經退火處理，消除初始殘余應力；應變花和孔的幾何參數應保持一致。標定試樣如圖2.8。其誤差主要來源于三個方面：標定釋放系數誤差、鉆孔對中偏心引起的測量誤差、鉆孔時產生的附加應變。鉆孔時由于切削力的作用在孔周圍產生附加硬化層會影響測量精度，李昊，劉一華9通過增大孔口附近區域材料的彈性模量的方式,將硬化層簡化為一個異質圓環,利用彈性力學方法求得了無限大板在雙向均布載荷作用下鉆孔后的釋放應力的解析解。通過有限元驗證該法有效提高了精

24、度。圖2.8（a） 測定A，B用的拉伸試樣圖2.8（b）測試數據例表2. 環芯法環芯法是1951年由德國Milbradt最先提出，在我國又稱圓環法、切槽法等。環芯法測定殘余應力的基本原理可用圖2.6來說明在一個各向同性材料上某一區域內假定存在雙向殘余應力場，其最大、最小主應力分別為1和2。在該區域的表面粘貼一應變花，再以應變花為中心加工一個環芯直徑為d，槽深為人的圓環槽。這樣環芯區域的殘余應力被部分或全部釋放(釋放程度與槽深有關)，粘貼在環芯表面的應變花可感受到釋放應變。根據測得的釋放應變通過力學分析，計算出殘余應力的大小和方向。所以環芯法測得的是環槽所圍區域表層一定深度內的殘余應力的乎均值。

25、圖2.6 環芯法測量殘余應力原理圖環芯法與鉆孔法相比最大的優點是應變釋放率高。它的應變釋放率為盲孔法的三倍。這是由于鉆孔法是通過體積小的盲孔解除試件孔邊周圍較大區域的約束；而環芯法卻相反，是環槽(相對于環芯是周圍較大的區域)解除了中間環芯的約束。無論是環芯法還是鉆孔法，在釋放應變的時都附加了加工應變。但環芯法附加應變的影響相對較小。所以環芯法的測定殘余應力的精度可以達到±5MPa到±lOMPa。如果機械加工不是一個環槽，而是兩條平行的槽，則就變成切槽法，它的基本規律與環芯法是一樣的。環芯法對零件的破壞比鉆孔法大，加上目前缺少統一的標準和專用的環槽加工設備，因此應用不及鉆孔法

26、普遍。但是環芯法在一些大型鍛件上的成功測試結果說明該法具有良好的應用前景。這種方法就是在構件上進行切槽, 由于切槽而形成殘余應力的釋放區, 用應變花測定此部分的應變求出殘余應力的方法。此處假定由于切槽而形成的彼此孤立的部分內殘余應力是均勻一致的, 并且認為溝槽所包圍的部分內, 其殘余應力完全被釋放,常用的有 Gunnert 法和 Kunz法。3. 壓痕法在工件待測點中心放置軸承鋼球, 通過沖擊或靜壓的方法施加一定的沖擊功或靜壓力, 使其在工件表面產生球冠形壓痕, 在壓痕周圍產生一定的疊加應力并形成一定的應變, 該應變值由壓痕周圍的應變花測得。它對工件所造成的破壞小, 測量方便、迅速、 標距小,

27、 適于應力梯度變化大的場合。4. 磁性法磁性法是無損地測定殘余應力的有效方法之一，目前在國內外已有較多的實際應用。磁性法雖然只能用于鐵磁性材料，但目前和可以預見的將來，機械工程材料中用得最多的還是黑色金屬材料，因此磁性法測量殘余應力仍具普遍意義。磁性應變法的基本原理是基于鐵磁性材料(如低碳鋼等)的磁致伸縮效應，即鐵磁性材料在磁化時會發生尺寸變化。反過來鐵磁體在應力的作用下其磁化狀態(導磁率和磁感應強度等)也會發生變化，這樣通過測量磁性變化可以測定鐵磁材料中的應力。金屬鈦是順磁性物質，因此磁性法不適合鈦合金殘余應力的檢測。5. X射線衍射應力分析原理：X 射線應力測定的基本原理由俄國學者1929

28、年提出,它的基本思路是, 一定應力狀態引起材料的晶格應變和宏觀應變是一致的。晶格應變可以通過X 射線衍射技術測出;宏觀應變可根據彈性力學求得, 因此從測得的晶格應變可推知宏觀應力。晶格應變引起的衍射線角位置的變化。當一束強度為I 0 的X 射線以掠射角0照射到一個無應力的晶體上,若相鄰兩個原子面(面間距設為D0 )散射的X 射線的光程差正好等于波長的整數倍,即2D0 sin0 = n (3)則在對稱于晶面法向N p 的相同角度0處會出現一束強度為I 的衍射線( 又稱反射線或干涉線) , 這就是著名的布拉格方程。受力后多晶體材料中各個晶粒的某一組晶面的面間距的變化與各個晶粒的不同取向有關。而晶面

29、間距的變化將導致布拉格角產生角位移。對布拉格方程微分可得: (5)式中J為處于某一方位的晶粒的晶格應變。對宏觀均勻、 各向同性的材料來說主應力方向與主應變方向一致,圖2.7 為其坐標系。圖 中為作用在試樣表面某一方向的待測應力。此時某一方向的宏觀應變與主應變的關系為:圖2.7 描述應力狀態和應變狀態的坐標系 (6) 利用廣義虎克定律, 可得與主應力之間的關系為: (7) 由于X 射線的透入深度很小,故被 X 射線照射的表面薄層處于平面應力狀態, 3可近似地看作零, 且()=(此時= 90 0)故: （8）根據晶格應變與宏觀應變一致的基本思想得： （9）式( 9)就是 X 射線應力測定的基本方程

30、。它表明了作用在試件表面某個方向的待測應力 , 和用X 射線衍射技術確定的衍射線角位移( d), 之間的關系。在實用上，通過測定兩個方向上的面間距來求得殘余應力的方法稱為0-45°法（令=45°）；有時所測應變方向還要更多一些，這就是sin2法4。將式（9）對sin2求導，并將角度換算成弧度得： （10）K為常數，稱為sin2的應力常數。對于指定的材料，K值可從資料（材料手冊）查出或者通過實驗求出。由于X射線的穿透深度極淺，對于鈦合金僅為5m，所以X射線法是一種二維平面殘余應力測試方法。多選用TiK靶材，選擇-Ti（213）晶面作為測量晶面。用X射線衍射分析技術來測定材料中

31、殘余應力整個操作過程包括：對被測件表面有時必要的處理，儀器的調整，測試參數的選擇，數據的采集和處理，獲得應力值。測試方法測試內涵優點缺點鉆孔法（盲孔法）小孔深度距離內的平均殘余應力可測量內部殘余應力，破壞性小，操作簡便應力釋放不完全；鉆孔時產生附加應變影響精度；環芯法（切槽法）槽深度距離內的平均殘余應力精度高，可達±5MPa10MPa在大型鍛件上成功測試，有良好應用前景應變釋放率高（為盲孔法的三倍）；附加應變影響小；因破壞性大應用不如盲孔法普遍。X射線有效透入深度內的平均值（5m），若剝層則為有損測量內部殘余應力無損測試對材料的組織、晶粒形態要求較高；對試樣表面的平整度要求也較高壓痕

32、法損傷小，操作簡便，適用于應力梯度變化較大的測試精度不夠磁性法無損只適用于鐵磁性物質，不適用于順磁性物質。鈦為順磁性鈦合金工件用盲孔法測試的較多，孔的直徑根據工件形狀選取。2mm左右深度，2mm左右直徑。a/r值在0.6-1.5之間。四、內應力的研究進展（進展）表面殘余應力狀態的穩定性以及對材料性能的影響?殘余應力以平衡狀態存在于物體內部, 是固有應力域中局部內應力的一種。殘余應力是一種不穩定的應力狀態, 當物體受到外力作用時, 作用應力與殘余應力相互作用, 使其某些局部呈現塑性變形, 截面內應力重新分配; 當外力作用去除后, 整個物體由于內部殘余應力的作用將發生形變。機件中各部位的殘余應力一

33、般不是一個固定值，在各種外界因素作用下將發生變化，這就是殘余應力的穩定性問題，又稱為殘余應力的松弛或衰減。熱力學上高能量的組織狀態在合適的條件下總將趨向于低能量的平衡態，這就是殘余應力松弛的內在動力。促使殘余應力松弛的外界因素主要是溫度和載荷（包括靜載荷與動載荷）。殘余應力松弛的實質是保存在材料中的彈性應變能通過微觀或局部塑性變形逐漸釋放的過程，也即與位錯運動有關。殘余應力對零件的使用性能有著重要的影響，殘余應力的存在, 嚴重影響了已加工零件的靜力強度、 疲勞強度及抗腐蝕性能, 進而影響零件的使用壽命; 同時, 殘余應力還是影響零件幾何尺寸穩定性的主要因素。國內外學者從上世紀 50 年代開始對

34、此問題開始研究, 取得了令人矚目的成果。切削加工表面殘余應力目前, 關于殘余應力的產生機理, 從理論上定量分析還存在困難。 文章6從已加工表面形成過程的角度分析殘余應力的產生機理。在工具裝夾、切削過程中, 引起不均勻塑性變形的機械應力和熱應力是同時存在的, 所以殘余應力的計算是一個熱-力耦合的熱彈塑性問題。由于切削加工過程的多元非線性, 在切削加工表面的形成過程中, 既有彈塑性變形、 切削熱和復雜的摩擦狀況, 又有工件材料、 切削參數、 刀具參數等多因素的影響, 因此, 很難對切削加工的殘余應力大小、 性質及其分布做出定量的分析。隨著有限元技術的不斷發展, 有限元法成了研究切削過程和機理的主要手段。2004 至 2006 年間, Sasahara 和 Segawa 等人進行了硬車和切削 45號鋼的表面完整性方面的研究,分析了切削參數(刀尖圓弧半徑、 進給速度)對加工表面殘余應力、 表面硬化的分布的影響; 另外, 還研制了用于加工產生殘余壓應力的特殊立銑刀;2007年 D.Umbrello等人基于有限元和實驗的方法, 提出了基于神經網絡的切削殘余應力的預測模型, 取得了很好的效果。近年來,國內在切削加工機理的有限元模擬方面也進行了許多研究。 王立濤、 王秋成、 黃志剛、 董輝躍等人利用有限元模型進行了模擬, 分析了切削過程的應變、溫度、殘余應力及表面加工硬