まず、公式の定義があります。殘留応力とは、ワークピースが製造プロセスのさまざまなプロセス要因の影響を受けることです。これらの要因が消えたとき、コンポーネントに対する上記の効果と影響が完全に消えることができず、それらの一部がコンポーネントに殘っている場(chǎng)合、殘留効果と影響は殘留応力です。

少しめまい？人気のある方法でそれについて話(huà)しましょう。たとえば、以前は非常に痩せていて、L サイズのジーンズを購(gòu)入した人がいます。しかし、1年後、彼は非常に太りました。このジーンズを再び履いたとき、彼は太っていてズボンが変わらなかったので、ズボンがきつすぎると感じました.このとき、彼の體とズボンの間には強(qiáng)い力が働いていました。力を入れすぎると簡(jiǎn)単に破れてしまいますが、この破壊力は殘留応力の影響です。エネルギーワークの観點(diǎn)から、外力が物體の塑性変形を引き起こすとき、それは物體の內(nèi)部変形を引き起こし、エネルギーの一部を蓄積します。外力がなくなると、內(nèi)部応力分布が不均一なエネルギーが放出されます。物體の脆性が低い場(chǎng)合はゆっくりと変形し、脆性が高い場(chǎng)合はクラックを形成します。

殘留応力は、機(jī)械製造では非常に一般的であり、すべてのプロセスで発生することがよくあります。しかし、本質(zhì)的に、殘留応力の原因は 3 つのカテゴリに分けることができます。

最初のタイプは、不均一な塑性変形です。

2 番目のタイプは不均一な溫度変化です。

3 番目のタイプは、不均一な相転移です。

殘留応力の害は、殘留応力の分類(lèi)から見(jiàn)ることができます。殘留応力は、オブジェクトのゆっくりとした変形を引き起こし、オブジェクトのサイズの変化につながり、機(jī)械加工されたワークピースのサイズが不適格になり、機(jī)器全體の精度が失われ、生産のスクラップになる可能性があります楽器の、および鋳造および鍛造ワークピースに亀裂や破損が見(jiàn)られる場(chǎng)合があります。同時(shí)に、疲労強(qiáng)度、耐応力腐食性、器具全體の機(jī)械的特性が分析されます。寸法安定性と耐用年數(shù)も非常に重要な影響を及ぼします。

冷卻プロセス中に、不合理なプロセスによって引き起こされる不均一な冷卻により、殘留熱応力が発生し、鋳物の破損につながります

図1 冷卻中の鋳物の破斷

熱処理の焼入れプロセス中に、過(guò)冷卻オーステナイトのマルテンサイト変態(tài)は材料破壊を引き起こしやすい

図2 焼入れ時(shí)の金屬破壊

殘留応力の測(cè)定 殘留応力の測(cè)定は、機(jī)械式、化學(xué)式、X線(xiàn)式に分けられます。

機(jī)械式

最も一般的な機(jī)械的方法は、穴あけ方法 (止まり穴方法とも呼ばれます) です。操作では、直徑の 3 倍の長(zhǎng)さの棒 (またはパイプ) のセクションがオブジェクトから切斷され、中央に貫通穴が開(kāi)けられます。次に、ボアロッドまたはドリルビットによって內(nèi)側(cè)から金屬の薄い層が除去され、毎回約 5% の斷面積が除去されます。除去後、サンプルの長(zhǎng)さの伸びと直徑の伸びを測(cè)定します。

これらの値とボアホール斷面積との関係曲線(xiàn)を描き、曲線(xiàn)上の任意の點(diǎn)の導(dǎo)関數(shù)を描畫(huà)法によって得て、伸びとボアホール斷面積の変化率を特徴付けます。殘留応力値は、対応する応力式。

化學(xué)的方法

化學(xué)法則には 2 つの考え方があります。適當(dāng)な溶液にサンプルを浸入させ、腐食が始まってから亀裂が発見(jiàn)されるまでの時(shí)間を測(cè)定し、その時(shí)間から殘留応力を判斷するのも一案です。使用される溶液は、スズ青銅の場(chǎng)合は水銀と水銀含有塩、鋼の場(chǎng)合は弱アルカリと硝酸塩です。別のアイデアは、サンプルを適切な溶液に浸し、間隔をあけて計(jì)量することです。このようにして、重量減少と時(shí)間の関係曲線(xiàn)を取得し、それを標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)と比較して殘留応力の大きさを決定することができます。得られた曲線(xiàn)の位置が標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)より高いほど、対象物の殘留応力が大きくなります。

図 3 化學(xué)的方法で試験する金屬の浸漬

X線(xiàn)法ではX線(xiàn)を金屬部品に透過(guò)させ、ラウエ法ではスポット形狀の変化を干渉させて殘留応力を定性的に求めることができます。

図4 X線(xiàn)法の原理

殘留応力がない場(chǎng)合、干渉スポットは點(diǎn)狀に分布します。殘留応力があると、干渉斑が伸びて「星」の形になります。

(a) 殘留応力なし（ b) 殘留応力あり

図5 ラウエ法の測(cè)定結(jié)果

デバイ法では殘留応力を定量的に測(cè)定することができ、デバイ図上の回折線(xiàn)の位置、幅、強(qiáng)度から求めることができます。

要約すると、機(jī)械的方法と化學(xué)的方法は破壊的なテスト方法であり、テスト対象のローカルサンプリングが必要であり、テスト後に損傷を元に戻すことはできません。 X線(xiàn)法は、対象物の完全性を維持できる非破壊検査法です。機(jī)械的方法は、殘留応力のサイズと分布を正確に決定できます。これは、一般に棒狀または管狀の物體に適しています?；瘜W(xué)的方法はワイヤーとシートタイプのオブジェクトに適していますが、化學(xué)的方法は定性的な判斷しかできず、定量的な説明を達(dá)成することは困難です。 X 線(xiàn)法は「非破壊」の方法ですが、明確でシャープな回折線(xiàn)が得られる一部の物質(zhì)にしか適しておらず、X 線(xiàn)の投影能力が小さいため、その一部しか検出できません。表面に近い物體。

殘留応力の除去 殘留応力の危険性は非常に多いため、効果的な除去方法が非常に必要です。除去方法は、熱処理、靜荷重加圧、振動(dòng)エージング、機(jī)械処理の4つがあります。

熱処理

熱処理とは、殘留応力の熱緩和効果を利用して、殘留応力を除去または低減することです。一般的には焼鈍?焼戻しが用いられます。

靜荷重加圧とは、加工物の全體または一部、さらには微小領(lǐng)域を塑性変形させることにより、ワークの殘留応力を調(diào)整することです。例えば、大型の圧力容器は、溶接後、バルジングと呼ばれる內(nèi)部加圧を行うことで、溶接接合部の塑性変形量を小さくし、溶接殘留応力を低減します。

図６ バルジ処理後の大型油槽

VSR は英語(yǔ)でバイブレーション ストレス リリーフと呼ばれます。振動(dòng)応力緩和 (VSR) は、エンジニアリング材料の內(nèi)部殘留応力を除去する一般的な方法です。振動(dòng)により、ワークピースの內(nèi)部殘留応力と追加の振動(dòng)応力のベクトル和が材料の降伏強(qiáng)度を超えると、材料に少量の塑性変形が発生し、材料の內(nèi)部応力を緩和できますと削減されます。

図 7 ひずみ定量化可能な VSR システム

機(jī)械的処理とは、部品同士の衝突、表面転造、表面絞り、表面サイジング、金型內(nèi)での微圧など、対象物の表面に小さな塑性変形を加える方法を使用して殘留応力を低減することです。たとえば、アイロンがけの利點(diǎn)の 1 つは、殘留応力の除去です。