首先，官方有一個(gè)定義：殘余應(yīng)力是工件在制造過程中會(huì)受到各種工藝因素的影響；當(dāng)這些因素消失后，如果上述對(duì)構(gòu)件的影響和影響不能完全消失，而其中一部分還殘留在構(gòu)件中，那么殘余的影響和影響就是殘余應(yīng)力。

有點(diǎn)頭暈？讓我們以一種流行的方式來談?wù)撍?。比如一個(gè)人以前很瘦，買了一條L碼牛仔褲。然而，一年后，他變得很胖。當(dāng)他再穿這條牛仔褲的時(shí)候，他會(huì)覺得他的褲子太緊了，因?yàn)樗芘?，而且他的褲子沒有改變。這時(shí)，他的身體和褲子之間，傳來一股強(qiáng)大的力量。如果他用力過猛，很容易將它們撕裂，這種破壞力是殘余應(yīng)力的作用。從能量功的角度看，當(dāng)外力引起物體塑性變形時(shí)，會(huì)引起物體內(nèi)部變形，從而積累部分能量；當(dāng)外力消除后，內(nèi)應(yīng)力分布不均勻的能量就會(huì)釋放出來。如果物體的脆性低，它會(huì)慢慢變形，如果脆性高，它會(huì)形成裂縫。

殘余應(yīng)力在機(jī)械制造中很常見，而且經(jīng)常出現(xiàn)在每一個(gè)工序中。但從本質(zhì)上講，殘余應(yīng)力的成因可分為三類

第一種是非均勻塑性變形；

第二種是溫度變化不均勻；

第三種是非均勻相變。

從殘余應(yīng)力的分類可以看出殘余應(yīng)力的危害。殘余應(yīng)力會(huì)引起物體緩慢變形，導(dǎo)致物體尺寸發(fā)生變化，導(dǎo)致加工出的工件尺寸不合格，導(dǎo)致整個(gè)儀器精度下降，成為生產(chǎn)中的廢品儀器、鑄鍛件出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。同時(shí)，對(duì)整個(gè)儀器的疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕能力、機(jī)械性能進(jìn)行分析，尺寸穩(wěn)定性和使用壽命也有非常重要的影響。

在冷卻過程中，由于工藝不合理造成冷卻不均勻，產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力，導(dǎo)致鑄件斷裂

圖1 冷卻時(shí)鑄件斷口

熱處理淬火過程中，過冷奧氏體的馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)菀自斐刹牧蠑嗔?/p>

圖2 淬火時(shí)金屬斷裂

殘余應(yīng)力的測(cè)量 殘余應(yīng)力的測(cè)量可分為機(jī)械法、化學(xué)法和X射線法。

機(jī)械法

最常見的機(jī)械方法是鉆孔法（也稱為盲孔法）。在操作中，從物體上切下一段長(zhǎng)度為其直徑三倍的棒材（或管材），并在中心鉆一個(gè)通孔。然后用鉆孔桿或鉆頭從內(nèi)部去除一層薄薄的金屬，每次去除約5%的橫截面積。去除后，測(cè)量樣品長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)率和直徑的伸長(zhǎng)率。

繪制這些值與井眼斷面面積的關(guān)系曲線，用繪圖法求曲線上任一點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，以表征伸長(zhǎng)率和井眼斷面的變化率，然后代入相應(yīng)的應(yīng)力公式。

化學(xué)法

化學(xué)法有兩種觀點(diǎn)。一種思路是將試樣浸入合適的溶液中，測(cè)量從腐蝕開始到發(fā)現(xiàn)裂紋的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間判斷殘余應(yīng)力。使用的溶液可以是錫青銅的汞和含汞鹽，鋼的弱堿和硝酸鹽；另一個(gè)想法是將樣品浸入合適的溶液中并每隔一段時(shí)間稱重。這樣，我們就可以得到減重與時(shí)間的關(guān)系曲線，并與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，以確定殘余應(yīng)力的大小。所得曲線的位置比標(biāo)準(zhǔn)曲線的位置越高，物體中的殘余應(yīng)力越大。

圖3 化學(xué)法浸入待測(cè)金屬

X射線法可以利用X射線穿透金屬零件，勞厄法可以通過干涉光斑形狀的變化來定性地確定殘余應(yīng)力。

圖4 X射線法原理

當(dāng)沒有殘余應(yīng)力時(shí)，干涉點(diǎn)呈點(diǎn)狀分布。當(dāng)有殘余應(yīng)力時(shí)，干涉點(diǎn)伸長(zhǎng)，呈“星”形。

(a) 無殘余應(yīng)力（b) 有殘余應(yīng)力

圖 5 勞厄法測(cè)量結(jié)果

德拜法可以定量測(cè)量殘余應(yīng)力，可根據(jù)德拜圖上衍射線的位置、寬度和強(qiáng)度來確定。

綜上所述，機(jī)械法和化學(xué)法屬于破壞性檢測(cè)方法，需要對(duì)被檢測(cè)物進(jìn)行局部取樣，檢測(cè)后損傷不可逆； X射線法是一種無損檢測(cè)方法，可以保持物體的完整性。機(jī)械法可以準(zhǔn)確確定殘余應(yīng)力的大小和分布，一般適用于棒狀或管狀物體；化學(xué)法適用于線材、片材類的對(duì)象，但化學(xué)法只能進(jìn)行定性判斷，難以做到定量描述； X射線法雖然是一種“無損”的方法，但它只適用于一些能給出清晰銳利衍射線的材料，而且由于X射線的投射能力小，只能檢測(cè)到部分衍射線。物體靠近表面。

殘余應(yīng)力的消除 由于殘余應(yīng)力的危害如此之多，因此有效的消除方法是非常必要的。消除方法有四種：熱處理、靜負(fù)荷加壓、振動(dòng)時(shí)效和機(jī)械處理。

熱處理

熱處理是利用殘余應(yīng)力的熱松弛作用來消除或降低殘余應(yīng)力。一般采用退火和回火。

靜載荷加壓是通過整體或局部甚至微小區(qū)域的塑性變形來調(diào)整工件的殘余應(yīng)力。例如大型壓力容器，焊接后內(nèi)部受壓，稱為“脹形”，使焊接接頭產(chǎn)生少量塑性變形，從而降低焊接殘余應(yīng)力。

圖6 鼓脹處理后的大油箱

VSR在英文中被稱為vibration Stress Relief。振動(dòng)應(yīng)力消除（VSR）是消除工程材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的常用方法。通過振動(dòng)，當(dāng)工件內(nèi)部殘余應(yīng)力和附加振動(dòng)應(yīng)力的矢量和超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，材料發(fā)生少量塑性變形，從而使材料的內(nèi)應(yīng)力得到松弛并減少。

圖7 應(yīng)變可量化VSR系統(tǒng)

機(jī)械處理是利用物體表面產(chǎn)生微小塑性變形的方法來減少殘余應(yīng)力，包括零件相互碰撞、表面滾壓、表面拉深和表面定徑以及模具內(nèi)的精壓等。例如，熨燙的優(yōu)點(diǎn)之一是消除殘余應(yīng)力。