一 殘余應力的概念:

　　通常講，一個物體，在沒有外力和外力矩作用、溫度達到平衡、相變已經(jīng)終止的條件下，其內(nèi)部仍然存在并自身保持平衡的應力叫做內(nèi)應力。

　　按照德國學者馬赫勞赫提出的分類方法，內(nèi)應力分為兩類：

第Ⅰ類內(nèi)應力是存在于材料的較大區(qū)域（很多晶粒）內(nèi)，并在整個物體各個截面保持平衡的內(nèi)應力。當一個物體的第Ⅰ類內(nèi)應力平衡和內(nèi)力矩平衡被破壞時，物體會產(chǎn)生宏觀的尺寸變化。

　　第Ⅱ類內(nèi)應力是存在于較小范圍（一個晶?；蚓Я?nèi)部的區(qū)域）的內(nèi)應力。 第Ⅱ類內(nèi)應力是存在于極小范圍（幾個原子間距）的內(nèi)應力。

　　在工程上通常所說的殘余應力就是第Ⅰ類內(nèi)應力。到目前為止，第Ⅰ類內(nèi)應力的測量技術(shù)為完善，它們對材料性能和構(gòu)件質(zhì)量的影響也研究得為透徹。

　　除了這樣的分類方法以外，工程界也習慣于按產(chǎn)生殘余應力的工藝過程來歸類和命名，例如鑄造應力、焊接應力、熱處理應力、磨削應力、噴丸應力等等，而且一般指的都是第Ⅰ類內(nèi)應力。

二 殘余應力的作用：

　　機械零部件和大型機械構(gòu)件中的殘余應力對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩(wěn)定性和使用壽命有著十分重要的影響。 

　　適當?shù)?、分布合理的殘余壓應力可能成為提高疲勞強度、提高抗應力腐蝕能力，從而延長零件和構(gòu)件使用壽命的因素；而不適當?shù)?span style="color:rgb(0, 0, 255)">殘余應力則會降低疲勞強度，產(chǎn)生應力腐蝕，失卻尺寸精度，甚至導致變形、開裂等早期失效事故。

X射線衍射法測定殘余應力（一）

三 殘余應力的產(chǎn)生：

　　在機械制造中，各種工藝過程往往都會產(chǎn)生殘余應力。但是，如果從本質(zhì)上講，產(chǎn)生殘余應力的原因可以歸結(jié)為：

      1.不均勻的塑性變形；

      2.不均勻的溫度變化；

      3.不均勻的相變。

四 殘余應力的調(diào)整：

　　針對工件的具體服役條件，采取一定的工藝措施，消除或降低對其使用性能不利的殘余拉應力，有時還可以引入有益的殘余壓應力分布，這就是殘余應力的調(diào)整問題。

通常調(diào)整殘余應力的方法有：

　　1.加熱，即回火處理,利用殘余應力的熱松弛效應消除或降低殘余應力。

　　2.施加靜載，使工件產(chǎn)生整體或局部、甚至微區(qū)的塑性變形，也可以調(diào)整工件的殘余應力。例如大型壓力容器，在焊接之后，在其內(nèi)部加壓，即所謂的“脹形”，使焊接接頭發(fā)生微量塑性變形，以減小焊接殘余應力。

3.振動時效，英文叫做Vibration Stress Relief,簡稱VSR 。在上，工業(yè)發(fā)達國家起始于上世紀50年代，我國從70年代研究和推廣。振動消除應力主要特點：

    （1）、處理時間短；

    （2）、適用范圍廣；

    （3）、能源消耗少；

    （4）、設備投資小，操作簡便。

　　4.錘擊、噴丸、滾壓等。噴丸強化是行之有效、應用廣泛的強化零件的手段，噴丸的同時也改變了表面殘余應力狀態(tài)和分布，而噴丸產(chǎn)生的殘余壓應力又是強化機理中的重要因素。

    (如需進一步了解有關(guān)噴丸強化技術(shù)，推薦如下專著和文獻：

　　1.劉鎖（王仁智），《金屬材料的疲勞性能與噴丸強化工藝》，國防工業(yè)出版社，1977

　　2.王仁智，吳培遠，《疲勞失效分析》，機械工業(yè)出版社，1987

　　3.王仁智，《噴丸強化技術(shù)在我國的發(fā)展》，材料工程，No1,1989)

X射線衍射法測定殘余應力（二）

五 殘余應力的測量方法：

　　殘余應力的測量方法可以分為有損和無損兩大類。

　　有損測試方法就是應力釋放法，也可以稱為機械的方法；無損方法就是物理的方法。

　　機械方法目前用得多的是鉆孔法（盲孔法），其次還有針對一定對象的環(huán)芯法。

　　物理方法中用得多的是X射線衍射法，其他主要物理方法還有中子衍射法、磁性法和超聲法。

　　X射線衍射法依據(jù)X射線衍射原理，即布拉格定律。布拉格定律把宏觀上可以準確測定的衍射角同材料中的晶面間距建立確定的關(guān)系。材料中的應力所對應的彈性應變必然表征為晶面間距的相對變化。當材料中有應力σ存在時，其晶面間距d 必然隨晶面與應力相對取向的不同而有所變化，按照布拉格定律，衍射角2θ也 會相應改變。因此有可能通過測量衍射角2θ隨晶面取向不同而發(fā)生的變化來求得應力σ。

　　從這里可以看出X射線衍射法測定應力的原理是成熟的，經(jīng)過半個多世紀的歷程，在國內(nèi)外，測量方法的研究深入而廣泛，測試技術(shù)和設備已經(jīng)比較完善，不但可以在實驗室進行研究，可且可以應用到各種實際工件，包括大型工件的現(xiàn)場測量。