什么叫表面残余压应力

表面残余压应力是指在材料表面或表层由于各种加工过程（如机械加工、热处理、焊接等）或自然过程（如腐蚀、磨损等）而产生的内部剩余应力。这些应力在材料加工或使用过程中不会消失，而是持续存在于材料内部，对材料的性能产生重要影响。

一、表面残余压应力定义

表面残余压应力是指在没有外部载荷作用下，存在于材料表面或内部的压应力状态。这种应力通常是由于材料在加工、热处理、磨削、喷丸等过程中产生的非均匀变形所致。残余压应力对材料的性能有着显著的影响，能够提高材料的疲劳寿命、耐腐蚀性和耐磨性，同时也有助于阻止或延缓裂纹的扩展 。表面残余压应力的存在，可以减少材料在服役过程中的应力集中，从而降低疲劳裂纹的形成和扩展速率。

在许多工业应用中，通过表面处理技术，例如喷丸、激光冲击、滚压等方法，可以人为地在材料表面引入残余压应力，以此来提高材料的性能 。残余压应力的检测对于评估材料的性能和预测其使用寿命至关重要。检测方法包括仪器化压入技术、X射线衍射、中子衍射、超声检测等。其中仪器化压入技术是一种微区、微损的表面力学性能测试技术，通过压入载荷-深度曲线和残余压痕等信息，借助分析方法从曲线和压痕等信息中反演识别出材料的残余应力 。

二、表面残余压应力的成因

1、加工过程：在机械加工过程中，如切削、磨削等，材料表面会受到切削力的作用，导致材料表面层发生塑性变形，从而产生残余应力。

2、热处理：在热处理过程中，如淬火、退火等，材料内部的温度分布不均匀，导致材料内部产生热应力。当材料冷却后，这些热应力会转化为残余应力。

3、焊接：焊接过程中，由于焊接材料和基材的热膨胀系数不同，焊接区域和非焊接区域的冷却速度不同，会产生焊接应力。

4、自然过程：在自然环境中，材料表面可能会受到腐蚀、磨损等作用，这些作用也会导致表面残余应力的产生。

二、表面残余压应力的测量方法

1、X射线衍射法：通过测量材料表面晶格间距的变化，可以推算出残余应力的大小和分布。

2、超声法：利用超声波在材料中的传播速度与材料内部应力的关系，可以测量残余应力。

3、磁性法：通过测量材料表面的磁场变化，可以间接测量残余应力。

4、钻孔法：在材料表面钻孔，通过测量钻孔前后材料表面的变形，可以计算出残余应力。

三、表面残余压应力的影响

1、提高疲劳强度：表面残余压应力可以抵消部分由于外部载荷引起的拉应力，从而提高材料的疲劳强度。

2、改善抗腐蚀性：表面残余压应力可以减少材料表面的裂纹形成，从而提高材料的抗腐蚀性。

3、增强耐磨性：表面残余压应力可以提高材料表面的硬度，从而增强材料的耐磨性。

4、影响尺寸稳定性：表面残余压应力可能导致材料在加工或使用过程中发生变形，影响尺寸稳定性。

四、表面残余压应力的控制和应用

1、优化加工工艺：通过优化切削参数、磨削参数等，可以减少加工过程中产生的残余应力。

2、选择合适的热处理工艺：通过选择合适的热处理工艺，如正火、退火等，可以减少热处理过程中产生的残余应力。

3、采用表面强化技术：如喷丸、激光冲击等表面强化技术，可以在材料表面产生有益的残余压应力。

4、设计合理的结构：在设计零件时，考虑残余应力的影响，设计合理的结构，以减少残余应力对零件性能的不利影响。

表面残余压应力是材料加工和使用过程中不可避免的现象，对材料的性能有着深远的影响。通过合理的加工工艺、热处理工艺和表面强化技术，可以控制和利用表面残余压应力，提高材料的性能。过精确的测量方法，可以更好地理解和控制表面残余压应力，为材料的设计和应用提供科学依据。