微观残余应力的影响与优化控制

微观残余应力属于显微视野范围内的应力，根据其作用的范围，又可分为两类，即第二类、第三类残余应力。第二类残余应力作用于晶粒或亚晶粒之间（约在0.01～1mm范围内），是在此范围内的平均应力。第三类残余应力作用于晶粒内部（约在10^-6～10^-2mm范围内）。残余应力的分类见表1-1。

表1-1 残余应力的分类^[1]

按照残余应力产生的原因，微观残余应力可分为以下几种。

1.由于晶粒的各向异性而产生的微观残余应力

这种残余应力包括晶体的热膨胀系数、弹性模量等的各向异性及晶粒间的方位不同而产生的微观残余应力。以晶体弹性模量的各向异性为例，铅的单晶体的弹性模量随晶体方位不同有1～3倍的变化，锌的单晶体有1～4倍的变化。绝大多数金属的弹性模量都具有各向异性，其弹性模量一般以晶体的<111>方向为最大，<100>方向为最小。在多晶体中，由于各晶粒的方向不同，即使所施加的外力是均匀的，各晶粒的变形也可能不同，此时若有塑性变形发生，各晶粒的塑性变形也会不均匀，因此必然引起残余应力。(www.xing528.com)

2.由于晶粒内外的塑性变形而产生的残余应力

这种残余应力包括晶粒内的滑移、穿过晶粒间的滑移及双晶的形成等而产生的微观残余应力。例如，晶粒内有滑移变形，位错就会在晶界堆积，还可能穿过晶界在更广的范围内进行滑移，显示出折曲带等情况。由于位错穿过晶粒并不消失，因此这时也会在组织内不均匀地形成各种内部缺陷。这些就成为外力去除后产生微观残余应力的主要原因。

3.由于夹杂物、沉淀相或相变出现不同相而产生的微观残余应力

在金相组织内，当夹杂物、沉淀相或相变而出现不同相时，由于体积变化及热应力的作用，可能产生相当大的微观残余应力。