残余应力与耐磨性的关系

寒_亦

表面残余应力与耐磨性之间是怎么样的关系呢？前段时间在一本热处理著作中看到有介绍，现简单摘抄如下，欢迎大家讨论。原文见（王广生，石康才，周敬恩等。金属热处理缺陷分析及案例［M］.北京：机械工业出版社，1997.）
    “研究表明：摩擦面上的残余应力，不论是压应力还是拉应力，都会降低钢铁材料在在滑动摩擦条件下的磨损抗力”。
       并列举了两个试验例子，见下。具体图示不便打出，故以文字叙述代替。
    “ 我们选定摩擦副为0.07%的碳素结构钢和淬火回火处理的摩擦副为1.01%的碳素工具钢，前者加工为固定试样，在磨损试验过程中，可通过机械方法对其施加不同的附加应力，后者加工为旋转试样。磨损试验条件为：干滑动摩擦，摩擦速度为0.63m/s，我们可以看到，随着附加应力绝对值的增大，磨损率呈明显增大的趋势”。
     “我们选定用湿砂型静置铸造和干砂型离心铸造的灰铸铁经不同温度退火1h的两种铸铁作为固定试样，以高碳高磷铸铁为旋转试样，分别组合成摩擦副，进行有润滑的摩擦试验，试验表明，磨损方式主要为粘着磨损。随着退火温度的升高，两铸铁磨损率都减少，在450-600度之间退火的铸铁磨损率最小，退火温度继续升高，磨损率增大。这是因为尽管随退火温度的升高，硬度降低会导致磨损率增大，但残余应力的降低显著提高了材料的磨损抗力，呈主导作用，因此在此温度阶段随着温度的升高，磨损率反而下降；当温度超过600度，应力完全释放，硬度成为其磨损抗力的主导因素。即随着退火温度的升高，硬度显著降低导致磨损率增大”。
     并给出了指导建议：
     '因此，对耐磨性要求非常高的工件，在回火时必须要考虑残余应力对耐磨性的影响，回火温度的选择，既要注意消除一定的残余应力，又不能使硬度太过降低"。

草原的风

我觉得奇怪，如果楼主没有描述错的话，通过机械方法对其施加不同的附加应力和零件本身的残余应力是一回事吗？

寒_亦

回复 2# 草原的风

     我重新查看了原文，叙述没有错误。
    第一个试验是通过机械的方法给材料分别施加附加压应力和拉应力，随着应力增大，磨损率呈增大趋势。
    具体我不清楚以何种机械手段施加应力，但是我想在理想状态下试样本身如果仅存在单一的某种残余应力与外界以某种手段施加同种应力应该是一样的，只是方式的差异。

草原的风

我有不同的看法，零件本身的残余应力有可能是在整个零件范围内达到平衡的应力、在晶粒范围平衡的应力及晶格畸变产生的内应力三种残留下来的，或者是它们共同作用的结果，而外界施加的应力能够做到这一点吗？比如说能够做到晶格畸变产生的内应力的效果吗？我怀疑。

寒_亦

回复 4# 草原的风


         当然做不到，毕竟形式不一样。
     但那是内部应力的表现形式，不管试样内部存在如何复杂的应力关系，但是根据平衡结果，对外界所表现出来的应力值是一定的，是一个矢量值。因为这里讨论的是试样应力值与外界之间的关系。

草原的风

回复 5# 寒_亦
既然不一样，做结论就得小心求证了，内因外因都考虑到才可能得到正确的结论，我始终觉得用外在的东西代替内在的东西是不完整的。

blightwu

提高表面残余压应力能够明显提高材料的抗摩擦能力，齿轮行业的喷丸处理就是，楼主说的磨损率是“磨损方式主要为粘着磨损”，和齿轮、轴承的磨损失效是完全不同的，表面残余压应力的作用也就不同。

寒_亦

回复 7# blightwu


        “提高表面残余压应力明显提高材料的抗摩擦能力”，求解如何残余压应力又是如何提高抗摩擦能力的。
    我们知道，一定的表面残余压应力，可以提高材料的疲劳强度或其他一些疲劳性能，而提高抗疲劳性能的机理主要是抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，因此疲劳强度与抗摩擦能力之间不是简单的对应关系吧。

yongdagaopin

工件残留应力退火处理详解

一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在，若製品未经适当应力退火处理，在不当的暴露於热源〈例如阳光、热引擎等〉下，会產生变形的现象，另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域，例如表面，焊接区等，因此会局部降低製品的机械强度。為避免这些问题，我们必须採用残餘应力退火处理。
此处理是将製品缓慢而均匀的加热至一低於向变化点之温度，然后至於此温度一段时间，在缓慢而均匀的逐步冷却下来，在此过程中最重要的是必须保持製品个区域之冷却速度相同，否则冷却后，由於各区冷却速率的差异，会再度造成残餘应力的出现。此点对复杂形状之製品尤其严重。

由於一应力退火乃是利用原子在高温有微小潜变的现象，来重组原子位置以消除应力的存在。因此材料支应力退火温度随著材料之高温潜变能力不同而有所变化。一般对耐潜变之材料。例如低合金钢平常所用之退火温度為595~675℃，但高铬合金钢则在900~1065℃。我们可视情况需要，利用较低的温度与较长的时间，达到与短时间，高温度下处理相同效果支应力消除。