殘餘應力、也稱內應力，是指當外部載荷去掉以後，仍存留在工件內部的應力。殘餘應力是由於金屬內部組織，發生了不均勻的體積變化而產生的。其外界因素來自熱加工和冷加工。具有內應力的工件，是處在一種不穩定狀態之中，其內部的組織有強烈地恢復 到沒有內應力的穩定狀態的傾向。即使在常溫下工件的內部組織，也在不斷髮生變化，直到內應力完全消失爲止在這一過程中，工件的形狀逐漸改變（如翹曲變形）從而喪失其原有精度。如果把存在內應力的工件裝配到機器中，則會因其在使用中的變形而破壞整臺機器的精度。因此，在加工生產過程中，應當瞭解殘餘應力的“緩釋”特點，熟悉殘餘應力產生原因，掌握減小或消除殘餘應力的技術手段。

1、 殘餘應力的產生

外力使零件變形，其中引起塑性變形的外力作的功，以零件內部材料變形而存貯在零件內。當外力消除以後，應力不均勻的能量要釋放出來，引起了零件緩慢地變形，即殘餘應力作功，直到能量全部釋放出來爲止。在機械製造中，各種工藝過程往往都會產生殘餘應力。但是，如果從本質上講，產生殘餘應力的原因可以歸結爲：

（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。

2 、殘餘應力對機械零部件的影響

（1）引起物體尺寸和形狀的變化。當在變形物體內存在殘餘應力時，則物體將會產生相應的彈性變形或晶格畸變。若此殘餘應力因某種原因消失或其平衡遭到破壞，此相應的變形也將發生變化，引起物體尺寸和形狀改變。對於對稱形的變形物體來講，僅發生尺寸的變化，形狀可保持不變。

（2）使零件的使用壽命縮短。因殘餘應力本身是相互平衡的，所以當具有殘餘應力的物體受載荷時，在物體內有的部分的工作應力，爲外力所引起的應力與此殘餘應力之和，有的部分爲其差，這樣就會造成應力在物體內的分佈不均。此時工作應力達到材料的屈服強度時，物體將會產生塑性變形；達到材料的斷裂強度時，物體將會產生斷裂，從而縮短了零件的使用壽命。

（3）降低了金屬的塑性、衝擊韌性。當具有殘餘應力的物體繼續進行塑性加工時，由於殘餘應力的存在可加強物體內的應力和變形的不均勻分佈，使金屬的變形抗力升高，塑性降低。

（4）降低金屬的耐蝕性以及和疲勞強度等。

由於零件內部的殘餘應力，使其處於高能量狀態，易與氧化介質發生化學作用，造成腐蝕，即應力腐蝕，從而降低了零件的耐蝕性，殘餘應力還改變了材料表面受載時的應力分佈，降低疲勞強度。

但在一些場合，適當的、分佈合理的殘餘壓應力，可能成爲提高疲勞強度、提高抗應力腐蝕能力，從而延長零件和構件使用壽命的因素，如零件表面的噴丸處理。

3 、殘餘應力對零件切削加工影響

3.1 對切削加工過程的影響

車削零件的毛坯，一般爲鑄件、鍛件、型材和經過熱處理的半成品，由於毛坯在形成的過程中，有過溫度的劇烈變化及受力變形，因此內部具有殘餘應力，在切削時形狀發生變化，原應力平衡狀態被打破，導致了切削過程的變形。

3.2 產生切削殘餘應力

金屬的切削，實質上是工件受刀具的擠壓和摩擦，使工件表面產生彈性變形和塑性變形，切屑從母體分離的過程。在切削過程中，工件受到切削力，產生切削熱而使切削溫度上升，切削完成後，工件的已加工表面即產生了殘餘應力，使工件在以後的使用中發生變形，精度降低，使用性能和下降，使用壽命縮短。

3.3 影響殘餘應力的因素

（1）切削用量。切削速度———切削速度提高，工件溫度上升，殘餘應力增加；走刀量和切削深度———走刀量和切削深度越大，切削力就越大，殘餘應力也越大。

（2）刀具角度。增大刀具的前角，刃傾角，可使刀具鋒利，減小切削力。

（3）切削液。切削液具有潤滑和冷卻作用，在加工中使用切削液，可減小切削力和降低切削溫度，使殘餘應力減小。

4、 減小和消除殘餘應力的措施和方法

由於殘餘應力具有影響零件的尺寸精度和形狀精度、使零件的使用壽命縮短、降低了金屬的塑性、衝擊韌性，降低金屬的耐蝕性以及和疲勞強度等危害，在生產中必須採取有效的措施，來降低和消除工件的殘餘應力。

4.1 採用合理的工藝結構

在零件的設計時，採用合理的工藝結構，避免厚薄不勻，尖角結構等，鑄件宜使用鑄造圓角。

4.2 合理安排工藝路線

對於精密零件，粗、精加工分開。對於大型零件，由於粗、精加工一般安排在一個工序內進行，故粗加工後先將工件鬆開，使其自由變形，再以較小的夾緊力夾緊工件進行精加工。

4.3 採用合理的切削條件

在零件的精加工時，使用較小的切削和走刀量以及較高的切削速度，使用鋒利的刀具和使用切削液進行潤滑冷卻，以減小切削力和降低切削溫度，減小殘餘應力。

實驗資料表明，採用高速銑削比採用低速銑削的殘餘應力要小，低速銑削表面層殘餘應力及其分佈見圖2，高速銑削表面層殘餘應力及其分佈見圖3。從圖中可以看出，低速銑削時，表面殘餘壓應力較大，而且沿表層內的拉應力分佈梯度也較大，這樣引起材料加工後的變形就很大，而且零件在使用中因應力的衰減會產生更大的變形，造成零件不能正常使用。對於高速銑削表面，表面殘餘應力相對要小，並且表面內應力分佈的梯度小，零件使用時應力變化緩慢，所引起的零件變形也小得多。

4.4 採取時效處理技術

（1）自然時效處理。主要是在毛坯製造之後，或粗、精加工之間，讓工件停留一段時間，利用溫度的自然變化，經過多次熱脹冷縮，使工件的晶體內部或晶界之間產生了微觀滑移，從而達到減少或消除殘餘應力的目的。這種過程對大型精密件（如牀身、箱體等）需要很長時間，往往影響產品的製造週期，所以除特別精密件外，一般較少採用。

（2）人工時效處理。這是目前使用最廣的一種方法，是將工件放在爐內加熱到一定溫度，使工件金屬原子獲得大量熱能來加速運動，並保溫一段時間，達到原子組織重新排列，再隨爐冷卻，以達到消除殘餘應力的目的。這種方法對大型件就需要一套很大的設備，其投資和能源消耗都較大，使生產成本增加，而且精加工後零件進行加熱時效，有可能產生氧化而影響表面品質。

（3）振動時效處理。這是消除殘餘應力、減少變形以及保

持工件尺寸穩定的一種新方法。可用於鑄造件、鍛件、切削加工工件等。它是以激振的形式，將機械能加到含有大量殘餘應力的工件內，引起工件金屬內部晶格錯位蠕變，使金屬的結構狀態穩定，以減少和消除工件的內應力。操作時，將激振器牢固地夾持在工件的適當位置上，根據工件的固有頻率調節激振器的頻率，直到達到共振狀態，再根據工件尺寸及殘餘應力調整激振力，使工件在一定的振動強度下，保持數分鐘甚至數十分鐘的振動，這樣，不需龐大的設備，經濟簡便，效率高，目前在一些重要的機械設備和發電設備零件的處理後應力分析結果來看，達到了理想的效果，從一些工廠的水電站使用反饋中，給予了肯定。