残余应力对机械制造过程有着不可或缺的重大影响。残余应力会对材料的物 理力学性能产生很大影响，对结构强度产生很大危害。然而，残余应力存在的作 用就在于它对材料性能的影响和对它的利用。

对尺寸稳定性的影响： 机床本身和仪器机架类大多是灰铸铁件，在使用过程中经常会出现这种不可

逆变形，从而影响整个机器精度的稳定，要保持零件的尺寸稳定性，可从两方面 入手：

（1）选用尺寸稳定性相对高的材料，然后用一定的工艺方法进行稳定化处 理，用来保证合金组织的稳定。

（2）分析和估算各道热加工、冷加工工序和机械装配时对零件诱发的残余 应力，以及残余应力在零件工件或存放过程中的松弛程度。

对硬度的影响： 由于原理不同，硬度可分为压入硬度和回弹硬度两种。但当存在残余应力时，

无论哪种硬度的测量值都会受到影响。在压入硬度情况下，残余应力会影响工件 压入部分周围的塑性变形；回弹硬度方面，残余应力在一定程度上改变回弹能量， 使得硬度测量最终值产生更大的误差。

对压入硬度的影响，如果利用与压入硬度不同的赫芝硬度，则由于它在测定 硬度时是把球压入到表面，用处于载荷作用下的部分开始产生塑性变形的压力来 表示硬度的，因此在所测量的硬度中，除了取决于组织状态的硬度外，还可求得 残余应力的影响。图 1。2 所示为硬度为 58HRC(这是无应力作用时的硬度）Ni-Cr 钢的圆板进行弯曲变形，从而求出的圆板表面应力与赫芝硬度之间的关系。无应 力作用时，硬度为 3400MPa；当应力为-1470MPa 时，硬度则为 6800MPa。

图 1。2 赫芝硬度与应力的关系

对于回弹硬度而言，材料的弹性模量和屈服强度等具有决定性的影响。残余

应力对这种硬度也会造成一定的影响。因此，当残余应力存在时，即使是在低载 荷作用下，材料内部也易于发生塑性变形。由于回弹硬度能使材料受到冲击力， 因此只要在材料内造成微小的塑性变形功，就会减少回弹能，从而降低回弹硬度。 当残余应力是拉应力时，这种效应会更加明显。如图 1。3 所示。

图 1。3 肖氏硬度与弯曲应力的关系

总的来说，在许许多多能够造成残余应力的途径中，可以说焊接是首当其冲 的一种方式。焊接是一种运用在局部加热或加压的方式、添加或不添加填充材料 将构件完整地连接成整体或者在母材表面堆积覆盖层的加工工艺。由于高度集中 的热输入，在焊后将产生巨大的焊接残余应力。与载荷应力相比，焊接残余应力 是发生在没有外力作用下的情况，属于材料内部的应力。

3 残余应力测量方法的发展趋势

在各种机械加工制造过程中，尤其是经过焊接等热加工处理工艺，将会是无 法避免的会在构件内部产生很大的残余应力。残留的内应力会在对材料造成腐蚀、 疲劳强度、开裂等力学性能，同时也对材料的物理机械性能造成巨大影响对结构 强度产生很大的危害，从历史观看而来，很多的灾难性破坏性事故大部分是由残 余应力造成的[17]。

20 世纪 30 年代开始出现残余应力的测量技术，发展至今总共形成了十几种 残余应力测量方法。测量残余应力的方法大体上可以分为两种，即有损应力释放 法和无损物理测量法。有损应力释放法是将材料中分离或切割一部分使其释放残 余应力，测量其应变的变化从而求出残余应力，主要包括切条法、切槽法和小孔法。它的优点是测量精度相对较高，但对构件的损伤比较大。无损物理测量法主 要包括超声波法、X 射线衍射法（XRD）、中子衍射法、磁性法和压痕应变法。 它的优点是对测量的构件无损伤，但相对成本较高。其中的小孔法和 X 射线衍 射法发展较为成熟。下面就对其中几种残余应力测量方法进行简单的介绍[18]。