Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Остаточные напряжения — это внутренние напряжения, которые сохраняются в детали после снятия внешней нагрузки и удаления источников нагрева. Они уравновешены внутри объёма материала и существуют без приложения внешних сил. От их величины и знака зависят прочность, усталостный ресурс, точность размеров и склонность детали к короблению.
Остаточные напряжения возникают из-за неоднородной пластической деформации, неравномерного нагрева или фазовых превращений в материале. Когда часть объёма пытается изменить размер, а соседние области ей мешают, между ними возникает упругое сопротивление. После снятия внешнего воздействия эти упругие деформации остаются «замороженными» в металле.
Внутренние напряжения всегда самоуравновешены: интеграл нормальных напряжений по сечению равен нулю. Если в одной зоне действуют растягивающие напряжения, в соседней обязательно возникают сжимающие. Это фундаментальное свойство, на котором строится любой расчёт и измерение.
Остаточные напряжения способны достигать значений предела текучести материала. В сварных швах сталей растягивающие напряжения часто близки к σт, что напрямую снижает запас прочности конструкции.
Источников внутренних напряжений несколько. Все они связаны с неоднородностью протекания физических процессов в объёме детали.
В материаловедении принята классификация по масштабу действия. Различают три рода остаточных напряжений.
На практике инженера интересуют прежде всего напряжения I рода — именно они определяют коробление и влияют на усталостную прочность. По знаку напряжения делят на растягивающие (опасные) и сжимающие (полезные для усталостной долговечности).
Растягивающие остаточные напряжения суммируются с рабочими и снижают фактический запас прочности. В сварных соединениях они инициируют образование холодных и горячих трещин, ускоряют коррозионное растрескивание под напряжением и сокращают усталостный ресурс. Кроме того, релаксация внутренних напряжений при эксплуатации приводит к короблению точных деталей — направляющих станков, корпусов редукторов, литых станин.
Сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое, наоборот, повышают сопротивление усталости и контактную выносливость. Этот принцип используется при дробеструйном наклёпе, обкатке роликами, лазерной ударной обработке и азотировании. Прирост усталостной долговечности после дробеструйной обработки может составлять от двух до десяти раз в зависимости от материала и режима.
Один и тот же физический эффект — остаточные напряжения — может быть и вредным, и полезным. Решает знак: растяжение снижает ресурс, сжатие повышает.
Для устранения нежелательных внутренних напряжений применяют термические, механические и комбинированные методы. Выбор зависит от материала, габаритов и требований к точности.
Метод сверления глухого отверстия по ASTM E837 — самый распространённый полуразрушающий способ. В детали высверливают отверстие диаметром 1–4 мм и тензорезисторной розеткой измеряют деформации перераспределения. Метод позволяет определять напряжения вплоть до 80 процентов предела текучести с точностью около ±10 процентов.
Метод вырезки полос и колец используется при исследовании труб и крупногабаритных конструкций. Применяются также методы Закса и расточки.
Остаточные напряжения — неизбежный спутник большинства технологических процессов. Грамотный технолог учитывает их на этапе проектирования: выбирает режимы сварки и термообработки, закладывает отпуск после механической обработки, применяет дробеструйный наклёп для нагруженных поверхностей. Контроль внутренних напряжений по ASTM E837 или EN 15305 позволяет объективно оценить состояние детали и избежать преждевременных отказов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.