残余应力的影响
金属构件（铸件、焊接件、锻件），在加工过程中，产生残余应力，高者在屈服极限附近。构件中的残余应力大多数表现出很大的危害作用；如使构件的强度降低、降低工件疲劳极限、造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使构件产生变形，影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除构件的残余应力，就显得十分必要。
1、对金属材料屈服极限的影响
图1.3为金属材料的应力-应变曲线示意图。
如果材料具有拉伸残余应力，相当于降低了材料的拉伸屈服极限。如果材料具有压缩残余应力的情况，就如同图1.3中坐标σ‵o - ε‵o 所描述的那样：使拉伸屈服极限提高而压缩屈服极限降低。
2、残余应力对疲劳寿命的影响
人们很早就知道，当受到交变应力的构件存在压缩残余应力时，该构件的疲劳强度会有所提高，而存在拉伸残余应力时，其疲劳强度会有所下降。因此在实际应用中往往通过表面硬化处理产生压缩残余应力，从而有效地提高疲劳强度。
实际上，残余应力对疲劳的影响因条件和环境的不同而改变。它与残余应力分布规律和量值、材料的弹性性能、外来作用的状态等因素有关。当我们研究残余应力对疲劳的影响时既要考虑宏观残余应力的影响也要考虑微观残余应力的影响。可以认为，宏观残余应力在初期暂时与作用的交变应力叠加，改变应力水平，较大地影响着疲劳寿命。而由微观组织不均匀性所造成的残余应力，在应力交变过程中，会使微观区域内的塑性变形积累，这些影响比起对静强度的影响来说，在实际上更为重要。
用热处理方法使表面产生压缩残余应力也是对疲劳强度影响的实例，图1.5是把圆棒在600℃时急冷，使表面产生压缩残余应力。
电镀处理的残余应力由于工艺电流、电镀液种类、温度等的不同，使其分布和量值的差异很大，因此电镀残余应力对疲劳强度的影响变化也很大。多数金属在电镀后表面产生拉伸残余应力，因此将大大降低疲劳强度。
3、残余应力对构件变形的影响
残余应力是一个不稳定的应力状态。当构件受到外力作用时，作用应力与残余应力的相互作用，使某些局部呈现塑性变形，截面内应力重新分配，当外力作用去除时整个构件将要发生变形。所以残余应力明显地影响着加工后的构件精度。这也是机械加工和工程部门最关心的问题之一。实践已证明，具有表面拉伸残余应力的构件其变形稳定性远远不如具有表面压缩残余应力的构件变形稳定性好。残余应力对构件变形的影响包括两个方面，一是构件抗静、动载荷的变形能力，另一方面是荷载卸除后变形的恢复能力。残余应力在这两个方面对构件的影响是很大的，因此人们一直在研究消除这些影响的有效办法。
4、残余应力对金属脆性破坏的影响
脆性破坏是构件在几乎不存在塑性变形的情况下突然开裂。它在温度突然下降或变形速度突然增大的情况下，最容易发生。这时塑性变形处于抑制状态，如再突然受到较大的作用应力等原因，就易于发生脆性断裂破坏。
残余应力是作为初始应力存在于构件内，特别是拉伸残余应力与作用拉应力叠加而加速了脆性破坏。
5、残余应力对应力腐蚀开裂的影响
金属与周围介质的接触而产生化学作用所引起的破坏称做腐蚀。如果在发生腐蚀的同时还有应力的作用，则会加速腐蚀破坏，这就是应力腐蚀开裂。它的特点是：一是拉应力与腐蚀共存。二是由于材料成分和组织不同、介质不同等，对应力腐蚀的敏感性也不同。有时在不发生腐蚀的介质中，有些金属在应力作用下也发生应力腐蚀现象。三是在应力腐蚀开裂过程中，首先出现点蚀，再逐步扩展成裂纹，裂纹的扩展主要是沿着最大主应力垂直的方向进行，在微观上是沿着材料晶界或穿过晶粒进行。
试验证明，拉应力和腐蚀共存是应力腐蚀的必要条件。拉应力使腐蚀破坏加速，这是应力对腐蚀的作用。而残余应力的存在则必有拉伸应力，因此对于承受腐蚀的金属构件来说，残余应力也起到了应力腐蚀的作用。对于压缩残余应力则恰恰相反，可以防止和减低应力腐蚀开裂现象。防止应力腐蚀开裂的现场措施有表面压延、喷丸和氮化处理等，其原理都是使构件表面产生压缩残余应力。
残余应力在几种典型工况下的产生
1、 铸造应力的产生：
（1） 热应力
由于铸件各部分的薄厚不一样（如机床床身导轨部分很厚，侧壁.筋板部分较薄），铸后，薄壁部分冷却速度快收缩大，而厚壁部分，冷却速度慢，收缩小。薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受压力。因纵向收缩差大，因而产生的拉压应力也大。这时铸件的温度高，薄厚壁都处于塑性状态，其压应力使厚壁部分变粗，拉应力使薄壁部分变薄，拉压应力随塑性变形而消失。
铸件逐渐冷却，当薄壁部分进入弹性状态而厚壁部分仍处于塑性时，压应力使厚壁部分产生塑性变形，继续变粗，而薄壁部分只是弹性拉长，这时拉压应力随厚壁部分变粗而消失。铸件仍继续冷却，当薄厚壁部分进入弹性区时，由于厚壁部分温度高，收缩量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收缩，故薄壁受压应力，厚壁受拉应力。应力方向发生了变化。这种作用一直持续到室温，结果在常温下厚壁部分受拉应力，薄壁部分受压应力。
（2）相变应力
常用的铸铁含碳量在2.8-3.5%，属于亚共晶铸铁，由结晶过程可知：厚壁部分在1153℃共晶结晶时，析出共晶石墨，产生体积膨胀 ，薄壁部分阻碍其膨胀，厚壁部分受压应力，薄壁部分受拉应力。厚壁部分因温度高，降温速度快，收缩快，所以厚壁逐渐变为受拉应力。而薄壁与其相反。在共析（738℃）前的收缩中，薄厚壁均处于朔形状态，应力虽然不段产生，但又不断被塑性变性所松弛，应力并不大。当降到738℃时，铸铁发生共析转变，由面心立方结构变为体心立方结构（既γ—Fe变为a —Fe），同时有共析石墨析出，使厚壁部分伸入产生压应力。上述的两种应力，是在1153℃ 和738 ℃两次相变而产生的，叫相变应力。相变应力与冷却过程中产生的热应力方向相反，相变应力被热应力抵消。在共析转变以后，不在产生相变应力，因此铸件由于薄厚冷却速度不同所形成的热应力起主要作用。
（3）收缩应力（亦叫机械阻碍应力）：
铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口等的阻碍作用而产生的应力叫收缩应力。由于各部分由塑性到弹性状态转变有先有后，型芯等对收缩的阻力将在铸件内造成不均匀的的塑性变形，产生残余应力。收缩应力一般不大，多在打箱后消失。
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2、焊接应力的产生：
焊接中.焊缝处温度迅速升高，体积膨胀。热影响区温度低，阻碍焊缝膨胀，结果焊缝处产生压应力，热影响区产生拉应力。但此时焊缝处于塑性状态，焊缝被压应力墩粗，松弛了此应力。
焊后冷却时，热影响区冷却速度快，很快进入弹性状态，焊缝处温度高，处于塑性状态。这时焊缝收缩，较热影响区收缩慢，焊缝阻碍热影响区收缩，焊缝仍受压应力，影响区受拉应力。但焊缝处于塑性状态，焊缝的塑性墩粗，松弛了此应力。
热影响区温度不断降低，冷却速度也变慢，当焊缝的冷却速度高于热影响区时，焊缝收缩较快，焊缝的收缩受到热影响区阻碍，应力方向发生了转变，焊缝受拉应力，热影响区受压应力。当焊缝和热影响区都进入弹性状态时，因焊缝温度高，冷却速度快，收缩量大，热影响区温度低，冷却速度低，收缩量小，焊缝收缩受到热影响区阻碍，结果焊缝受拉应力，热影响区受压应力。此时没有塑性变形，这一对压应力，随着温度的降低，焊缝收缩受阻碍越来越大，拉应力也越来越大，直至室温，拉应力可近似于屈服极限。
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