В металле с остаточными напряжениями существуют области упругих деформаций разного знака. Упругому, т. е. обратимому, снятию макронапряжений мешают межатомные силы, связывающие разнородно деформированные участки металла в единое твердое тело. Если разрезать изделие или срезать (а также стравить) с него поверхностный слой, то становится возможным упругое снятие макронапряжений.
Например, если срезать или стравить сжатый остаточными напряжениями поверхностный слой, то растянутая остаточными напряжениями внутренняя область тела, освободившись от сдерживающего влияния поверхностных слоев, сможет теперь упруго сжаться.
На измерении упругих деформаций, возникающих при разрезке изделия, снятии или стравливании с него слоев, основаны механические методы определения величины и знака остаточных напряжений (напряжения вычисляют по деформациям).
Остаточные напряжения могут вызвать искажение формы (коробление и поводку) и изменение размеров изделия во время его обработки, эксплуатации или хранения на складе.
Особенно частые коробления и поводки возникают при обработке резанием, так как удаление слоя металла нарушает равновесие остаточных напряжений. Например, если от полосы на рисунке Возникновение остаточных напряжений отрезать с одной стороны слой, в котором действуют растягивающие напряжения, то полоса выгнется в плоскости чертежа из-за нарушения равновесия растягивающих и сжимающих остаточных напряжений.
Самопроизвольные изменения размеров и коробление при хранении деталей происходит из-за постепенного перераспределения остаточных напряжений при их релаксации. Иногда поэтому после сборки станков появляются недопустимые зазоры в сопряженных деталях, ранее точно пригнанных одна к другой.
Создавая контролируемые остаточные напряжения, которые вычитаются из рабочих напряжений, можно повысить эксплуатационные свойства металла. Чаще всего в поверхностном слое намеренно создают сжимающие остаточные напряжения, которые уменьшают опасные растягивающие рабочие напряжения. С этой целью применяют дробеструйный наклеп, азотирование и другие виды поверхностной обработки металлов.
В подавляющем большинстве случаев величина, знак и распределение остаточных напряжений по объему изделия неизвестны. Для определения этих характеристик требуется нарушить целостность изделия.
Рентгенографический метод позволяет по относительному изменению межплоскостного расстояния оценить остаточные макронапряжения только в поверхностном слое. Поэтому всегда можно ожидать, что неконтролируемые остаточные напряжения от обработки давлением, литейные, сварочные, закалочные и другие остаточные напряжения могут ухудшить свойства металла и оказаться опасными при его обработке и эксплуатации изделия. В общем случае желательно полностью или хотя бы частично снять неконтролируемые остаточные напряжения.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков