目前的針對殘余應(yīng)力的不同處理方法有：自然時效方法和人工時效方法(包括熱處理時效、敲擊時效、振動時效、超聲沖擊時效、爆炸時效)
1、自然時效——適合：熱應(yīng)力(鑄造鍛造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力) 冷應(yīng)力(機械加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力) 焊接應(yīng)力(焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力)
自然時效是最古老的時效方法。它是把構(gòu)件露天放置于室外，依靠大自然的力量，經(jīng)過幾個月至幾年的風(fēng)吹、 日曬、雨淋和季節(jié)的溫度變化，給構(gòu)件多次造成反復(fù)的溫度應(yīng)力。再溫度應(yīng)力形成的過載下，促使殘余應(yīng)力發(fā)生松弛而使尺寸精度獲得穩(wěn)定。
自然時效降低的殘余應(yīng)力不大，但對工件尺寸穩(wěn)定性很好，原因是工件經(jīng)過長時間的放置，石墨尖端及其他線缺陷尖端附近產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生了塑性變形，松弛了應(yīng)力，同時也強化了這部分基體，于是該處的松弛剛度也提高了，增加了這部分材質(zhì)的抗變形能力，自然時效降低了少量殘余應(yīng)力，卻提高了構(gòu)件的松弛剛度，對構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性較好，方法簡單易行，但生產(chǎn)周期長.占用場地大，不易管理，不能及時發(fā)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)的缺陷，已逐漸被淘汰。
2、熱處理時效——適合：熱應(yīng)力(鑄造鍛造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力) 冷應(yīng)力(機械加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力) 焊接應(yīng)力(焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力)
熱時效處理是傳統(tǒng)的消除殘余應(yīng)力方法。它是將構(gòu)件由室溫緩慢，均勻加熱至550℃左右，保溫4-8小時，再嚴格控制降溫速度至150℃以下出爐。
熱時效工藝要求是嚴格的，如要求爐內(nèi)溫差不大于±25℃，升溫速度不大于50℃/小時，降溫速度不大于20℃/小時。爐內(nèi)最高溫度不許超過570℃，保溫時間也不易過長，如果溫度高于570℃，保溫時間過長，會引起石墨化，構(gòu)件強度降低。如果升溫速度過快，構(gòu)件在升溫中薄壁處升溫速度比厚壁處快的多，構(gòu)件各部分的溫差急劇增大，會造成附加溫度應(yīng)力。如果附加應(yīng)力與構(gòu)件本身的殘余應(yīng)力疊加超過強度極限，就會造成構(gòu)件開裂。
熱時效如果降溫不當(dāng)，會使時效效果大為降低，甚至產(chǎn)生與原殘余應(yīng)力相同的溫度應(yīng)力(二次應(yīng)力、應(yīng)力疊加)，并殘留在構(gòu)件中，從而破壞了已取得的熱時效效果。
3、敲擊時效(錘擊法)——適合：焊接應(yīng)力(焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力)
錘擊處理很早被引入焊接領(lǐng)域，初期主要應(yīng)用于消除焊接變形。錘擊的方法分為，手工錘擊法和電錘錘擊法。通過觀察分析，認為適當(dāng)錘擊可以消除和減少焊接裂紋，進而推斷錘擊有消除焊接殘余應(yīng)力的作用， 因此在工藝中采用錘擊處理，防止焊接裂紋的產(chǎn)生。一般認為,錘擊處理消除焊接殘余應(yīng)力是使被處理金屬通過錘擊,在體內(nèi)局部產(chǎn)生一定的塑性伸長,釋放焊接過程產(chǎn)生的殘余拉伸彈性應(yīng)變,從而達到釋放焊接殘余應(yīng)力的目的。但由于錘擊(特別是手工錘擊)的不規(guī)范(錘擊力的大小、頻率、基體的力學(xué)性能及錘擊區(qū)的溫度等)及焊接殘余應(yīng)力準確測試的困難，故對于錘擊處理與殘余應(yīng)力的關(guān)系，至今尚沒有一個科學(xué)的和系統(tǒng)的研究。
在合適的焊接規(guī)范和工藝下，錘擊不僅能有效地消除工件焊縫部位的應(yīng)力，而且能促進熱影響區(qū)拉伸殘余應(yīng)力的釋放，甚至可以獲得一定值的壓應(yīng)力。
4、振動時效——適合：熱應(yīng)力(鑄造鍛造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力) 冷應(yīng)力(機械加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力) 焊接應(yīng)力(焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力)
振動時效(VSR)就是在激振設(shè)備周期性——激振力的作用下在某一頻率使金屬工件共振，形成的動應(yīng)力使工件在半小時內(nèi)進行數(shù)萬次較大振幅的亞共振振動。使其內(nèi)部殘余應(yīng)力疊加，達到一定數(shù)值后,在應(yīng)力最集中處，會超過屈服極限而產(chǎn)生微小的塑性變形，降低該處殘余應(yīng)力,并強化金屬基體;而后振動在其余應(yīng)力集中部分產(chǎn)生同樣作用，直至不能引起任何部分塑性變形為止，從而使構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力降低和重新分布，處于平衡狀態(tài)，提高材料的強度。構(gòu)件在后序安裝使用中，因不再處于共振狀態(tài)，不承受比共振力更大外力作用，振后構(gòu)件不會出現(xiàn)應(yīng)力變形。振動時效也可看作在周期動應(yīng)力作用下循環(huán)應(yīng)變，金屬材料內(nèi)部晶體位錯運動使微觀應(yīng)力增加，達到調(diào)節(jié)應(yīng)力穩(wěn)定構(gòu)件尺寸的過程。
振動時效，在國外稱之為VSR技術(shù)，它是Vibratory Stress Reliele的縮寫。它是在激振器的周期性外力(激振力)的作用下，使工件自身產(chǎn)生共振，進而使其內(nèi)部歪曲的晶格，產(chǎn)生滑移而恢復(fù)平衡，提工件的松弛剛度，消除并均化殘余應(yīng)力，使其尺寸穩(wěn)定。在以消除殘余應(yīng)力為目的的時效方法中，振動時效可以完全代替熱時效。原機電部等六個部委將振動時效定為第七個五年計化間推廣的節(jié)能項目，并將此類產(chǎn)品定位替代進口產(chǎn)品，這種振動消除應(yīng)力技術(shù)在國外已有幾十年的應(yīng)用經(jīng)驗。
5、超聲沖擊——適合：焊接應(yīng)力(焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力)
超聲沖擊是敲擊時效的發(fā)展。
超聲沖擊技術(shù)的特點是單位時間內(nèi)輸入能量高，實施裝置的比能量(輸出能量與裝置質(zhì)量之比)大。振動處理頻率可高達18KHZ-27KHZ，振動速度可達2m/s-3m/s，加速度高達重力加速度的三萬多倍，高速瞬時的沖擊能量使被處理焊縫區(qū)的表面溫度以極高的速度上升到600℃，又以極快的速度冷卻。這種高頻能量輸入到焊縫區(qū)表面后，使能量作用區(qū)的表層金屬的相位組織發(fā)生一定的變化。
1)使焊縫區(qū)的金屬表面層內(nèi)的拉伸殘余應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，從而能大幅度地提高結(jié)構(gòu)的使用疲勞壽命。
2)表面層內(nèi)的金屬晶粒變細，產(chǎn)生塑性變形層，從而使金屬表面層的強度和硬度有相應(yīng)的提高。
3)改善焊趾的幾何形狀，降低應(yīng)力集中。
4)改變焊接應(yīng)力場，明顯減少焊接變形。
6、爆炸時效——適合：焊接應(yīng)力(焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力)
現(xiàn)在正在興起的爆炸處理消除焊接殘余應(yīng)力新技術(shù)是利用專用炸藥爆轟時的掠過沖擊波對焊接接頭進行處理，可以有效地降低焊接殘余應(yīng)力，從而大大提高焊接接頭抗應(yīng)力腐蝕開裂能力，降低疲勞裂紋擴展速率，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，提高焊接結(jié)構(gòu)的服役安全可靠性。其原理是原始焊接殘余應(yīng)力在沖擊波的誘導(dǎo)作用下將初始彈性應(yīng)變(εe)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的塑性應(yīng)變(εp)來完成的，即εp=εe+C，C是取決于爆炸條件的常數(shù)，可通過控制爆炸處理工藝來調(diào)整。由于爆炸處理消除焊接殘余應(yīng)力是高度的局部處理，因此對實際使用條件來說，C是大于零的常數(shù)，即爆炸處理后爆區(qū)可形成壓應(yīng)力。爆炸處理消除焊接殘余應(yīng)力與退火熱處理相比，具有能耗少、處理費用低、不會引起材料內(nèi)部組織脆化、不受構(gòu)件尺寸限制等優(yōu)點[10]。該技術(shù)施工相當(dāng)方便，以爆速為基準可得到一系列能量級的專用炸藥，適應(yīng)不同情況下消除殘余應(yīng)力的要求，同時炸藥可吸附或粘附在鋼件上，滿足全方位布藥的要求。該炸藥的柔韌性、連續(xù)性、穩(wěn)定性、安全性以及炸藥爆轟后的高溫高壓產(chǎn)物對被處理構(gòu)件的燒蝕防護問題均已考慮和解決。
該技術(shù)經(jīng)過十多年的理論研究和工業(yè)應(yīng)用實踐，目前已在我國的冶金機械設(shè)備、水電站壓力鋼(叉)管和水輪機蝸殼的保壓澆筑悶頭、制鋁廠儲堿槽和輸堿管線、化工容器和反應(yīng)塔等160多件大中型結(jié)構(gòu)上使用，獲得巨大經(jīng)濟和社會效益。
