残余应力是工件变形、断裂、疲劳寿命的重要原因，为保证工件生产的合格率及精密度，对残余应力进行研究必不可少。对于易腐蚀服役环境下的结构件，高残余拉应力的存在易导致应力腐蚀现象，进而造成安全隐患。因此降低残余拉应力峰值，能够提髙结构件的承载力和减少应力腐蚀现象。
现有的残余应力调控方法通常分为时效法和表面强化两种基本方式。
时效处理的目的是消除工件内应力、稳定组织和尺寸、改善机械性能等，调控应力方法包括自然时效法、热处理时效法和振动时效法。
自然时效是通过把零件暴露于室外，经过几个月甚至几年的时间，使其尺寸精度达到稳定的一种方法。这种时效方法虽然具有无污染，稳定铸件尺寸精度等优势，但时间长、占地广，后期还需进行除锈工艺。
热处理时效法又称去应力退火法，按照一定的升温速度加热工件到退火温度，利用高温下残余应力超过材料本身的屈服应力以及蠕变引起的应力松弛来调控残余应力。
该方法是焊接件应力调控的主要方法之一，温度控制和工艺措施影响焊缝热处理的应力去除效果。因此工程应用中要做出相应的条件控制，确保足够的加热宽度和保温宽度，防止产生次生残余应力，避免表面和内部产生较大的温度差，否则过剩的温差产生热应力导致裂纹的出现。热时效处理应用非常广泛，但同时弊端也不少，表现为耗时久，能源消耗大，且污染严重、成本高，工件受尺寸限制等。
振动时效是利用机械共振的方法消除或均化金属结构在铸造、锻压、焊接和切削等机械加工后所产生的残余应力。它通过向工件施加一定大小和频率激荡力的方式给工件传递能量，使工件发生微小或宏观塑性应变来匀化和消除残余应力。振动时效法不仅可以大幅度地消除工件内部的残余应力，而且设备简便、节能环保、消除残余应力效率高。
针对不同材料的物理性能和使用场合选择合适的表面强化处理技术，调控工件内的应力分布，可以大大提高工件的使用寿命和表面质量。表面强化处理技术又分为机械作用、能量外部输入以及复合表面强化等三种形式。
机械作用下的表面强化处理技术以外力场作用于工件表面，引入残余压应力来提高工件的表面质量。强化原理大致分为压入式、研磨式和碾压式三大类。
孔挤压强化主要用于强化带孔工件，采用直径大于孔直径的挤压芯棒，经充分润滑后从孔中强行通过，使孔壁表层发生弹塑性变形，在工件孔内壁表层形成残余压应力，可以抵消工件承受的部分拉压交变载荷，从而降低疲劳裂纹扩展速率，延长试样的疲劳寿命。
超声振动辅助磨削是集磨削与超声加工于一体的高性能加工技术，超声振动作用改变了刀具与工件的接触状态，降低了磨削从而抑制残余拉应力的产生，振动产生的挤压力在工件接触区引入残余压应力，提高抗疲劳性和硬度等性能。
超声滚压表面强化工艺使工件表面光整和强化共同提高，滚压头滚压引发材料表面的塑性流动，压平工件表层的微观波峰，达到“削峰填谷”的效果，降低工件表面粗糙度。超声和静压力作用下工件表层发生弹塑性变形，表层组织中的晶格变形，晶界发生滑移和错位，材料表层组织得到细化，表面显微硬度和残余压应力得到提高。超声滚压残余应力产生原理如图1所示。
图1 超声滚压残余应力产生原理图
超声滚压可以提高工件的承载能力、耐磨性和抗疲劳强度等性能，同时超声滚压具有无切屑、无污染、成本低、效率高及兼容性好等优点。目前为止关于残余应力的研究都是基于对平面或单曲面的超声滚压，对复杂曲面的超声滚压研究未曾见过。
喷丸强化是工件表面受到大量循环的高速弹丸冲击，使工件表面发生循环塑性变形，表层晶粒得到细化，位错密度增大，晶格畸变增大，引入压应力，形成应变强化层和残余压应力层，可显著提高材料的抗疲劳性能、抗高温氧化性能和抗应力腐蚀开裂性能。
喷丸强化是一种应用较为普遍的低成本强化技术，材料表面引入的残余压应力增强材料抗疲劳性能的作用已经获得认可，但喷丸使工件表面粗糙度增大，导致磨损加剧，需要后续光整加工来保证表面质量。研究参数对应力场的影响规律及提高工件疲劳寿命的研究是喷丸强化应用的前提。
激光冲击强化技术在金属表层形成数吉帕(GPa)的高压冲击波，使材料表面产生超高应变率的塑性变形，并在表层产生位错滑移和晶粒细化，其本质是高强度的激光束诱导等离子体冲击波作用于金属材料表面的一种强化工艺，工作原理如图2所示。
图2 激光冲击原理图
相比于冷挤压、喷丸和滚压，激光冲击强化技术可以产生更深的残余应力层，更加有利于抑制裂纹萌生和扩展，同时将有效减小表面的载荷作用，具有强化效果好、可操作性强、应用范围广和适用性好的优势。
从微观角度分析，工件内部晶粒之间的位错和位错面排列不均衡造成残余应力。机械强化属于宏观上的调控，外力场作用下，工件表面产生一定的弹塑性变形，晶粒发生细化，发生位错、缠结等现象，将残余压应力引入工件表层；而能量外部输入，则是通过某项技术将能量直接作用于晶粒，增加晶体原子的动能和势能，材料内部的粒子发生极化运动，打破原有粒子不稳定的高能状态，从而释放一部分残余应力，消减的是对工件相关性能不利的拉应力。虽然机理不同，但从本质上都是改善应力分布，提高工件材料的力学性能。
能量外部输入下的表面强化处理技术包含了高能声束调控、高能量密度脉冲电流调控、激光辐照等技术。
高能声束调控应力是利用大功率声学对材料的软化效应，降低材料的屈服强度，消减材料的部分残余拉应力，是一种新型的应力消除技术；而激光辐照则是采用激光辐照材料的残余应力集中区域，通过激光热作用使得材料内部残余弹性应变能转化为塑性变形，残余拉应力得到释放，验证了激光应力调控技术的可行性。
针对特殊工况下金属构件，由于经常出现疲劳损坏需要进行表面强化处理，采用单一的表面强化处理工艺往往会存在或大或小的不足，无法满足实际的工况需求。对于这种情况，需采用复合强化工艺技术。
比如铝合金材料采用激光冲击强化时，会导致冲击边缘产生残余拉应力，不能有效强化，而超声挤压强化时强化效果不足，张杰针对2种单一表面强化处理的不足，提出了超声挤压辅助激光冲击复合强化工艺，与单一强化工艺对比发现超声挤压辅助激光冲击复合强化消除了激光冲击造成的边缘区域拉应力，试样表面均表现为残余压应力，相比单一激光冲击，应力值提升了近71%，作用层深度约为2.2 mm，达到了激光冲击强化试样的2倍。
此外，还有激光冲击-超声滚压复合工艺、激光冲击-喷丸复合工艺、激光强化与超硬磨料数控磨抛复合加工等新工艺。
残余应力调控方法通常分为时效处理和表面强化两种基本方式。时效处理分为自然时效、热时效、振动时效；表面强化技术则分为机械作用、能量外部输入以及复合表面强化等三种形式。
时效处理和表面强化技术调控残余应力，都是通过对残余应力的均化、控制，在一定程度上提高工件的疲劳寿命。各种新型表面应力调控技术对残余应力影响的研究，催生多种复合表面强化处理技术，以改善单一强化处理技术的缺陷，具有重要的应用价值。不过目前来说，残余应力调控技术还存在一些亟待解决的问题，还需在实践应用中不断精进。
