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残余应力测试分析

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残余应力测试分析

发布日期:2018-03-21 作者:大发快三计划 点击:

 1. 残余应力

产生应力的各种外部因素(外力、温度变化、加工处理过程等)去除后,在物体内部依然存在的应力。


 2. 残余应力的产生

1)不均匀的机械变形

在机械加工中,各种各样的冷弯、冷卷、冷拔、冷校直工艺,都会产生残余应力;各种切削加工,都会在表层留下不同深度的塑性变形层,而且变形量沿层深变化梯度明显,所以也都会产生残余应力。

2)不均匀的温度变化

一个工件从高温状态在空气中冷却下来的过程(假定在这个过程中没有相变)。冷却前期表层和内部温度变化的速率不同,则会产生残余应力。对于形状复杂的零件,由不均匀的温度变化引起的零件各处残余应力状态会有更多的变数。

3)不均匀的相变

例如金属材料的表面淬火。表面淬火产生马氏体,马氏体是过饱和固溶体,比容比较大,体积上会膨胀,但是因为受到零件心部未淬火组织的影响不能充分膨胀变化,因此零件表面会有残余应力。即便是整体淬火的零件,马氏体转变也会有先后顺序,心部最后转变的部分不能充分膨胀,而产生残余应力。


 3. 残余应力的影响和作用

1) 对大型构件、拼焊件安全性的影响

在当代重大工程和装备制造中,各类金属材料制作的大型结构件发挥着重大作用。经过铸造、锻造、焊接或机械加工成型的结构性零部件,特别是大型拼焊件,值得关注的不仅是有无宏观或微观缺陷存在,其残余应力状态也应受到高度重视,因为它关系到结构的安全和寿命。过大的残余应力,或者过分不均匀的残余应力,将有可能直接导致构件的变形或开裂,造成材料或产品的早期失效,甚至引发事故。

2)对构件静强度的影响

当一个构件受静载时,残余应力可以看成是预加载荷叠加在外载荷上。建筑工程早已普遍使用的预应力梁,就是给混凝土梁体预加残余压应力,用以抵抗外加弯曲应力。

3)对金属材料疲劳强度的影响

金属材料疲劳的特征是在交变载荷持续作用下经历裂纹萌生、慢速扩展,而后发生快速扩展直至断裂这样一个过程。材料中残余应力最明显的作用是对材料疲劳性能的影响。为了提高材料和零件的疲劳抗力,喷丸、滚压等等表面形变强化工艺已经普遍采用。

4)对环境敏感开裂性能的影响

应力腐蚀是受应力的材料在特定环境下产生的滞后开裂,甚至滞后断裂。应力尤其是拉应力是产生应力腐蚀的必要条件。而这种应力既可能是外加应力,有可能是加工或热处理等过程中引入的残余应力。

5)对于精密零部件的影响

对于精密零部件则应当关注残余应力对零件形状尺寸稳定性的影响。宏观残余应力的释放必然会引起零件形状尺寸的变化。


 4. 残余应力X射线衍射测定方法

X射线测定应力具有非破坏性,可测小范围局部应力,可测表层应力,可区别应力类型等优点。

X射线法同时包括X射线照相法、X射线衍射仪法和X射线应力仪法。照相法测试手续麻烦、费工费时,应用较少;X射线衍射仪法相比照相法,测试手续简化,数据也相应准确,但只能用于试样和小工件;X射线应力仪法则大小试样均适用,应用最为广泛。


基于X射线应力仪测定技术水平和现有不同种类衍射装置的几何布置,应力测定方法可分为:同倾固定Ψ0法(也称ω法)、同倾固定Ψ法、侧倾法(也称χ法)、双线阵探测器侧倾法(修正χ法)、侧倾固定Ψ法和摆动法等。


根据各种测量方法的要义和特点,依据被测点所处的空间条件和待测应力方向,同时应保证测角仪的动作不受干涉,选择合适的测定方法。

在能够得到完整的钟罩型衍射曲线的条件下,可选择交相关法、半高宽法、重心法、抛物线法或者其它函数拟合法。尽量选择利用原始衍射曲线数据较多的方法有利于提高定峰精度。


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