金属材料检测技术 教学课件 作者 胡美些 第六单元 残余应力.ppt

第六单元 残余应力的测定 模块一、概述 模块二、残余应力的产生 模块三、残余应力的测定 模块一、概述 一、残余应力的分类 若按残余应力作用的范围来分，则可分为宏观残余应力与微观残余应力等两大类。 1．宏观残余应力 2．微观残余应力 1）微观结构应力，或称第二类残余应力 2）晶内亚结构应力，又称为第三类残余应力 模块一、概述 二、残余应力对材料质量的影响 模块一、概述 一、残余应力对静强度的影响 模块一、概述 （2）残余应力对塑性、韧性的影响 当残余拉应力使屈服点下降，而强度性能变化不大时显然就使材料的伸长率增加了。而残余压应力的作用当然是相反的。一般来说，塑性好的材料韧性也好。可以认为残余应力是通过对强度的影响来对塑性、韧性起作用的。 模块一、概述 （3）残余应力对硬度的影响 模块一、概述 模块一、概述 （4）残余应力对磨损的影响 模块一、概述 灰铸铁残余应力和硬度随退火温度的变化 模块一、概述 （5）残余应力对疲劳的影响 ①残余压应力提高工件的疲劳强度 模块一、概述 （5）残余应力对疲劳的影响 ②残余应力对疲劳极限影响的机理 ②残余应力对疲劳极限影响的机理 ②残余应力对疲劳极限影响的机理 模块一、概述 （6）残余应力与腐蚀 模块二 残余应力的产生 一、残余应力产生的根本原因 1．不均匀塑性变形 2．不均匀温度场的热效应 3．不均匀相变 模块二 残余应力的产生 二、 热处理时 的残余应力 1．热应力 二、 热处理时的残余应力 2．组织应力 模块二 残余应力的产生 三、 热处理工件的残余应力分布及影响因素 三、 热处理工件的残余应力分布及影响因素 四、表面淬火工件的残余应力 四、表面淬火工件的残余应力 四、表面淬火工件的残余应力 五、 化学热处理工件的残余应力 六、 焊接残余应力 模块三 残余应力的测定 一、残余应力的特点 1．应力释放法一机械法的特点 2．无损测定法一物理法的特点 （1）磁性法 （2）X射线法 （3）超声法 模块三 残余应力的测定 二、常用残余应力测定方法 1．钻孔法 测定方法如下： （1）根据应力分析需要和打孔的可能在工件上选择适当位置进行测量。然后用测量工具准确地标定出孔中心和应变片的中心和方向。在贴片前需将所测部位表面打磨抛光。 （2）按确定的位置和方向粘贴应变片，用导线连接至电阻应变仪。按电阻应变仪测定的规程进行测定。 （3）然后钻孔，直径一般小于2mm，为了减少附加应力和发热的影响，孔可分为两次钻削，先钻一小孔，再扩至所需直径。钻头需锋利，进刀量不能太大。一般不超过0.1~0.15 mm/rnin。 （4） 取三点A,B,C测得三个方向的径向应变ε′ra、ε′rb、ε′rc代入计算公式即可求出残余应力。 二、常用残余应力测定方法 2．不通孔法 为了减小所钻小孔对工件的破坏，可用钻不通孔的方法。根据理论分析和实测证明，当孔的深度超过孔直径的二倍后，对孔周边表面的应变无任何影响。即当孔深大于二倍直径后应变片测量值无变化。所以在孔深大于二倍直径条件下，对于不通孔仍可用通孔的公式。为了减小孔的破坏，孔径可尽量减小，这样孔深也可减小。如孔径为2mm时孔深为4mm而孔径为1mm时其孔深就只需2mm。目前还有采用浅不通孔法，即孔深小于二倍直径。这时的三个方向的径向应变ε′ra、ε′rb、ε′rc计算公式中的A,B系数值随孔深变化。因此必须将该材料A,B系数随孔深变化的规律求出才能测定。而目前还找不到解析法，只能用实验法和有限元法进行标定。实验法精度难以保证，有限元法则非常麻烦。 二、常用残余应力测定方法 3．脆性涂层法 它是在孔周涂覆0.5~2mm厚度的脆性涂层，然后钻孔。由干产生的位移和应变将使涂层产生裂纹，理论上说裂纹的形态和应力方向相应，而裂纹的长度大小和应力大小有关。但目前此方法的定量分析还只是理论上的，其测量精确度难以保证。 二、常用残余应力测定方法 4．磁性法 本方法只能用于钢、铁类铁磁性物质，它是利用这类物质的磁弹性效应来测定材料表面1~2mm层深的残余应力。 4．磁性法 测定方法 (1)传感器和应力测定：测材料磁导率变化所用的传感器，如图6-24所示。它是由软磁材料铁芯和外绕线圈组成。其铁芯成框形不封闭，当探头与工件密合后其磁感应成闭合回路。 三、 X射线应力测定法(GB 7704-2008) 2．X射线应力测定装置 2．X射线应力测定装置 2．X射线应力测定装置 3．试样表面处理 在X射线应力测定技术中，试样表面处理是关键问题之一。因为用X射线衍射法测定残余应力时，所用X射线一般不属硬射线，在金属表面的有效穿透深度通常为几微米至几十微米，所以测得的应力就是这个深度内应力的加权平均值。显然，试样表面状态对测量结果有决定性影响。