残余应力讲座.ppt

4.2、SWXRD测量残余应力 Powerful SWXRD 谢谢大家！ 报告中的数据多半来源于物理组各位同事的辛苦测试，向辛苦工作的各位同事表达谢意！ 三种残余应力 BACK 残余应力非线性关系 BACK 马氏体不锈钢靶材、衍射晶面选择 BACK 准确对焦 BACK 仪器自动或手动对焦针长度 高频淬火样电解抛光 BACK 5mm×70mm应力云图 5%高氯酸+95%酒精+5ml/200ml甘油 电流密度30~50A/dm2 不同的准直器 BACK 弹簧膜片应力 BACK 短方向：+162MPa 长方向：-154MPa 2#号样，磨削表面 高频淬火+回火 BACK 残余应力释放 ~20MPa， 与测试误差相同 ~+40Mpa ? 回火后只有-100MPa BACK * 残余应力讲座  —残余应力的测试、分析与应用 2011.6.21 材料研究中心-物理电镜组 第一节 基础知识回顾 1.1、什么是残余应力？ 无外力、外力矩而内部自平衡的力。 1.2、残余应力的分类 以应力作用的尺度来划分，传统学派将其划分为三类，第一类残余应力在较大范围内（很多晶粒范围）维持力和力矩平衡；第二类残余应力在几个晶粒之间维持平衡关系；第三类残余应力作用的尺度只在原子尺度了。 注意：1、应力只能连续变化，不可以跳跃2、工程上所指的残余应力为第一类残余应力，和材料性能结合最密切。 1.3残余应力矩阵 1.4、衍射的布拉格定律 1.4、多晶体的衍射锥 1.5、衍射峰的拟合 第二节 残余应力测试与计算原理 2.1、测量的假设条件 X射线测量残余应力是把晶面间距之间的应变与宏观的应变等同起来！材料是各项同性的！ 2.2、应力计算原理 + 2.3、计算的假设条件 +垂直表面主应力=0！且无切应力！ 2.4、主应力的计算方法 我们的仪器无法测量 测试中主方向的选择？ 2.5、主应力方向的计算 2.6、测量注意事项 1、 应力测试的几何要求必须准确对焦。 2、 明确测试材料，选择不同的靶材和衍射角2θ。 3、 明确应力梯度大小，是否是织构样品。 4、表面状态良好，无划痕、氧化皮、锈、油等。 5、 复杂部件的测试，选用不同的准直狭缝。 2.7、应力分析注意事项 2、 应力场是连续变化的！ 1、 应力是个矩阵！不能单从一个方向考虑。 3、 应力场会由于热作用和尺寸效应调整。 4、手工磨削应力必须去除，-400Mpa 5、 剥层测试的喷丸应力，不是真实应力！ 第三节 残余应力与材料性能的关系 3.1、引入残余应力的方法 ①表面高频淬火处理工艺 ②表面化学处理工艺（渗碳、渗氮、离子渗金属等） ③表面喷丸 ④表面滚压形变处理 ⑤表面激光处理 ⑥表面复合强化 3.2 应力腐蚀 应力腐蚀开裂（SCC）产生的条件：特定的环境介质（Cl-，OH-等）、大 于临界应力的拉应力，大量统计表明，由于残余拉应力而引起的不锈钢应 力腐蚀事故约占总的事故数的80%，应力腐蚀破坏事故已占不锈钢整个湿 态腐蚀破坏事故的首位。 1、特定的腐蚀介质 2、大于临界应力的拉应力（工作应力或残余应力） 3、断裂速度大于无应力下的腐蚀破坏速度 有研究表明在存在较大残余拉应力的情况下，即使不施加外力也可能发生应力腐蚀开裂！ 3.2 应力腐蚀 从残余应力的角度来预防金属材料的应力腐蚀 ①消除残余拉应力。（如去应力退火） ②向材料表层引入残余压应力。（如喷丸） 最终都是为了使构件的工作应力和残余应力叠加后，实际应 力低于临界应力，从而避免应力腐蚀。 3.2 应力腐蚀 3.2 应力腐蚀 3.2 应力腐蚀 3.3 对疲劳强度的影响 据统计，在各类零部件的失效中有80%以上属于疲劳破坏！ 残余应力对改善低周疲劳抗力一般不会显示出多大的作用， 提高疲劳强度是指高周疲劳。 3.4 喷丸应力测量 10%高氯酸+90%酒精 3.4 喷丸应力测量 喷丸应力特别注意的是： ①喷丸应力并非越大越好！从力的平衡角度来说，有压应力存在，就会有拉应力存在维持体系平衡，在喷丸的次表层存在压应力最大值，但同时也会萌生微裂纹。 ②剥层法测出的应力分布曲线并非真的应力状态，是应力释放后的应力状态！ 3.4 喷丸应力测量 3.4 喷丸应力测量 较正公式是复杂的！其准确性也值的商榷！ 第四节 先进残余应力测试方法 4.1 中子衍射 Al Ti Fe Cu 中子衍射 100 17 8 11 同步辐射 (40Kev，λ~0.3?) 6.5 1.0 0.35 0.23 SWXRD (λ~0.2 ?) 15 3.4 1.3 0.8 Cu-Kα 0.074 0.011 0.004 0.022 中子及各种不同X射线对常见材料强度衰减66%的穿透深度(mm) 4.1 中子衍