宏观残余应力的测定.ppt

残余应力对制品的疲劳强度、抗应力腐蚀疲劳、尺寸稳定性和使用寿命有着直接的影响。

不利的方面：如焊接残余应力能使构件变形；在特殊介质中工作构件表面张应力会造成应力腐蚀；热处理或磨削产生的残余应力往往是量具尺寸稳定性下降的原因。这些残余应力要尽量避免和设法消除！有利的方面：如承受往复载荷的曲轴，在轴颈表面有适当的压应力可提高其疲劳寿命。这种残余应力是必要的！用X射线测定残余应力有以下特点：①是非破坏性试验方法。②测定的是弹性应变。塑性变形时晶面间距并不变化，也就不会使衍射线位移。用其他方法测得的应变，实际上是弹性应变和塑性应变之和，两者无法分辨。③可以测定1～2mm以内的很小范围内的应变。而其他方法测定的应变，通常为20～30mm范围内的平均应变。④测定的是试样表层大约10μm深度内的二维应力。采用剥层的办法（如电解抛光），可以测定应力沿层深的分布。⑤可以测量材料中的三类应力。在诸多测定残余应力的方法中，除超声波法外，其他方法的共同点都是测定应力作用下产生的应变，再按虎克定律计算应力。从实验技术上，还无法测出dn′因此再作如下处理：一般情况下，材料的应力状态并非是单轴应力那么简单，在其内部单元体通常处于三轴应力状态。第六章

宏观残余应力的测定内应力是指产生应力的各种因素不存在时，由于形变、体积变化不均匀而存留在构件内部并自身保持平衡的应力。通常分为三类：第一类内应力；第二类内应力；第三类内应力。第一类内应力又称宏观应力，在工程上常把宏观应力称为残余应力。6.1物体内应力的产生与分类类型名称平衡范围衍射效应产生原因第一类内应力宏观内应力在物体内部相当大（众多晶粒）范围内使谱线位移热处理、表面处理、机加工等第二类内应力微观内应力晶粒、亚晶粒内部使谱线宽化或衍射强度降低晶格的弹性弯曲、扭转或均匀压缩、拉伸第三类内应力超微观内应力位错线附近、析出相周围、晶界附近、复合材料界面等若干个原子尺度范围内不同种类的原子移动、扩散和原子重新排列使晶格产生畸变残余应力测定方法测定宏观应力的方法可分为两类：一类是应力松弛法，即用钻孔、开槽或剥层等方法使应力松弛，用电阻应变片测量变形以计算残余应力。这是一种破坏性的测试；另一类是无损法，即利用应力敏感性的方法，如超声、磁性、中子衍射、X射线衍射等。X射线应力测定的特点和不足之处用X射线测定残余应力有以下特点：①是非破坏性试验方法。②测定的是弹性应变。③可以测定1～2mm以内的很小范围内的应变。④测定的是试样表层大约10μm深度内的二维应力。⑤可以测量材料中的三类应力。1测试设备费用昂贵；2受穿透深度所限，只能无破坏地测表面应力，若测深层应力，也需破坏试样；3当被测工件不能给出明锐的衍射线时，测量精确度不高。6运动状态中的瞬时应力测试也有困难。5大型零件不能测试；4试样晶粒尺寸太大或太小时，测量精度不高；X射线法的不足之处：通过测定弹性应变量推算应力（σ=Eε）。通过晶面间距的变化来表征应变（σ=Eε=E△d/d0）晶面间距的变化与衍射角2θ的变化有关。根据2dsinθ=λ→△d/d=-cotθ·△θ因此，只要知道试样表面上某个衍射方向上某个晶面的衍射线位移量△θ，即可计算出晶面间距的变化量△d/d，进一步通过胡克定律计算出该方向上的应力数值。6.2X射线宏观应力测定的基本原理单轴应力测定原理在拉应力?y的作用下，正好与拉伸方向垂直的试样中某晶粒的（hkl）晶面，其晶面间距将由d0扩张为d’n，则其应变为：根据弹性力学原理，其应力：只要求出△d/d，即可求出σy。而通过X射线衍射,求出该晶面对应衍射线位移△θ即可。直接测定?y是很困难的，但对于均质材料：?为泊松比。对于多晶体试样，总可以找到若干个晶粒的（hkl）晶面与试样表面平行，这些晶面的晶面间距变化是可测的：因此平面应力(双轴应力):指在二维方向上存在的应力。（由于X射线只照射到表面10~30μm左右的深度，因此X射线只能测出二维平面应力。）对于理想的多晶体，当受到一定的宏观应力的作用时，不同晶粒的同族晶面间距随晶面方位及应力大小发生有规律的变化，如图所示。平面应力测定原理由弹性力学原理有：这是宏观应力测定的基础公式。宏观应力测定方法宏观残余应力的测定方法同倾法侧倾法同倾法的衍射几何特点是测量方向平面与扫描平面重合。同倾法侧倾法的衍射几何特点是测量方向平面与扫描平面垂直。侧倾法残余应力对制品的疲劳强度、抗应力腐蚀疲劳、尺寸稳定性和使用寿命有着直接的影响。

不利的方面：