殘余應(yīng)力講座

1、殘余應(yīng)力講座殘余應(yīng)力講座 殘余應(yīng)力的測試、分析與應(yīng)用 2011.6.21材料研究中心材料研究中心-物理電鏡組物理電鏡組第一節(jié)第一節(jié) 基礎(chǔ)知識回顧1.1、什么是殘余應(yīng)力？、什么是殘余應(yīng)力？無外力、外力矩而內(nèi)部自平衡的力。無外力、外力矩而內(nèi)部自平衡的力。1.2、殘余應(yīng)力的分類、殘余應(yīng)力的分類以應(yīng)力作用的尺度來劃分，傳統(tǒng)學(xué)派將其劃分為三類，第一類殘余應(yīng)力在較大范圍內(nèi)（很多晶粒范圍）維持力和力矩平衡；第二類殘余應(yīng)力在幾個晶粒之間維持平衡關(guān)系；第三類殘余應(yīng)力作用的尺度只在原子尺度了。注意：注意：1、應(yīng)力只能連續(xù)變化，不可以跳躍2、工程上所指的殘余應(yīng)力為第一類殘余應(yīng)力，和材料性能結(jié)合最密切。1.3殘余應(yīng)力

2、矩陣殘余應(yīng)力矩陣1.4、衍射的布拉格定律、衍射的布拉格定律1.4、多晶體的衍射錐、多晶體的衍射錐1.5、衍射峰的擬合、衍射峰的擬合第二節(jié)第二節(jié) 殘余應(yīng)力測試與計算原理2.1、測量的假設(shè)條件、測量的假設(shè)條件X射線測量殘余應(yīng)力是把射線測量殘余應(yīng)力是把晶面間距之間的應(yīng)變與宏觀的應(yīng)變晶面間距之間的應(yīng)變與宏觀的應(yīng)變等同起來等同起來！材料是各項同性的！材料是各項同性的！2.2、應(yīng)力計算原理、應(yīng)力計算原理+2.3、計算的假設(shè)條件、計算的假設(shè)條件+垂直表面主應(yīng)力=0！且無切應(yīng)力！2.4、主應(yīng)力的計算方法、主應(yīng)力的計算方法我們的儀器無法測量測試中主方向的選擇？2.5、主應(yīng)力方向的計算、主應(yīng)力方向的計算2.6、測

3、量注意事項、測量注意事項1、 應(yīng)力測試的幾何要求必須準(zhǔn)確對焦。應(yīng)力測試的幾何要求必須準(zhǔn)確對焦。2、 明確測試材料，選擇不同的靶材和衍射角明確測試材料，選擇不同的靶材和衍射角2。3、 明確應(yīng)力梯度大小，是否是織構(gòu)樣品。明確應(yīng)力梯度大小，是否是織構(gòu)樣品。4、表面狀態(tài)良好，無劃痕、氧化皮、銹、油等。、表面狀態(tài)良好，無劃痕、氧化皮、銹、油等。5、 復(fù)雜部件的測試，選用不同的準(zhǔn)直狹縫。復(fù)雜部件的測試，選用不同的準(zhǔn)直狹縫。2.7、應(yīng)力分析注意事項、應(yīng)力分析注意事項2、 應(yīng)力場是連續(xù)變化的！應(yīng)力場是連續(xù)變化的！1、 應(yīng)力是個矩陣！不能單從一個方向考慮。應(yīng)力是個矩陣！不能單從一個方向考慮。3、 應(yīng)力場會由于熱

4、作用和尺寸效應(yīng)調(diào)整。應(yīng)力場會由于熱作用和尺寸效應(yīng)調(diào)整。4、手工磨削應(yīng)力必須去除，、手工磨削應(yīng)力必須去除，-400Mpa5、 剝層測試的噴丸應(yīng)力，不是真實應(yīng)力！剝層測試的噴丸應(yīng)力，不是真實應(yīng)力！第三節(jié)第三節(jié) 殘余應(yīng)力與材料性能的關(guān)系3.1、引入殘余應(yīng)力的方法、引入殘余應(yīng)力的方法表面高頻淬火處理工藝表面高頻淬火處理工藝表面化學(xué)處理工藝（滲碳、滲氮、離子滲金屬等）表面化學(xué)處理工藝（滲碳、滲氮、離子滲金屬等）表面噴丸表面噴丸表面滾壓形變處理表面滾壓形變處理表面激光處理表面激光處理表面復(fù)合強(qiáng)化表面復(fù)合強(qiáng)化3.2 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）產(chǎn)生的條件：特定的環(huán)境介質(zhì)（Cl-，OH-等）、大于臨

5、界應(yīng)力的拉應(yīng)力，大量統(tǒng)計表明，由于殘余拉應(yīng)力而引起的不銹鋼應(yīng)力腐蝕事故約占總的事故數(shù)的80%，應(yīng)力腐蝕破壞事故已占不銹鋼整個濕態(tài)腐蝕破壞事故的首位。1、特定的腐蝕介質(zhì)2、大于臨界應(yīng)力的拉應(yīng)力（工作應(yīng)力或殘余應(yīng)力）3、斷裂速度大于無應(yīng)力下的腐蝕破壞速度有研究表明在存在較大殘余拉應(yīng)力的情況下，即使不施加外力也可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂！3.2 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕從殘余應(yīng)力的角度來預(yù)防金屬材料的應(yīng)力腐蝕消除殘余拉應(yīng)力。（如去應(yīng)力退火）向材料表層引入殘余壓應(yīng)力。（如噴丸）最終都是為了使構(gòu)件的工作應(yīng)力和殘余應(yīng)力疊加后，實際應(yīng)力低于臨界應(yīng)力，從而避免應(yīng)力腐蝕。3.2 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕3.2 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕3.2

6、 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕3.3 對疲勞強(qiáng)度的影響對疲勞強(qiáng)度的影響據(jù)統(tǒng)計，在各類零部件的失效中有80%以上屬于疲勞破壞！殘余應(yīng)力對改善低周疲勞抗力一般不會顯示出多大的作用，提高疲勞強(qiáng)度是指高周疲勞。注意： 噴丸等表面殘余應(yīng)力的引入同時伴有表面形貌、材料特性和組織結(jié)構(gòu)等方面的變化，難以分離殘余應(yīng)力的單獨作用！3.4 噴丸應(yīng)力測量噴丸應(yīng)力測量10%高氯酸+90%酒精3.4 噴丸應(yīng)力測量噴丸應(yīng)力測量噴丸應(yīng)力特別注意的是：噴丸應(yīng)力并非越大越好！從力的平衡角度來說，有壓應(yīng)力存在，就會有拉應(yīng)力存在維持體系平衡，在噴丸的次表層存在壓應(yīng)力最大值，但同時也會萌生微裂紋。剝層法測出的應(yīng)力分布曲線并非真的應(yīng)力狀態(tài)，是應(yīng)力釋

7、放后的應(yīng)力狀態(tài)！3.4 噴丸應(yīng)力測量噴丸應(yīng)力測量3.4 噴丸應(yīng)力測量噴丸應(yīng)力測量較正公式是復(fù)雜的！其準(zhǔn)確性也值的商榷！第四節(jié)第四節(jié) 先進(jìn)殘余應(yīng)力測試方法4.1 中子衍射中子衍射AlTiFeCu中子衍射10017811同步輻射(40Kev，0.3)6.51.00.350.23SWXRD(0.2 )153.41.30.8Cu-K0.0740.0110.0040.022中子及各種不同X射線對常見材料強(qiáng)度衰減66%的穿透深度(mm)4.1 中子衍射中子衍射4.1 中子衍射中子衍射4.2、SWXRD測量殘余應(yīng)力測量殘余應(yīng)力Powerful SWXRD謝謝大家！報告中的數(shù)據(jù)多半來源于物理組各位同事的辛苦測試，向辛苦工作的各位同事表達(dá)謝意！三種殘余應(yīng)力三種殘余應(yīng)力BACK殘余應(yīng)力非線性關(guān)系殘余應(yīng)力非線性關(guān)系BACK馬氏體不銹鋼靶材、衍射晶面選擇馬氏體不銹鋼靶材、衍射晶面選擇BACK 準(zhǔn)確對焦準(zhǔn)確對焦BACK儀器自動或手動對焦針長度 高頻淬火樣電解拋光高頻淬火樣電解拋光BACK5mm70mm應(yīng)力云圖5%高氯酸+95%酒精+5ml/200ml甘油電流密度3050A/dm2不同的準(zhǔn)直器不同