残余应力物理法测量技术研究状况

简要回顾了残余应力的分类及测量方法,介绍了X射线法、中子衍射法、超声波法和磁性法等物理法测量残余应力的原理、特点及国内外应用情况。对比分析了各种物理法测残余应力的优缺点,对选择物理珐进行残余应力测试具有一定的指导意义。

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材料导报

21 0 2年 5月第 2专辑 1 6卷 9

残余应力物理法测量技术研究状况沈军，林波，永刚，迟刘梅

(中国工程物理研究院，绵阳 6 1 O ) 2 9O摘要简要回顾了残余应力的分类及测量方法，介绍了 X射线法、中子衍射法、超声波法和磁性法等物理法测

量残余应力的原理、点及国内外应用情况。对比分析了各种物理法测残余应力的优缺点，选择物理法进行残余特对应力测试具有一定的指导意义。关键词物理法残余应力测量方法文献标识码： A中图分类号： 4 03 8

Re e r h S a u fRe i u lSte sPh sc lM e h d M e s r m e c i u s s a c t t so sd a r s y ia t o a u e ntTe hn q eS HEN u J n,LI B N o,CHIYo g a g,LI M e ngn U i( ia Ac d my o g n e i g Ph sc, in a g 6 1 0 ) Ch n a e fEn i e rn y is M a y n 2 9 0 Ab ta t src Th y e fr sd a t e sa d me s rn t o sa eb if e iwe .Th rn i l n e t r f et p so e i u l r s n a u i g me h d r re l r v e d s y ep i c p ea d f a u e o

X- a i r c in t c n q e r y d f a t e h iu,n u r n d fr c in tc n q e f o e t o - i a t e h i u,u ta o i e h i u n g e i d t c i g t c n q e a e o lr s n c t c n q e a d ma n t e e t e h iu r c n s mm a ie . Do s i a d f r i n a p ia in o e i u ls r s h sc l eh d me s r me tt c n q e sa s n r— u r d z me tc n o eg p l to fr sd a te sp y ia t o a u e n e h iu si lo i to c md cd u e .Th d a t g sa d d s d a t g so e i u l t e s p y i a t o a u e n e h i u sa ec m p r d a d e a v n a e

n i a v n a e f sd a r s h sc l r s me h d me s r me t c n q e r o a e n t

a ay e,n t u t g c o s h sc l t o a u e n e h i u s n l s d i s r c i h o ep y ia n me h d me s r me tt c n q e .Ke r s y wo d p y ia e h d e i u l t e s h sc l t o,r sd a r s,me s rn e h d m s a u igm to

0引言 在生产、工和处理材料的过程中，于材料内部局部加由

等。一般工程研究的均指第一种应力。

12测试方法 .残余应力测试方法的研究始于 2世纪 3年代，展至 O O发今已经形成数 1 O种测试手段，大致可分为两大类：机械释放测量法和非破坏性无损伤的物理测量法。物理测量法是指

区域产生不均匀塑性变形，然会产生残余应力。例如工件必经热处理和机械加工后零件出现大尺寸变化、削时出现开磨裂、粉末冶金烧结件的变形和开裂等都与残余应力有关 _。 1]残余应力对材料疲劳性能的影响最为明显，会严重降低材料结构强度、短疲劳寿命等。同时，材料表面积聚的残余缩在应力会使材料表面形成表面裂纹或者近表面裂纹，种隐藏这在材料和构件近表面的缺陷往往是导致断裂的起点，具隐更

测量应力时对被测构件无损害，但成本较高，要包括 X射主线法、中子衍射法、超声波法和磁性法等方法 1。 6 _

2物理法测残余应力2 1 x射线法 .X射线法是利用 X射线入射到物质时的衍射现象，根据材料晶面间距的变化来确定应变，通过弹性力学定律由应再

蔽性和危险性。因此，分析残余应力的产生机理，探究有效的残余应力测试方法对改善零件中残余应力状况具有非常重大的意义。

变计算出应力值，一种无损测定表面残余应力的方法，是至今仍是研究得最广泛、入、深成熟的内应力测量方法，泛应广用于科学研究和工业生产的各个领域。X射线法主要包括

1残余应力分类及测试方法 1 1残余应力及其分类 .残余应力是指在无外力或温度变化

等外来因素作用的情况下，存在于材料或零件内部并保持平衡的应力。在结晶材料中残余应力根据作用距离或范围可分为 3类 l]即 _, 3

X射线照相法、射线衍射仪法和 X射线应力仪法 _ X】

。

照相法效率低、差大，其在衍射线条十分漫散时更为突误尤出，一般只能测定小试样的应力；射仪法和应力仪法是且衍目前主要的残余应力测试方法，者一般适用于小试样的应前力测定，而后者则大小试样均适用，宜于现场测试，用最更应广泛。

I ( I、型 (Ⅱ、I (Ⅲ。 I型残余应力 (观残余应型 ) 1 d ) I型 d ) I I宏力)作用在较大区域内 (维空间内线性尺度大于 0 1二 . mm);

Ⅱ型残余应力 (观应力 )微作用在晶粒的尺寸范围内 (性尺线度在 0 0~O 1 m之间) 1型残余应力 (微观应力 )只 .1 .m;I 1超，跨越几个原子的距离，在于金属晶界、移面及位错附近存滑沈军：,9 7年生，程师，要研究方向为应力测试分析研究男 16工主

2 1 1测量原理 ..用单色射线入射到晶体上，衍射角为 2、面间距为如晶 d、长为的 X射线满足布拉格方程：波T l0 1—6 6 3 Ema: eo _ 2@ 1 3 cr e:8 63 2 9 5 - i l b y 77 6 .o le n