超光滑表面力学性能对比研究

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1、2008年12月宇航计测技术Dec．，2008第28卷第6期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVo1．28．No．6文章编号：1000—7202(2008)06—0023—04中图分类号：TB938．2文献标识码：A超光滑表面力学性能对比研究贾世奎李成贵张庆荣曹成国赵松伦(1．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100083；2．北京机床技术研究所，北京100102)摘要研究加工误差达到纳米级的试件表面力学性能及其评价。首先，加工出表面粗糙

2、度达到纳米级的玻璃和陶瓷两个试件，采用x射线衍射测试原理测试表层残余应力。其次，采用原理为Oliver—Pharr的纳米压痕法对试件进行破坏性实验，对比研究各参数测试结果值。结果表明，残余应力和硬度具有一定联系，这对表面完整性评价、改善加工工艺有一定指导意义。关键词表面力学性质残余应力硬度ResearchonMechanicalPropertiesofDiferentSuperSmoothSurfaceJIAShi—kuiLICheng—gm’ZHANGQing—rongCAOCheng．guoZH

3、AOSong—lun(1．SchoolofInstrumentScienceandOpto—electronicsEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100083；2．BeijingMachineToolResearchInstitute，Beijing100102)AbstractThemechanicalpropeaiesofsupersmoothsurfacehadbeenresearched．Fir

4、st，glassandceramicworkpieceswhosesurfaceroughnesshadtobeenexpressedbynanometer，ismanufactured．TheresidualstressofworkpiecesistestedbyusingX—raydiffractionmethod．Then，thenano—hardnessistestedbyusingOliver—Pharrmethod．Contrastthetestingresultofdifferentp

5、arameters．Thediscussionshowsthatresidualstressandnano-hardnesshassomerelationship．Thisresultissignificanttoexpresssurfaceintegrityanddirecttothesurfacemanufacturing．KeywordsSurfaceMechanicalpropertyResidualstressHardness1引言直以来，表面微观几何特征作为衡量表面加工质量的主要依据，并

6、普遍认为表面粗糙度与零件使用性能之间存在着直接关系。研究表明，在微纳米误差随着精密、超精密加工技术的发展，超光滑表面下，材料往往表现出与宏观条件下不同的特性。人(加工误差达到纳米级的表面)的检测和质量评价们期望通过研究表层的物理结构来评价分析表面的已经成为超精密加工体系不可缺少的组成部分。一收稿日期：2007—10—18基金项目：北京市自然科学基金资助项目(No．3052012)作者简介：贾世奎，男，硕士研究生，研究方向：精密仪器及机械。宇航计测技术2008拄性能，力学性能作为重要内容引起了极大关注

7、。目前，超光滑表面表层性能和表面结构的检测和评价技术还很不完善，对表面力学性能及检测评价技术进行研究具有重要而现实的意义。表层的残余应力对工件寿命具有重要影响，在一一一定程度上反映了表面质量'2J，纳米硬度可在极(a)玻璃试件(b)陶瓷试件小的尺寸范围表征材料的力学性能-6]。因此，通过测试残余应力和纳米硬度来研究材料的表面结构图1试件图片和特性已经成为一种重要的研究手段，得到了越来越广泛的应用。本文通过对两种不同材料的超光滑3实验研究表面进行残余应力和纳米压痕硬度测试，得出各自的残余应力、硬度值和

8、弹性模量等参数，分析结果之3．1实验过程问的联系及差异的原因，探讨表面在纳米误差下力由于纳米压痕实验是破坏性实验，故放在残余学性能评价，对超光滑表面完整性评价和加工有一应力实验之后进行。残余应力测试采用的是定的指导意义。Stress3000残余应力检测仪，如图2(a)所示。该仪器是基于x射线衍射sin法原理来测定试件表面2试件加工制备残余应力的，是一种无损检测方法。对于理想的多晶体，无应力时，不同方位的同族晶面间距是相等整个试件的加工分精密车削和超精密抛光两的，而受到