表面残余应力测试方法.doc

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1、表面残余应力测试方法由于X射线的穿透深度极浅,对于钛合金仅为5μm,所以X射线法是一种二维平面残余应力测试方法。现在暂定选择钛靶,它与钛合金的晶面匹配较好。(110)晶面一、试样的表面处理X射线法测定的是试件的表面应力,所以试件的表面状况对测量结果也有很大的影响。试件表面不应有油污、氧化皮或锈蚀等;测试点附近不应被碰、擦、刮伤等。(1)一般可以使用有机溶剂(汽油)洗去表面的油泥和脏污。(2)去除氧化皮可以使用稀盐酸等化学试剂(根据试样选择合适浓度,如Q235钢用10%的硝酸酒精溶液浸蚀5min)。(3)然后依据测试目的和测试点表面实

2、际情况,正确进行下一步的表面处理。如果测量的是切削、磨削、喷丸、光整、化铣、激光冲击等工艺之后的表面应力,以及其它表面处理后引起的表面残余应力,则绝不应破坏原有表面不能进行任何处理,因上述处理会引起应力分布的变化,达不到测量的目的。必须小心保护待测试样的原始表面,也不能进行任何磕碰、加工、电化学或化学腐蚀等影响表面应力的操作。对于粗糙的表面层,因凸出部分释放应力,影响应力的准确测量,故对表面粗糙的试样,应用砂纸磨平,再用电解抛光去除加工层,然后才能测定。(5)若被测件的表面过于粗糙,将使测得的应力值偏低。为了提高试件的表面光洁度,又

3、不产生附加产力,比较好的办法是电解抛光法。该法还可用于去除表面加工层或进行试件表层剥除。(6)若单纯为了进行表层剥除,亦可以用更为简单的化学腐蚀法,较好的腐蚀剂是浓度为40%的(90%H202+10%HF)的水溶液。但化学腐蚀后的表面光洁度不如电解抛光。为此可在每次腐蚀前用金相砂纸打磨试件表面,但必须注意打磨的影响层在以后的腐蚀过程中应全部除去。二、确定测量材料的物相,选定衍射晶面。被测量的衍射线的选择从所研究的材料的衍射线谱中选择哪一条(hkl)面干涉线以及相应地使用什么波长的X射线是应力测定时首先要决定的。当然事先要知道现有仪器

4、提供的前提条件:一是仪器配置了哪几种靶材的x射线管,它决定了有哪几个波长的辐射可以选用;二是测角仪的2θ范围。一般选用尽可能高的衍射角,使得⊿θ的增大可以准确测得。在一定的应力状态下具有一定数值的晶格应变εφ,ψ对布拉格角θ0值越大的线条造成的衍射线角位移d(2θ)φ.ψ必也越大,因此测量的准确度越高。同时,在调整衍射仪时不可避免的机械调节误差对高角线条的角位置2θ的影响相对地也比较小。正因为如此X射线应力测定通常在2θ>90°的背反射区进行,并尽量选择多重性因子较高的衔射线。举例来说,对铁基材料常选用Cr靶的Ka线,α—Fe的(2

5、11)晶面的衍射线。若已知X射线管阳极材料和Ka线波长,利用布拉格方程可计算出各条衍射线的2θ值,从中选择出高角线条。可以从《材料中残余应力的X射线衍射分析和作用》的附录中查得常用重要的金属材料和部分陶瓷材料在Cu,Co,Fe,Cr四种Kal线照射下的高角度衍射线。由于非立方晶系材料受波长较短的X射线照射时出现较多的衍射线,因此最好选择那些弧立的、不与其它线条有叠合的高角衍射线作为测量对象。常用的材料应力测试数据被测材料辐射衍射晶面衍射角2θ/(°)TC4CrKα(103)118TC17CuKαHcp(213)TA2/TC4CoKα

6、α-Ti(114)154.4,K=-180MPa/°Ti6Al4VCuKαTi(213上交喷丸残余应力TiKTC21钛合金喷丸强化层微观组织结构及性能变化(213)牌号靶材衍射晶面衍射角2θ/(°)TC4CrKα(103)118TC17CuKαHcp(213)TA2/TC4CoKαα-Ti(114)154.4,K=-180MPa/°Ti6Al4VCuKαTC21TiKα(213)TiHCPa=2.950CoKα(211)142.3a=4.686CuKα(302)148.7表2论文中出现的材料力学参数材料静态屈服强度MPa静态杨

7、氏模量GPa动态杨氏模量GPa泊松比νTA2Y3731061070.34-0.45TC4M≥9001101120.342TC41100.34Y代表冷作硬化,M代表去应力退火弹性常数泊松比辐射衍射面衍射角被测定材料晶体结构点阵参数/×/MPa应力常数KTiHCPa)2.950113.40.321CoKα(211)142.3-256.47c)4.686CuKα(302)148.7-209.82其测量条件为TiK靶辐射、衍射面为(213)一、选用滤波片滤波片一般选择比靶材原子序数小1或2的材料。这样滤波片的K吸收限正好落在靶材的Kα、

8、Kβ之间,将Kβ背底去除,只剩下Kα。原子序数2223242526272829TiVCrMnFeCoNiCu表1不同X射线管所用的滤波片二、确定衍射方法Ψ角的选取根据所用的衍射仪确定使用何种测试方法。一般采用sinψ2法或者0-45°

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