顶端淬火的梯度组织的测量及残余应力分析(3)

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1.2.3 顶端淬火的研究现状

1.3 残余应力

1.3.1 残余应力的相关概念

残余应力：就是在制造部件的过程中，部件将受到来自于各种工艺等因素的作用和影响；当这些工艺因素消失之后，部件所受到的上述各种工艺的作用和影响却不能随之消失而完全消失，仍然有部分的作用和影响残留在部件之中，就把这种残留在部件内的作用和影响称之为残余应力。

1.3.2 残余应力的现有研究方法

从20 世纪30 年代开始，发展到今天，残余应力的测量技术已经有了几十种的测量方法。它是材料以及制品平衡在机加工或合金产生过程中的内部的应力。残余应力的测量方法可以分为两种，即非破坏性测量法和机械释放测量法。非破坏性测量可分为：磁性法、X 射线衍射法、电子散斑干涉法等方法。非破坏性测量法对被测量的构件没有损害,但它的成本比较高。机械释放测量法, 就是将构件内具有残余应力的部件从构件内分离或切割出来，从而使应力释放出来, 再测量出构件内的应变的变化从而求出残余应力。机械释放的测量可分为：释放法、切条法、钻孔法、逐层铣削法等。它具有测量精度高的优点,但这种测量方法对构件的损伤比较大。目前,国内外残余应力测量的方法和原理如下[12]:

1．非破坏性测量方法

1)X 射线衍射法:X 射线能对晶体晶格的衍射发生干涉现象,从而可以求出晶格之间的面间距, 并求出残余应力。X 射线只能在表层深度为30μm 左右的范围内测量，所以它的穿透深度极浅。其的优点是可以测量应力的绝对值。

2)磁性法 :用磁性法来测定应力就是利用磁致伸缩效应的,当应力发生变化时,磁路中磁通将因为物体的伸缩而引起相应的变化,并能让感应器线圈中的感应电流发生变化,可以以这个变化测出应力的变化。磁性法工作是需要外部来激励磁场,它的最大特点就是测量的速率非常快,但它的测量的结果会受到很多的因素得影响,其可靠性和准确性是很差的。

3)电子散斑干涉法 :它是一种激光干涉技术。所测量的部件有应力作用的时候,部件的表面将会产生形变,而导致干涉条纹的图形发生变化,所以部件应力的变化情况可以通过干涉条纹的变化而得知。但是，它只能测量部件表面上的应力情况。测量应力时，电子散斑干涉法对抗震性有很高的要求, 而且工作环境是非常有限的，当其在暗室下工作的时候。

4)超声波法:在理论上,只要发送出的超声波功率足够大,超声波就可以穿透任何厚度的工作,所以大型部件的三维残余应力的测量适合用超声波法。当无应力作用时,超声波在各向同性的弹性体内的传播速率和有应力作用时的传播速率是不一样的,所以残余应力就可以利用超声波的波速和应力之间的关系来测量。但超声波测量的准确性不是很高,它只能测量较大值的残余应力,该方法目前仍处于实验阶段。

6)金属磁记忆法:金属磁记忆法的基本原理就是记录在工作载荷的条件下金属结构和设备局部应力集中区产生的漏磁场。这种新型无损检测方法的特殊之处在于，在工作载荷的情况下形成的金属稳定位错滑移带区域中所产生的自有漏磁场,金属磁记忆法不仅具有断裂力学所提供的潜力，而且具有无损检测的功能。

2．机械释放测量法

1)逐层铣削法:是采用腐蚀、电火花剥蚀、铣等对经过磨削的表面进行剥层,让其释放出表面上的残余应力,从而引发部件发生形变,由形变量的大小,并根据弹性理论，就可以计算出切层内的应力。

2)切条法: 应力σ=-Eε，首先我们可以假设残余应力的作用主要是单轴,其次在将要测量的残余应力的方向，用锯子把部件切成大量的窄条, 并通过可拆卸的应变计或粘贴的电阻应变计来测量释放出的应变而求得应力。在切条法中,两轴间的残余应力的确定是不可缺少的技术, 先给出相互垂直的x 轴方向上要测量的正应力σx 和y 轴方向上要测量的正应力σy ,并且假设在厚板方向上其应力是不会变的, 通常将测量基线或应变计设立在厚板的两个侧面,之后再把厚板切成相应的方块条,残余应力σx和σy 就能由释放的应变εx 和εy 求得:要知道整个平面的应力状态时，那么至少需要知道三个测量的方向,可采用由三个应变片组成的应变花,它的原理和钻孔法相类似。