基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法
2023-04-27 14:33:41 1
基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法
【專利摘要】本發明公開了基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法，屬於微小區域殘餘應力無損測試的【技術領域】。所述測試方法對測試樣塊、標準樣塊做微壓痕實驗得到加卸載曲線，根據加卸載曲線結合無量綱函數得到計算殘餘應力的參數，再根據加卸載曲線分析殘餘應力類別由平均接觸壓強和殘餘應力表達式計算殘餘應力。本發明利用微壓痕法實現韌性塊體材料微小區域的殘餘應力測試。
【專利說明】基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法，屬於微小區域殘餘應力無損測試的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著航空，航天，生物醫療技術的發展需求，機電產品正朝著微型化的方向發展，小體積材料、器件以及微細加工方法隨之發展。經過微細加工方法或其他特殊工藝加工的小體積塊體材料其宏觀體積在毫米尺度範圍，由於尺度效應的存在，在進行機械加工後具有不同於傳統宏觀材料的微觀組織結構和殘餘應力分布。另外一種情況，工業應用中常對大體積塊體材料進行局部加載的加工工藝，僅使器件在需要承受載荷部分的力學性能得到強化，經過加載變形和未經受加載變形的部分應力狀態有差別，因而在經過不均勻加載變形的殘餘應力分布呈現局部化特徵。小體積塊體材料和經過不均勻加載變形後的大體積塊體材料都表現出殘餘應力在微小區域分布的特徵，本發明將測試材料本身體積在毫米範圍和殘餘應力集中於毫米範圍的局部區域測試方法統稱為對微小區域的殘餘應力測試。
[0003]目前已有的殘餘應力測試方法包括機械釋放測量法和無損測量法。機械釋放測量法需要在測試區域粘貼應變計並採用機械方法釋放應力，通過測量應變計電阻的變化利用相關的公式計算出殘餘應力，主要包括鑽孔法、環芯法、分割切條法。無損測量法是在一定區域範圍內利用材料的物理性能測量並計算平均殘餘應力，主要包括X射線衍射、拉曼光譜測量法、超聲法，該方法對具有特定物理性質的材料適用。無論是機械釋放測量法還是無損測量法都需要較大的測試區域，其測試量級一般都在毫米級，所獲得的結果也是這一區域殘餘應力的平均值。而微小區域的尺度在毫米級，因此，採用傳統的殘餘應力測試方法不能獲得精確的殘餘應力分布，而殘餘應力的分布影響材料的承載和疲勞性能，是器件重要的材料參數。殘餘應力測試的不準確直接制約了微小體積器件及局部加載技術的工業化進程。因此，亟需發展與之相適應的針對微小區域殘餘應力測試技術方法。
[0004]近年發展起來的微壓痕技術為實現微小區域性能表徵提供了可行的技術方案，微壓痕技術通過對材料表面施加載荷獲得微米尺度的加卸載曲線，對卸載曲線進行計算後獲得材料的彈性模量和與尺度相關的硬度。試驗完成後僅在試樣表面留下幾微米的壓痕，實現了快速，精確，無損測量的方法。但現有的殘餘應力測量方法僅針對脆性材料或薄膜材料，缺乏針對韌性塊體材料的有效測量方法。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是針對上述【背景技術】的不足，提供基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法，解決的技術問題是利用壓痕法實現韌性材料微小區域的殘餘應力測試。
[0006]本發明為實現上述發明目的採用如下技術方案:
[0007]基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法，包括如下步驟:[0008]步驟1，將待測韌性塊體材料製備成的金相試樣作為測試樣塊，將與測試樣塊同材質且無殘餘應力的塊體材料製備成金相試樣作為標準樣塊；
[0009]步驟2，對所述測試樣塊、標準樣塊做微壓痕測試得到測試樣塊加卸載曲線、標準樣塊加卸載曲線，分析加卸載曲線得到計算殘餘應力的參數:
[0010]步驟2-1，獲取測試樣塊、標準樣塊加卸載曲線壓痕參數；
[0011]步驟2-2，擬合測試樣塊、標準樣塊的加卸載曲線，獲取測試樣塊、標準樣塊性能表徵量；
[0012]步驟2-3，利用無量綱函數求取:塑性應變量為0.033時測試樣塊的應力以及應變硬化指數，塑性應變量為0.033時標準樣塊的應力以及應變硬化指數；
[0013]步驟2-4，根據塑性變形本構關係式求得塑性應變量為O時測試樣塊的應力、塑性應變量為O時標準樣塊的應力；
[0014]步驟3，根據測試樣塊殘餘應力類別，計算殘餘應力。
[0015]所述基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法中，步驟3【具體實施方式】如下:
[0016]步驟3-1，由塑性應變量為0.033時標準樣塊的應力σ Q Q33以及塑性應變量為O時標準樣塊的應力σ。，由表達式
【權利要求】
1.基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟1，將待測韌性塊體材料製備成的金相試樣作為測試樣塊，將與測試樣塊同材質且無殘餘應力的塊體材料製備成金相試樣作為標準樣塊； 步驟2，對所述測試樣塊、標準樣塊做微壓痕測試得到測試樣塊加卸載曲線、標準樣塊加卸載曲線，分析加卸載曲線得到計算殘餘應力的參數: 步驟2-1，獲取測試樣塊、標準樣塊加卸載曲線壓痕參數； 步驟2-2，擬合測試樣塊、標準樣塊的加卸載曲線，獲取測試樣塊、標準樣塊性能表徵量; 步驟2-3，利用無量綱函數求取:塑性應變量為0.033時測試樣塊的應力以及應變硬化指數，塑性應變量為0.033時標準樣塊的應力以及應變硬化指數； 步驟2-4，根據塑性變形本構關係式求得塑性應變量為O時測試樣塊的應力、塑性應變量為O時標準樣塊的應力； 步驟3，根據測試樣塊殘餘應力類別，計算殘餘應力。
2.根據權利要求1所述的基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法，其特徵在於，步驟3【具體實施方式】如下: 步驟3-1，根據塑性應變量為0.033時標準樣塊的應力σ Μ3以及塑性應變量為O時標 準樣塊的應力σ。，由表達式
3.根據權利要求1或2所述的基於微壓痕法的韌性塊體材料微小區域殘餘應力測試方法，其特徵在於，步驟I利用如下方法獲取金相試樣:採用電解拋光技術拋光韌性塊體材料至鏡面，隨後進行淺腐蝕。
【文檔編號】G01N3/42GK103439206SQ201310420244
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】何敏, 王啟立, 楊峰, 張寧, 王曉溪 申請人:徐州工程學院