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殘余應力檢測實驗方法的發展

發布日期: 2021-12-04
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  殘余應力會引起物體緩慢變形,導致物體尺寸的改變,導致機械加工工件尺寸不合格,儀器生產中導致整臺儀器喪失精度成為廢品,鑄造鍛造工件出現裂紋甚至斷裂,同時對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩定性和使用壽命等也有著十分重要的影響。
  殘余應力檢測是工件在制造過程中,將受到來自各種工藝等因素的作用與影響;當這些因素消失之后,若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失,仍有部分作用與影響殘留在構件內,則這種殘留的作用與影響就是殘余應力。從能量作功的角度來理解,外力使物體發生塑性變形時會導致物體內部發生變形,因而積累一部分能量;當外力消除后,內部應力分布不均勻的能量要進行釋放,如果物體的脆性低,則物體會緩慢變形,脆性高則形成裂紋。
  X射線的穿透深度較小,只能測量材料表面的殘余應力,如果需要測量材料內部的殘余應力或者測量應力梯度,其能力則顯得有些蒼白。通常解決的辦法是需要采用剝層法。即對樣品逐層剝離,測量每層表面的應力,然后采用一定的算法扣除因為剝層造成的應力松弛,換算成各層真實的應力。
  近年來,有人采用中子衍射法和同步輻射X射線透過法來測量材料深度的殘余應力。中子衍射法是一種測量結構內部應力的常用方法。中子衍射法以中子流為入射束,照射試樣,當晶面符合布拉格條件時,產生衍射,得到衍射峰。該方法的原理與普通X射線衍射方法類似,也是根據衍射峰位置的變化,求出應力。但與普通X射線衍射法相比,中子衍射法利用中子能穿透試樣較大深度的特性,可以測得樣品內部殘余應力,且適于對大塊試樣進行測定。因此,中子衍射法對測定樣品內部平均殘余應力具有很大的優越性。因為同步輻射X射線的強度高可以透過樣品,國外已有學者采用透過法測量金剛石與硬質合金復合層的內部殘余應力。
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