一种微观残余应力的检测方法技术

本发明专利技术提供了一种微观残余应力的检测方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种微观残余应力的检测方法


[0001]本专利技术涉及无损检测
，尤其涉及一种微观残余应力的检测方法
。

技术介绍

[0002]钛合金尤其是铸造钛合金由于优异的性能，广泛用于制造航空发动机的中介机匣
、
飞机支架
、
导弹壳体以及小型发动机叶轮等，但是钛合金在加工制造过程中不可避免的会引入残余应力，由此严重影响其加工性能和服役可靠性
。
残余应力严重影响着材料
/
构件的表面完整性，从而进一步影响其疲劳断裂抗力，其中由不同相及相界面引起的微观残余应力是影响宏观残余应力的重要因素，如何有效表征铸造钛合金不同相及相界面处的微观残余应力是调控宏观残余应力及提高钛合金力学性能的关键
。
[0003]按照残余应力平衡范围的不同，通常可分为三种：1）第一类残余应力，又称宏观残余应力，它是由工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，跨越多个晶粒的平均应力；2）第二类残余应力，又称微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的；其作用范围与晶粒尺寸相当，即在晶粒或亚晶粒之间（约在
0.01~1 mm
之间）保持平衡；3）第三类残余应力，又称点阵畸变，其作用范围是几十至几百纳米，它是由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位
、
间隙原子
、
位错等）引起的
。
[0004]残余应力的检测方法主要分为有损检测方法和无损检测方法，其中，有损检测方法包括盲孔法
、<br/>切割法
、
剥层法以及环芯法等，无损检测方法包括纳米压痕法
、X
射线衍射法
、
同步辐射
X
射线衍射法以及中子衍射法等
。
在实际应用过程中，大多数材料
/
构件需要保持其结构完整性，因此无损检测方法受到国内外学者的广泛关注
。
[0005]无损检测方法中，
X
射线衍射法适用于多晶材料的宏观残余应力分析，同步辐射
X
射线衍射法和中子衍射法适用于材料的内部残余应力研究
。
[0006]公开号为
CN104792808B
的中国专利介绍了一种金属基复合材料微观残余应力的检测方法，其采用
EBSD
结合材料力学理论，通过对
EBSD
参数的数据处理，定量表征了金属基复合材料的微观残余应力分布，但不涉及不同深度的微观应力分布信息；公开号为
CN115790937A
的中国专利申请介绍了一种基于纳米压痕技术评估铜带材残余应力的方法，采用基于纳米压痕技术评估铜带材残余应力，但不涉及多相金属材料的微观残余应力；公开号为
CN107643141B
的中国专利介绍了一种测试焊接热影响区残余应力的方法，采用压痕法分析了焊接工件焊接区域的残余应力，但无法获得粗大晶粒合金内部不同相的微观残余应力；公开号为
CN115901058A
的中国专利申请介绍了基于仪器化锥形压入技术的等轴残余应力直接检测方法，分析了
TC4
钛合金材料的残余应力，但不涉及钛合金中不同相的微观残余应力分布
。
[0007]上述专利虽然提供了不同材料的微观残余应力的不同方法，但是其无法精确定位检测不同相及相界面处的微观残余应力，且无法检测不同深度下的微观残余应力
。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题在于提供一种微观残余应力的检测方法，其可以精确定位检测不同相及相界面处的微观残余应力，且可同时检测不同深度下的微观残余应力
。
[0009]有鉴于此，本申请提供了一种微观残余应力的检测方法，包括以下步骤：
A
）制备待测合金试样和参考试样；
B
）将所述待测合金试样和所述参考试样分别磨抛后腐蚀，再观察待测合金试样的微观组织；
C
）将步骤
B
）得到的待测合金试样和参考试样分别采用纳米压痕仪进行不同深度的压痕，每个压痕作为一个测试点；相同深度设置若干个测试点，通过纳米压痕仪定位初始测试点的位置，定位到
α
相和
α
/
β
相界面，通过所述纳米压痕仪测试
α
相和
α
/
β
相界面，得到压痕数据；
D
）将测试后的待测合金试样和参考试样进行扫描电子显微镜观察，统计出待测合金试样和参考试样的压痕位置在
α
相和
α
/
β
相界面的数量，将所述压痕数据在残余应力计算模型中计算，得到微观残余应力
。
[0010]优选的，步骤
D
）之后还包括：将不同深度下
α
相和
α
/
β
相界面的微观残余应力的平均值分别计算，得到不同深度下
α
相和
α
/
β
相界面的微观残余应力分布图；将相同深度下所有微观残余应力计算平均值，得到不同深度下微观残余应力分布图
。
[0011]优选的，所述残余应力计算模型如下式所示：；式中，
P
和
P0分别是在相同压痕深度时有无残余应力时的最大载荷，
A
C
为残余应力所引起的残余面积；
f
g
为几何因子
。
[0012]优选的，所述纳米压痕仪采用固定深度的加载方式，加载速度为
80~120
μ
N/s
，保载时间为
8~12s
，卸载速度为
80~120
μ
N/s。
[0013]优选的，所述若干个测试点为
5~10
个方形矩阵测试点
。
[0014]优选的，所述矩阵测试点的相邻测试点距离为
5~10 μ
m。
[0015]优选的，所述压痕数据包括硬度
、
弹性模量
、
接触面积和接触深度
。
[0016]优选的，所述制备待测合金试样的方法具体是将待测合金试样切割
。
[0017]优选的，步骤
B
）中，所述观察待测合金试样的微观组织采用扫描电子显微镜观察
。
[0018]优选的，所述待测合金试样为钛合金试样
、
铝合金或其他高温合金
。
[0019]本申请提供了一种微观残余应力的检测方法，其首先制备了待测合金试样和参考试样，再将待测合金试样和参考试样分别磨抛后腐蚀，再观察待测合金试样的微观组织，在此基础上分别采用纳米压痕仪对待测合金试样和参考试样进行不同深度的压痕，且相同深度设置若干个测试点，测试后得到
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种微观残余应力的检测方法，包括以下步骤：
A
）制备待测合金试样和参考试样；
B
）将所述待测合金试样和所述参考试样分别磨抛后腐蚀，再观察待测合金试样的微观组织；
C
）将步骤
B
）得到的待测合金试样和参考试样分别采用纳米压痕仪进行不同深度的压痕，每个压痕作为一个测试点；相同深度设置若干个测试点，通过纳米压痕仪定位初始测试点的位置，定位到
α
相和
α
/
β
相界面，通过所述纳米压痕仪测试
α
相和
α
/
β
相界面，得到压痕数据；
D
）将测试后的待测合金试样和参考试样进行扫描电子显微镜观察，统计出待测合金试样和参考试样的压痕位置在
α
相和
α
/
β
相界面的数量，将所述压痕数据在残余应力计算模型中计算，得到微观残余应力
。2.
根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤
D
）之后还包括：将不同深度下
α
相和
α
/
β
相界面的微观残余应力的平均值分别计算，得到不同深度下
α
相和
α
/
β
相界面的微观残余应力分布图；将相同深度下所有微观残余应力计算平均值，得到不同深度下微观残余应力分布图
。3.
根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗军，李楠，王曦，周静怡，王剑，刘昌奎，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：