一种基于仪器化球压入技术的残余应力检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种材料表面残余应力的检测方法，尤其是一种利用仪器化球形压入 技术检测材料表面残余应力的方法。
【背景技术】
[0002] 工程材料中，表面残余应力的存在会改变金属零部件的服役性能（如抗疲劳、抗 断裂、耐腐蚀和抗磨损等），需进行准确检测。与传统检测方法相比，仪器化压入检测法是一 种微尺度（KT1~10 1Um)的材料表面残余应力检测方法，适用于微区和微损检测。该类检 测方法与便携式压入仪相结合可实现在线原位检测，具有较好的应用前景。
[0003] 目前，仪器化压入检测方法，根据压头的几何形状（棱锥和球形），可以分为两类： 锥形压入法和球形压入法。已有的锥形压入法选取不可直接测量的接触面积作为分析参 量，影响其检测精度；已有的球形压入法主要依赖于经验观察，缺乏机理性研宄，准确性较 低，尚不便实际应用。
【发明内容】
[0004] 为克服已有的仪器化压入检测方法的准确性较低、实用性较差的不足，本发明提 供一种准确性较高、实用性较好的基于仪器化球压入技术的残余应力检测方法。
[0005] 为了解决上述技术问题提供如下技术方案：
[0006] 一种基于仪器化球压入技术的残余应力检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
[0007] 1)采用球形压头对无残余应力试样进行压入试验，相对压入深度h/R= 0. 3,其 中，h为压入深度，R为球形压头的半径，获取压入载荷-深度（F-h)曲线，计算加载功Wt、卸 载功Wu和Mayer系数（m)，通过式（1)计算材料的力学参数，如弹性模量E、屈服应变〇y 和幂硬化指数n:
【主权项】
1. 一种表面残余应力的仪器化球形压入检测方法，其特征在于：所述检测方法包括以 下步骤： 1) 采用球形压头对无残余应力试样进行压入试验，相对压入深度h/R = 0. 3,其中，h为 压入深度，R为球形压头的半径，获取压入载荷-深度（F-h)曲线，计算加载功Wt、卸载功W u 和Mayer系数（m)，通过式（1)计算材料的力学参数，如弹性模量E、屈服应变〇y和幂硬 化指数η :
式中，a为孔洞扩张模型中核心区半径，c为孔洞扩张模型中塑性区半径，V为材料泊 松比，ey为材料屈服应变，ε y=。y/E; 2) 采用球形压头对相同材料的有残余应力试样进行压入试验，相对压入深度（h/R)大 于 〇· 1 ; 分别获得有残余应力试样和无残余应力试样在相对压深h/R = 0. 1处对应的压入载荷 F I h/R = 0. 1和 F 0 I h/R = 0. 1; 3) 选取相对压入深度h/R = 0. 1处压入载荷的相对变化量（F-Ftl)/FciIivk = αι作为分析 参量，通过量纲分析和数值模拟，建立所述分析参量与残余应力σκ之间关系式：
4) 将上述获得的参量材料力学参数代入式（2)，计算得到被测材 料的残余应力σ K，正值表示残余拉应力，负值表示残余压应力。
【专利摘要】一种基于仪器化球压入技术的残余应力检测方法，包括以下步骤：1)采用球形压头对无残余应力试样进行压入试验，相对压入深度h/R＝0.3，获取压入载荷-深度曲线，计算加载功Wt、卸载功Wu和Mayer系数(m)，计算弹性模量E、屈服应变σy和幂硬化指数n，材料屈服应变，εy＝σy/E；2)采用球形压头对相同材料的有残余应力试样进行压入试验，相对压入深度大于0.1；分别获得有残余应力试样和无残余应力试样在相对压深h/R＝0.1处对应的压入载荷F|h/R＝0.1和F0|h/R＝0.1；3)选取相对变化量(F-F0)/F0|h/R＝0.1作为分析参量，建立所述分析参量与残余应力σR之间关系式(2)；4)根据参量F|h/R＝0.1、F0|h/R＝0.1和材料力学参数，计算得到被测材料的残余应力σR。本发明准确性较高、实用性较好。
【IPC分类】G01N3-42
【公开号】CN104655505
【申请号】CN201510035646
【发明人】彭光健, 逯智科, 马毅, 张泰华, 陈培见
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月23日