单，测量仪器通用，操作方便，实验数据精度高，重复性高，数据可靠等优点。
[0031] 本发明适用于一切可压力加工、且加工过程不发生相变的金属材料的残余应力的 测量。这里指的压力加工，包括室温下的冷加工，材料去应力退火温度以下的温加工及热加 工，例如冷镦、冲压、乳制、锻造、挤压、拉拔、弯曲、滚压、搓丝等。
【附图说明】
[0032] 图1是实施例1中待测金属材料的残余应力沿压下方向（z方向）的分布曲线。
【具体实施方式】
[0033] 下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但不局限本发明。
[0034] 实施例1
[0035] 一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，具体包括如下步骤：
[0036] (1)首先测量待测金属材料的比容：
[0037] 先将待测的经压力加工金属材料按照不同部位切割成数块质量大于lg的试样， 并测量比容，然后测量待测金属材料压力加工前（退火态）的比容；
[0038] 本发明实施例中质量测定所用的仪器为CP153型电子数字天平，感量为10 3g，对 质量为l〇g物体相对测量精度可达〇. 01 %。
[0039] 待分析测试的材料是牌号为6XXX的形变铝合金，分析目的为测量压力加工（镦 粗）后材料内部残余应力的分布情况。原始试样为Φ60Χ60_圆柱形试样，先经过一定温 度下的热压缩（非均匀）变形（温度低于该材料的去应力退火温度），本测量是其压缩变形 30%后在对称轴处沿压下方向（ζ方向）不同位置切割为块状样的比容测量。七个金属试样 的尺寸约为20X20X6mm，重量在6g左右，测量误差为±0. 02%。试样编号分别为GpGy G7，上述各试样距端面距离分别为Zi=6(单位为_，下同）、z2= 12、z3= 18、z4= 24、z5 =30、z6= 36、z7= 42。另一试样，是压力加工前（退火态）金属试样，尺寸同上，编号为 G0〇
[0040] 七个试样及压力加工前（退火态）的试样以二次称重法测量比容，得到的比容分 别为VC1=0.3712 (单位为cm3/g，误差为 ±0. 0001，下同），VC2=0. 3710,VC3= 0.3706， vM= 〇· 3699，vG5= 〇· 3704，vG6= 〇· 3710，vG7= 〇· 3712 和vG0= 〇· 3714。
[0041] 由上述结果知，不同塑性变形状态下的七个试样，相对比容变化的最大差值约为 0. 402%，对于质量为6g的试样，此质量的变化约为24mg，远大于测量天平的感量lmg，即该 结果准确可信。
[0042] (2).计算求出待测金属材料内部的平均残余应力
[0043] 由步骤（1)所测得的比容，由已知该材料的弹性模量为72Gpa，利用应力应变关 系的弹性虎克定律即公式（2)计算求出所对应的残余应力，分别为σ-14.28(单位为 MPa，下同），〇G2=-28.24，〇G3=-53.93，σΜ=-96·47，〇G5=-62.33，〇 (^=-27.48， 〇e7=-15.84。这里，以试样61为例说明残余应力的计算过程。由步骤（1)测量得到，某 一加工状态下的试样Gi的比容vei= 0.3712cm3/g，加工前（退火态）试样的比容v^= 0.3714cm3/g，已知该材料的弹性模量为72Gpa，利用公式（2)即可计算得出试样&的平均 残余应文
[0044] 该结果表明，材料内部的比容变化沿压下方向（z方向）呈对称分布，因此其残余 应力沿压下方向（z方向）也呈对称分布，且最大值出现在比容最小处。该应力分布曲线见 图1。
[0045] 由步骤（1)的比容测定结果知，根据待测材料的比容数值，即可计算求出待测材 料内部的平均残余应力；以判断其压力加工后的平均残余应力状态；
[0046] 此例表明了本发明的分析方法的准确性、可靠性。
[0047] 以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术 的发明，在未超越本发明技术原理的前提下，还可做出若干改进和变型，这些改进和变型也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 先选取待测的经压力加工金属材料的某个部位进行切割，测量切割成块状的待测试 样的比容，然后测量待测金属材料压力加工前或者其退火态的比容； 2) 由步骤1)所测得的比容，利用应力应变关系的弹性虎克定律，计算出上述待测金属 材料相应部位内部的平均残余应力，计算平均残余应力的公式如下；式中E为待测量金属的弹性模量；V为待测金属材料压力加工后的比容；V。为待测金属 材料压力加工前的比容，e为正应变，即单位长度内线长度的相对改变，￡^@为其平均值。2. 如权利要求1所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在 于：所述比容的测量是通过使用阿基米德法测量的，所述的阿基米德法测量的步骤如下： 将切割成块状的待测金属材料在空气中的质量，记作mi;然后，将上述待测试样放置在 盛有已知密度的液体的容器中，测量待测金属材料浸没在密度为P?的液体中的质量，记 作1?;最后，按计算公式（1)，得到上述某一压力加工状态下的待测金属材料的比容V(即 P1)，3. -种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在于： 1) 先选取待测的经压力加工金属材料的不同部位进行切割，测量切割成块状的待测试 样的比容，然后测量待测金属材料压力加工前或者其退火态的比容； 2) 根据不同部位的比容数值，利用应力应变关系的弹性虎克定律，计算出待测金属材 料不同部位的平均残余应力，由此得出其在该加工状态下的残余应力分布，计算平均残余 应力的公式如下；式中E为待测量金属的弹性模量；V为待测金属材料压力加工后的比容；V。为待测金属 材料压力加工前的比容，e为正应变，即单位长度内线长度的相对改变，￡^@为其平均值。4. 如权利要求3所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在 于：所述比容的测量是通过使用阿基米德法测量的，所述的阿基米德法测量的步骤如下： 将切割成块状的待测金属材料在空气中的质量，记作mi;然后，将上述待测试样放置在 盛有已知密度的液体的容器中，测量待测金属材料浸没在密度为P?的液体中的质量，记 作1?;最后，按计算公式（1)，得到上述某一压力加工状态下的待测金属材料的比容V(即 P1)， 5. 如权利要求3所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在 于：测量待测金属材料质量所用的仪器为精密天平，所述精密天平的感量至少为10 3g。6. 如权利要求3所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在 于：所述的待测金属材料为可压力加工且加工后不发生相变的金属材料。7. 如权利要求6所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在 于：所述的可压力加工的金属材料为侣合金、儀合金或者钢铁材料。8. 如权利要求3所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在 于：所述的待测金属材料的压力加工为常溫，或低于该材料去应力退火溫度的高溫。9. 如权利要求3所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特征在 于：所述的待测金属材料经压力加工后的状态为退火态、或稳定态、或者亚稳定态。10. 如权利要求3所述的一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，其特 征在于：比容差法中，测量得到的比容相对变化的范围为10 2~10 3,所We的范围也为 102 ~103。
【专利摘要】本发明公开了一种金属材料压力加工产生的残余应力的测量方法，先选取待测的经压力加工金属材料的某个部位进行切割，测量切割成块状的待测试样的比容，然后测量待测金属材料压力加工前或者其退火态的比容；由所测得的比容，利用应力应变关系的弹性虎克定律，计算出上述待测金属材料相应部位内部的平均残余应力；对加工后的待测金属材料的不同部位切割后试样进行测量，根据不同部位的比容数值，利用应力应变关系的弹性虎克定律，计算出待测金属材料不同部位的平均残余应力，由此得出其在该加工状态下的残余应力分布。本发明的测量方法具有试样制备简单，测量仪器通用，操作方便，实验数据精度高，重复性高，数据可靠等优点。
【IPC分类】G01L1/04
【公开号】CN105371996
【申请号】CN201510672354
【发明人】陈锟, 吴新猛, 刘克家, 陈惠芬
【申请人】上海应用技术学院
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年10月16日