残余应力梯度热缩试块的制备工艺与保存方法
【专利摘要】本发明提出一种残余应力梯度热缩试块的制备工艺与保存方法，可以用于超声波法、小孔法、电磁法和射线法等残余应力检测方法的实验室和现场校准。该试块是由外圆环和内圆盘组成，由于材料的热胀冷缩特性和弹性变形特性，受热外圆环冷却收缩时压缩内圆盘而导致内圆盘产生压应力，同时外环产生拉应力。试块在使用完毕后应储存在22℃恒温环境，放置姿态为竖直放置，并且要防止试块受到冲击和振动。该方法制备的残余应力梯度热缩试块能保持稳定的残余拉压应力。
【专利说明】残余应力梯度热缩试块的制备工艺与保存方法
一、【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种标定试块的制备工艺与保存方法，具体地说，是一种残余应力梯度测量标定试块的制备工艺与保存方法。该方法属于一种计量领域，也可以用于材料分析测试【技术领域】。
二、【背景技术】
[0002]金属材料经过若干种冷、热加工处理，制成零部件的过程中，每一道加工工艺，如切削、热处理、焊接等都有可能在零件表层或内部引入大小和方向各不相同的残余应力。对于一些大型钢结构或焊接件，过大的残余拉应力可能导致构件变形与开裂，而一定大小的残余压应力能使疲劳断裂抗力增高。由此，准确的检测出残余应力大小及其方向，在机械制造领域具有重要的意义。
[0003]目前，针对残余应力的检测，其方法主要可分为机械法(如盲孔法、剖分法)、衍射法(如底片法、中子衍射法、X射线衍射法)、利用应力敏感性法(如超声法、磁性法)。这些检测方法大都需要在现场标定和校准，然而，现有方法在现场操作不便，需要借助辅助装置，且使用的重复性不太理想。
[0004]通过在中华人民共合国国家知识产权局专利检索网站(网址:http://www.sip0.gov.cn/zl js)和中国知网(网址:http://epub.cnk1.net/grid2008/index/zkcald.htm)、万方数据(网址:http://g.wanfangdata.com.cn/)等国内文献主要检索网站的查询，尚未检索到相关专利或文献与本发明相似。
[0005]本发明提出了一种残余应力梯度热缩试块的制备工艺与保存方法，得到的热缩试块具有制备简单、使用便携、保存方便的优点，可用于对现有各种残余应力检测技术进行现场标定和校准。
三、
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供了一种残余应力梯度热缩试块的制备工艺与保存方法，可以用于超声波法、小孔法、电磁法和射线法等残余应力检测方法的实验室和现场校准。
[0007]残余应力梯度热缩试块是一个由外圆环和内圆盘组成的盘形试块，受热外圆环冷却收缩时压缩内圆盘而导致内圆盘产生压应力，同时外环产生拉应力。
[0008]本发明提供了一种残余应力梯度热缩试块的制作方法，其制作过程为，根据定值应力要求确定内圆盘和外圆环材料的材质和尺寸大小，对外圆环和内圆盘进行热处理以消除初始残余应力，然后按照金属热处理加热工艺标准要求，加热外圆环(加热温度低于金属材料相变温度，确保材料材质不发生变化)，将内圆盘缓慢稳定地放入外圆环内，炉冷至外圆环收缩压紧内圆盘后，一起取出，空冷至室温，最后消除热处理后在其表面生成的氧化皮薄层，即可以制成残余应力梯度热缩试块。
[0009]由于材料的热胀冷缩特性和弹性变形特性，试块的圆盘和圆环上对应区域会产生稳定的数值不同的定值残余应力。通过改变外圆环和内圆盘材料、直径大小以及加热温度，可以在圆环和圆盘的不同区域产生不同方向和数值大小的残余应力。
[0010]与此同时，还需制备同种材料，厚度与热缩试块相同，长宽为内圆盘半径的零应力试块，采用去应力退火工艺，消除试块的加工残余应力，作为零标定试块以备后续校准工作使用。
[0011]本发明还提供了一种残余应力梯度热缩试块的保存方法，试块在使用完毕后应储存在恒温环境，放置姿态为竖直放置，并且要防止试块受到冲击和振动，该保存方法能使梯度热缩试块保持稳定的残余拉压应力。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1残余应力梯度热缩试块的制作工艺流程图
[0013]图2残余应力梯度热缩试块的保存方法图
五、【具体实施方式】
[0014]下面对本发明的【具体实施方式】进行详细说明:
[0015]如图1所示，残余应力梯度热缩试块的制作方法如下:
[0016]1.根据被测材料的材质和尺寸选取试块的材料和尺寸，如选取内圆盘和外圆环的材料为45号钢,夕卜圆盘外径外240mm,内径170mm,内圆盘直径170.6mm ;或者外圆盘外径外160mm,内径115mm,内圆盘直径115.45mm等。
[0017]2.对内圆盘和外圆环的内外表面进行精车，使得表面粗糙度Ra ( 3.2。
[0018]3.对内圆盘外侧边缘和外圆环内侧边缘进行倒角处理。
[0019]4.采用GB/T16923-2008所述方法对内圆盘和外圆环进行退火处理，消除其初始残余应力。
[0020]5.按照金属热处理加热工艺标准要求，加热外圆环(加热温度低于金属材料相变温度，确保材料材质不发生变化)，然后保温5?10分钟。
[0021]6.保温5?10分钟后，把外圆环放在炉边，将常温或冷处理后的内圆盘缓慢稳定地放入外圆环内，然后炉冷至外圆环收缩压紧内圆盘后，一起取出，空冷至室温。
[0022]7.对热处理和装配过程中生成的表面氧化皮薄层进行处理，保证残余应力检测时热缩试块表面状态良好。
[0023]8.热压缩定值试块制备完毕。
[0024]如图2所示，残余应力梯度热缩试块的保存方法:
[0025]1.残余应力梯度热缩试块制作完成后，应保存在22°C干燥的恒温箱内，避免室外温度的交替变化导致试块的残余应力松弛。
[0026]2.残余应力梯度热缩试块在恒温箱内的保存姿态为竖直放置，多个试块间用石棉隔开，避免试块搬运和使用过程中磕碰和冲击对应力值造成影响。
[0027]3.将残余应力梯度热缩试块取出恒温箱，对应力检测仪器进行校准，校准完毕后，应及时擦干试件校准区域表面的耦合剂等辅助介质，防止试块表面生锈等情况发生。
[0028]4.处理完毕后，及时将残余应力梯度热缩试块放回到干燥的恒温箱中竖直放置。
【权利要求】
1.残余应力梯度热缩试块的制备工艺与保存方法，其特征在于，残余应力梯度热缩试块是一个由外圆环和内圆盘组成的盘形试块，受热外圆环冷却收缩时压缩内圆盘而导致内圆盘产生压应力，同时外环产生拉应力。
2.根据权利要求1所述的残余应力梯度热缩试块，其特征在于，可以用于超声波法、小孔法、电磁法和射线法等残余应力检测方法的实验室和现场校准。
3.根据权利要求1所述制备工艺，其特征在于，包括以下步骤:1、根据被测材料的材质和尺寸选取试块的材料和尺寸，如选取内圆盘和外圆环的材料为45号钢，外圆盘外径外240mm,内径170mm,内圆盘直径170.6mm ;或者外圆盘外径外160mm,内径115mm,内圆盘直径115.45mm等；2、对内圆盘和外圆环的内外表面进行精车，使得表面粗糙度Ra≤3.2 ;3、对内圆盘外侧边缘和外圆环内侧边缘进行倒角处理；4、采用GB/T16923-2008所述方法对内圆盘和外圆环进行退火处理，消除其初始残余应力；5、按照金属热处理加热工艺标准要求，加热外圆环(加热温度低于金属材料相变温度，确保材料材质不发生变化)，然后保温5~10分钟；6、保温5~10分钟后，把外圆环放在炉边，将常温或冷处理后的内圆盘缓慢稳定地放入外圆环内，然后炉冷至外圆环收缩压紧内圆盘后，一起取出，空冷至室温；7、对热处理和装配过程中生成的表面氧化皮薄层进行处理，保证残余应力检测时热缩试块表面状态良好；8、热压缩定值试块制备完毕。
4.根据权利要求1所述保存方法，其特征在于，包括以下步骤:1、残余应力梯度热缩试块制作完成后，应保存在22°C干燥的恒温箱内，避免室外温度的交替变化导致试块的残余应力松弛；2、残余应力梯度热缩试块在恒温箱内的保存姿态为竖直放置，多个试块间用石棉隔开，避免试块搬运和使用过程中磕碰和冲击对应力值造成影响；3、将残余应力梯度热缩试块取出恒温箱，对应力检测仪器进行校准，校准完毕后，应及时擦干试件校准区域表面的耦合剂等辅助介质，防止试块表面生锈等情况发生；4、处理完毕后，及时将残余应力梯度热缩试块放回到干燥的恒温箱中竖直放置。
【文档编号】G01N1/44GK103837395SQ201410073705
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】徐春广, 白晓光, 宋文涛, 李骁, 潘勤学, 靳鑫, 李焕新, 刘帅 申请人:北京理工大学