Page 19 - 理化检验-物理分册2018第四期

白 涛, 等: 三类内应力之间的关系及其对疲劳的作用

工程中标注的数值都带有误差或分散度 ± , 但 II类应力, 而不是与宏观应力之间的差值.即单独
残余应力值无 ± , 这是由于只有应变分散度, 不能写 测定II类应力, 而非围绕宏观应力上下的波动值,
成应力分散度的缘故, 这种现象不能误解为残余应 而是其绝对值.
力测定值准确, 误差或分散度小.另一种误解是, 衍 １．４ 半高宽和硬度的相关性
射谱线中不提应力分散度后, 其宽度就只与晶粒度 如果认定半高宽( FullWidthatHalfMaximum ,
和位错密度有关, 也即展宽仅与III类应力有关了. FWHM ) 只与晶粒度和位错密度有关, 则可以认为半
１．３ II类应力的测定 高宽就只与硬度相关, 因而业界普遍将半高宽的变化
I类应力即残余应力的测定方法非常成熟, 并已 作为硬度变化的标识.这个认识也表现在图 ８ 中不
经获得了广泛的工程应用, 如 X 射线法、 盲孔法等. 同喷丸强度半高宽的变化上, 喷丸后半高宽下降即认
而II类应力的测定, 目前在工程应用上尚存在一定的 为硬度降低; 提高喷丸强度, 表面硬度会再次提高 [ ４ ] .
难度. II类应力处于晶粒尺度, 早期测定有较大的难 实际上当时国内就有质疑, 李家宝等 [ ５ ] 通过表层屈服
度, 只有双相材料、 硬质合金等测过II类应力, 测定的 强度的测定表明喷丸后是强化, 如图 ９ 所示, 得到的
数值也是统计平均值而非某一微区的应力值.电子 结论如下: 半高宽下降并非硬度降低, 而是微观应力
束散射衍射( EBSD ) 及聚集离子束( FIB ) 技术的发展, 减小的原故, 但注意到此文重要性的人员很少.直接
使测定某微区的应力值成为可能.图 ６ 是采用环芯 比 较中 碳钢滚压表层的半高宽和硬度 , 如图 １０ 所
法将试样切成岛状, 测定应力释放前后标定点的位
移, 计算微区应力 [ ３ ] .图７是在西安交大用聚焦离子
束在硅片的２．６ μ m 铜膜上试验盲孔法.

图 ８ 喷丸强度与半高宽关系
Fi g 敭８ Therelationshi pbetweenshot p eenin g intensit y andFWHM

图 ６ FIB 环芯法
Fi g 敭６ Rin g coremethodwithFIB
a FIBrin g core p osition b FIBrin g core p rocess
c FIBrin g corefinish

图 ７ FIB 盲孔法
Fi g 敭７ Holedrillin gmethodwithFIB
a ４３０nmde p th b １１００nmde p th
II类应力测定的区域在微米量级, X 射线法难
以满足多晶条件, 故采用机械法.因其损伤只在微
米尺度, 国际上在有损和无损之外, 为之增加一种分 图 ９ 喷丸表层半高宽和屈服强度的变化曲线
类, 称之为微创法. Fi g 敭９ Thechan g ecurvesofFWHMandy ieldstren g th
就测试方法可以看出测得的应力应该属于微区 ofthe p eenedsurface
a FWHMdecreasin g b y ieldstren g thincreasin g
内的宏观残余应力, 相当于图 １ 中从零坐标计算的
２ ３ ５