Page 23 - 理化检验-物理分册2021年第二期

吕克茂, 等: 简述 2015 年至 2019 年残余应力学术进展

类内应力在材料的宏观范围内平衡, 当平衡破坏时 值即为第I类应力。进一步阐明, 采用 X 射线法测
有尺寸变化; 第 II类应力在晶粒尺度内平衡, 当平 定宏观应力时得到的衍射峰, 是由相应范围内各个
衡破坏时有尺寸变化; 第 III类应力存在于原子尺 晶粒衍射峰叠加而成的。因此, 衍射峰的半高宽包
度, 平衡破坏时不会发生尺寸变化。 3 类应力间的 含了各个晶粒应力分散度这个因素。
关系如图 1 所示。 达维金科夫定义的 3 类应力的依据是 X 射线
衍射效应, 但未说明 3 类应力间关系。马赫劳赫描
述了材料中 3 类应力间关系, 但无衍射效应。何家
文新的诠释则将应力分类一方面和材料的晶粒结构
相联系, 明确了 3 类应力之间的关系, 另一方面又和
X 射线衍射信息相联系, 对当前的残余应力学术研

究具有指导意义。
吕克茂汲取何家文关于分散度的观点, 在杭州
及丹东会议上概括叙述了衍射峰半高宽的物理意
义, 以及与材料性能的关系。

图 1 马赫劳赫的 3 类应力示意图
6 形变强化的理论问题

Fi g 1 Schematicdia g ramofthreeinternalstressesb yMacherauch
以上是残余应力学术领域人尽皆知的 基本知 2015年汝继来在都江堰会议上作报告, 介绍了
识。然而何家文在 2017 年杭州会议上对马赫劳赫 以北京航空材料研究院王仁智为代表的学者对于喷
的 3 类应力图作了新的诠释, 如图 2 所示。 丸强化机理的观点。王仁智等认为喷丸强化原理中
的“ 应力强化机制” 既不是唯一的、 更不是万能的。
“ 应力强化机制” 主要用来改善正断型疲劳断裂抗
力。当材料 / 弹簧因承受的剪切应力增高和逐渐逼
近材料的剪切极限, 迫使发生切断型模式的疲劳断
裂时,“ 应力强化机制” 的效应基本消失。根据弹簧
的受力分析结果, 这时改善切断型模式的疲劳断裂
抗力主要由“ 组织结构强化机制” 来替代, 这就是残
余压应力在改善扭转疲劳断裂抗力作用中表现出的
图 2 多晶中的 3 类应力示意图
局限性。

Fi g 2 Schematicdia g ramofthreeinternalstressesinp ol y cr y stal
何家文认为, 王仁智如上分析用的是静断机制。
图 2 表示各晶粒取向不同, 各晶粒有其自己的
在静扭转载荷之下确有 3 种不同断裂方式, 剪断占
内应力, 在宏观范围平均后得到平均的宏观应力是
了两种, 看来是主要机制。但在疲劳载荷之下的弹
第I类应力。每个晶粒的应力和宏观平均应力之差
簧 98%~99% 都是正断, 只有在材料、 工艺有误时
为第II类应力。第III类应力则是一个晶粒内应力
才出现剪断。理论上, 20 世纪 80 年代就有文章指
的波动。何家文在马赫劳赫原图中加上应力分布曲
出当载荷大于屈服强度 70% 或服 役超过 10×10 4
线, 如图3 所示。其认为第III类应力分布曲线上取
周次的扭转疲劳均为正断, 因此喷丸残余应力仍起
中值即为第II类应力, 第II类应力分布曲线上取中 主导作用。此外弹簧热处理过程表面难免贫碳, 喷
丸时易于产生难以察觉的微裂纹, 疲劳载荷下无需
萌生即可扩展, 此时完全没有萌生阶段, 强化当然不
起作用。
以西安交通大学何家文为代表的学者对残余应
力与疲劳性能进行了系统深入的研究, 张定铨、 何家
图 3 3 类应力的分布曲线关系 文合著的《 材料中残余应力的 X 射线衍射分析和作

Fi g 3 Distributioncurvesrelationshi pofthreeinternalstresses 用》 一 书 汇 集 了 他 们 的 研 究 成 果。近 年 来 何 家
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