Page 24 - 理化检验-物理分册2021年第二期
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吕克茂, 等: 简述 2015 年至 2019 年残余应力学术进展


            文 [ 2 ] 强调说明: ① 残余应力在疲劳中起到平均应力                     的特征分析和测量方法设计。
            的作用, 因残余应力不像平均应力在截面上均匀分                                北京科技大学王沿东团队开展金属材料疲劳形
            布。根据 Goodman 关系, 喷 丸 产 生 的 残 余 压 应 力               变亚微米尺度应力分布的原位研究, 揭示了疲劳剪
            可以折算成局部疲劳抗力, 这是残余压应力提高疲                            切带损伤的微观机制。金属材料在应力载荷下的疲

            劳寿命的本质所在。 ② 衍射峰半高宽表 征的第 II                         劳形变导致位错局域累积, 造成材料损伤及微纳裂
            类内应力不仅和位错密度等强化因素有关, 也反映                            纹形核。对于具有平面滑移特征的合金, 在疲劳过
            各个晶粒中应力大小的分散度; 尽管材料中的残余                            程中形成的驻留形变剪切带是损伤破坏的基本单
            压应力比较大, 但是如果分散度也比较大, 相当于材                          元, 其形成与扩展制约了材料的疲劳强度与寿命, 而
            料中存在微裂纹易于扩展的“ 短板”, 不利于提高疲                          剪切带的三维介观位错模型及时空分辨的动态演化
            劳强度; 改进喷丸工艺, 二次喷丸, 有利于降低应力                         机制是形变与损伤领域中急需解决的关键科学难
            分散度, 便可显著改善抗疲劳性能。 ③ 喷丸实践中,                         题。王沿东团队利用同步辐射 X 射线微束衍射原
            要求提高疲劳强度的结构件中, 裂纹扩展期占疲劳                            位分析技术, 通过对疲劳剪切带位错结构引起的巨
            寿命的主要部分, 萌生期则很短。且喷丸自身也易                            大应力梯度与微小取向梯度的精确表征, 确定亚微
            形成表面微裂纹, 因而大多数情况下残余应力起决                            米尺度应力场动态演化的精细过程; 揭示了几何必
            定性作用; 由组织结构强化阻止裂纹萌生来提高疲                            需位错对剪切带的形成、 剪切带交互作用及微观损
            劳强度, 只在超高周疲劳中才有明显作用。 ④ 即使                          伤的影响机理; 以平面滑移金属低应变幅循环形变
            组织细化引起的材料强化能够起到提高疲劳强度的                             为例, 澄清了交叉剪切带处应力集中引起疲劳寿命
            作用, 如果过度地喷丸或研磨, 势必在零件表面造成                          偏离经典 Coffin-Manson 定律的物理本质。同时,
            损伤, 乃至脆化剥落。因此, 企图通过形变使材料纳                          利用具有三维分辨的同步辐射原位表征手段, 开展
            米化是不切实际的做法。传统喷丸表面形成的是晶                             块体材料局部形变与损伤破坏研究。根据晶粒取向
            体学取向相差很小的位错胞, 位错胞壁和晶粒的晶                            相关的疲劳微观损伤的精细测量, 提出剪切带交互
            界不同, 不能阻止位错穿越, 因而表征晶粒大小与强                          作用下新的位错模型。这一研究成果对金属材料的
            度的 Hall-Petch 关系失效。                                疲劳断裂行为与使用寿命准确预估及高性能设计具
                                                               有重要指导意义。
            7  新近出版的学术专著
                                                                   GB / T7704 — 2017 《 无损检测 X 射线应力测定
                2019 年上海交通大学材料科学与工程学院姜                         方法》 恰逢 2017 年杭州会议期间发布, 该标准涵盖

            传海与上海理工大学詹科、 中科院上海冶金研究所                            了 EN15305 : 2008 和 ASTM E915 — 2010 的精髓,
            杨传铮合作编著的《 材料喷丸强化及其 X 射线衍射                          融汇了国际国内 X 射线应力专家的研究成果、 重要

            表征》 一书出版。该书在喷丸强化技术和 X 射线衍                          结论和实践经验。 GB / T7704 — 2017 为 X 射线应
            射法应力测定两个方面都作了系统而详尽的阐述。                             力测定工作制定了基本规范, 适用于国产和国际知
            前者既包括金属材料微观组织结构分析、 形变强化                            名品牌的 X 射线应力仪。该标准的贯彻实施将有
            机制, 又包括喷丸工艺参数的选择、 对喷丸设备的要                          利于使用国产仪器、 进口仪器以及衍射仪的应力工
            求和喷丸实践经验, 涉及各种常用金属材料, 还有喷                          作者, 能够较为明确地理解测量原理和方法, 能够有
            丸应力的数值模拟等; 后者既包括 X 射线金属学知                          相同或相通的规范, 最后得到有可比性的、 大家相互
            识、 X 射线衍射理论, 又包括应力测定的原理方法和                         认可的测量结果。笔者在都江堰、 杭州会议上就标
            应力测定的细节问题, 还有线型分析等。                                准的修订作了说明, 对其中的新概念予以解释。
                                                                   吴威德介绍了很多残余应力技术的应用实例。
            8  值得关注的其他学术问题
                                                               戴文元就 X 射线应力测定的方法问题作了非常专

                 布鲁克公司贺保平讲解了二维 X 射线衍射仪                         业的讲解, 例如有关 cos α 法与 sin ψ         法的比较, 具
                                                                                              2
            及残余应力测定方法, 对于应力测定方法和手段的                            有理论深度和实际意义。
            提升具有指导意义。
                                                              9  国产残余应力测试设备的进展
                 钢铁研究总院白埃民探讨了 X 射线衍射法三
            维应力模型的结构和应用, 单晶功能材料残余应力                               2015 年以来, 国产 X 射线应力测定仪采用国际
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