X射线衍射法在测量铝合金厚板表面残余应力中的应用

X射线应力测量法是广泛应用的无损应力测量方法,本试验研究了X射线衍射法测量铝合金厚板表面残余应力。对7075淬火铝合金厚板的表面残余应力进行测量,得到了7075淬火铝合金厚板表面残余应力的分布区间和一般规律,并对表面残余应力分布的边缘效应进行了探讨。     

铝合金厚板表面边缘应力释放的实验研究

采用X射线衍射法测试了淬火与锯切后铝合金厚板表面残余应力的边缘效应,得到了厚板表面边缘区域残余应力的分布区间和一般规律。结果表明,淬火与锯切后厚板表面边缘应力分布趋势大体相同,但淬火工艺是一种剧烈的热量交换及快速冷却过程,边缘应力分布呈现奇异性;而锯切工艺是一种可忽略热量交换的慢速应力重构过程,应力分布较为均匀。另外,应力释放范围与板厚有关,且应力释放程度受改变初始应力分布状态的工艺、板尺寸及约束方式影响。     

淬火温度对7075铝合金厚板残余应力的影响

对7075铝合金厚板进行固溶处理后,分别在不同的淬火水温下进行浸没淬火和喷淋淬火。运用X射线衍射法测试淬火板的表面残余应力,利用维氏硬度仪测试板表面显微硬度,研究淬火工艺及水温对铝合金厚板残余应力与力学性能的影响。结果表明:随淬火温度的升高,浸没淬火与喷淋淬火引入的表面残余压应力水平与表面显微硬度迅速下降,且在一定的温度下,前者比后者引入的残余应力水平大40%,而显微硬度仅大7%。     

预拉伸变形量对7055铝合金厚板表面残余应力的影响

为了系统性地研究预拉伸变形量对淬火残余应力的消减规律,采用基于cosα法的μ-X360s型X射线残余应力分析仪,表征7055铝合金厚板经不同预拉伸变形量(0%、0.5%、1.2%、1.5%、2.5%、3.3%、3.9%)的表面残余应力水平,并通过基于sin2Ψ法的X射线衍射法和钻孔法验证测试结果。结果表明:7055铝合金厚板经过固溶淬火处理后,残余应力水平较高,轧向分应力略小于横向分应力,在厚板边缘区域残余应力水平波动较大,波动区域大约在距边部27mm的位置。当预拉伸变形量为1.5%时,轧向分应力的明显减小,继续增大拉伸量,残余应力稳定在60~70 MPa;而当预拉伸变形量大约为1.5%时,横向分应力由压应力状态转变为拉应力状态;经超过2.5%的预拉伸变形后,残余应力稳定在20~30 MPa。     

高强铝合金超厚板淬火残余应力及其冷压缩消除过程分析

采用SIMUFACT有限元分析软件,在验证了模拟精度和模拟参数的基础上,对4 000 mm×720 mm×285 mm尺寸的新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金超厚板淬火残余应力进行预测,并对采用双面对称冷压缩法消除厚板残余应力的过程进行了模拟分析。结果表明,该厚板淬火后内部残余应力呈内拉外压的分布状态,厚板心部最大平均残余拉应力值为120 MPa,表面最大平均残余压应力值为108 MPa。压缩过程中模具的压下率和送进率对淬火残余应力消除效果的分析表明,在1%~3%压下率和75%送进率条件下进行压缩,淬火残余应力消除率达到90%以上,残余应力值范围控制在-40 MPa~30 MPa范围内。X射线衍射测试值与模拟值的平均残余应力误差约为15.75 MPa。     

超声波残余应力测试技术在工程实际中的应用

对超声波法残余应力测试技术在铝合金厚板工程实际中的应用进行了研究,分析了不同7050铝合金厚板在不同工序和不同板厚下的应力状态。结果表明,7050厚板表面残余应力沿板材宽度方向呈小幅的随机波动,波动的数值在设备的测试误差之内,残余应力在板材宽度方向是均匀分布。7050厚板的表面残余应力在不同工序处理后残余应力存在较大差异,热轧后应力很小,淬火后应力很大且为压应力,预拉伸和时效后应力整体水平很小,热轧工序对厚板残余应力的影响较小,厚板内部较高的残余应力主要来自于淬火工序。通过预拉伸工序可有效消减淬火产生的残余应力,可使厚板整体应力水平满足使用要求。不同厚度的7050厚板表面残余应力均处于较低的水平,随着厚板厚度的增加,表面残余应力略有增大。     

铝合金厚板淬火-预拉伸残余应力的有限元仿真

利用MSC.Marc非线性有限元软件建立了一个淬火-预拉伸模型,并利用该模型对7075铝合金厚板进行了仿真研究。仿真结果表明,对于7075铝合金的最佳拉伸量为2.0%～2.5%,预拉伸后板内残余应力降低幅度可达90%以上,且残余应力分布形式由淬火态的"M"型演变为预拉伸后的"W"型;随着拉伸量的增加铝板内塑性变形合格的区域逐渐增加,可利用预拉伸中的等效应力分布状态确定锯切区。若提供适当的残余应力测试结果,利用有限元仿真模型可有效地揭示铝合金厚板淬火-预拉伸内部残余应力的演变规律。     

试样尺寸对淬火铝合金厚板残余应力的影响

通过测量从淬火铝合金厚板上取出的一定大小的试样以测量原始铝合金厚板的残余应力值作为一种广泛使用的方法,在层削法、裂纹柔度法、X射线衍射法和中子衍射法中均有应用.以层削法为例,针对由于采用不同尺寸的试样而对7075铝合金厚板残余应力测量结果产生的影响进行了仿真分析和实验研究.结果表明,取样的尺寸对铝合金厚板残余应力的测量结果有重要影响.当试样在长宽方向上的尺寸小于2倍的"特征距离"(等于试样的厚度)时,试样将丧失保持原铝合金厚板真实残余应力的能力.测量结果将严重偏离真实值.基于此,在任何针对淬火铝合金厚板的残余应力测量方法中.当需要使用一定大小的试样对原铝合金厚板残余应力进行测量时,都必须保证试样在长宽方向上的尺寸大于2倍的"特征距离".     

X射线衍射法测量铝合金残余应力及误差分析

在介绍了X射线衍射法测量残余应力基本原理的基础上,以7075铝合金板材为实验对象,Photo公司的X射线衍射仪为实验仪器,采用不同的方向和衍射角对水域淬火后的7075铝板的表面残余应力进行测试,对测试结果进行处理并分析了应力产生的原因,提出了针对各种原因的解决方法。发现在单一方向上测量结果的线性和相关性在一端较好,另一端偏差较大,而相反方向时则相反。实验结果表明,从两个方向测定可减少应力测试误差;当测定值2θ的距离差平方和越小,自变量sin2ψ的间距越大,测试点越多且直线性越好,则应力测定误差越小;较长的曝光时间和合适的表面处理可以提高测试精度。     

无损测量铝合金表面残余应力

利用无损X射线衍射技术,测试了经不同表面处理后7075铝合金试样表面残余应力.并将该无损方法的可靠性与精确性优势与中心钻孔法做了比较.结果表明,在测量浅层应力中传统的机械测试方法不适用甚至不可行,而X射线法具有更好的灵活性与精确性.     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析

采用小孔法对不同焊接工艺参数下得到的LY12铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测量和分析.为了消除孔边塑性变形对测量精度的影响,建立了三维有限元法模拟应变释放系数的测量试验,使用基于孔边形状改变比能的A,B系数修正法对盲孔释放系数进行修正.结果表明,接头残余应力呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧;纵向残余应力总是高于横向残余应力,但是横向残余应力并非在零附近,而是有一定的大小,约为焊前母材强度的10.8%;在一定范围内,搅拌摩擦焊接头残余应力随旋转频率先增大后减小,随下压量和焊接速度的增加而增加.     

移去热源前后中高碳钢堆焊温度场和应力场的数值模拟

以中高碳钢60CrMnMo为研究对象,测量了堆焊后的残余应力场.采用有限元分析对热源移去前后堆焊温度场和应力场进行了数值模拟.残余应力场实测结果与模拟结果基本吻合,证明了模型的有效性.温度场模拟获得了不同时刻整个试样的温度分布及试样上各典型截面的温度变化曲线.堆焊16 s后移去热源前后温度场分布有很大差异,堆焊结束后,热量迅速向下表面及周界方向传播.直至180s,试样温度场显现平衡态,传热基本停止,此时温度峰值位于靠近下表面心部,内外温差不大.利用温度场模拟结果模拟了堆焊热源移去前后几个关键时刻的瞬态过程应力.结果表明,应力峰值出现于热影响区与母材区交界面,跃变点前后变化十分显着.     

Prediction and analysis of residual stress and deflections of Almen strip by burnishing

Burnishing is a surface treatment process widely used to improve fatigue and corrosion resistance of metal components by introducing a compressive residual stress layer. However, the measurement of residual stress by X-ray diffraction is expensive, time consuming, and tedious. Hole drilling method is quick and simple, but it is destructive and provides limited resolution in depth direction. This work presents a quick method to determine the nature and magnitude of residual stress by using Almen strips. Inspired by the application of Almen strips in shot peening, the deflection of the burnished Almen strips under different burnishing conditions were measured. In addition, a finite element simulation model has been developed to predict residual stresses and deflection which were compared with the experimental results. Contact conditions with different combinations of sliding and rolling were investigated in the simulations to understand the contact nature in a burnishing process. It was found that the deflection of Almen strip reflects the magnitude and penetration depth into subsurface of the induced residual stress. The contact condition during burnishing is either pure sliding or a mixed mode of sliding and rolling, but not pure rolling.     

基于回归正交试验的浅孔钻钻削的有限元仿真

基于回归正交试验法设计钻削模拟方案,利用最小二乘法原理得到钻削力的经验公式;基于有限元软件Deform3D平台,建立了用浅孔钻钻削加工45钢的有限元模型,动态模拟浅孔钻钻削过程,获得了浅孔钻钻削加工过程中工件的等效应力和温度,分析预测了加工过程中硬质合金刀具所受的主切削力、径向力以及两刀片所受的扭矩,并评估刀片的磨损情况。     

钻孔法中的残余应力场Ⅰ.理论分析

钻孔法测量残余应力时，由于切削力的作用，会在孔口附近产生加工硬化层。硬化层内材料的特性会发生明显变化，从而影响残余应力的释放。通过增大孔口附近区域材料的弹性模量的方式，将硬化层简化为一个异质圆环，利用弹性力学方法求得了无限大板在双向均布载荷作用下钻孔后的释放应力的解析解。应用有限元软件MSC／Patran ＆ Nastran，对304不锈钢板在二向应力状态下的释放应力进行了数值计算，并与文中的解析解进行了比较。结果表明，将硬化层简化为异质圆环的分析模型是有效的，文中推导的解析解是正确的，钻孔法测量残余应力时考虑硬化层的影响会有助于提高测量精度。     

缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元分析

采用直径为2.4 mm的7根分焊丝,其中一根分焊丝（称为中心丝）位于中间,其余6根分焊丝（称为外围丝）围绕中心丝绞合组成直径为7.2 mm的缆式焊丝.试验用22 mm厚DH36船用钢板进行平对接缆式焊丝埋弧焊,采用小孔法对焊接接头进行残余应力测试;基于热弹塑性理论,建立缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元数值分析模型,利用ANSYS软件对缆式焊丝埋弧焊残余应力进行模拟计算.结果表明,缆式焊丝埋弧焊的应力分布特征和幅值与单丝埋弧焊相近,纵向应力在焊缝及近缝区表现为拉应力,应力峰值为363 MPa;横向应力较小,焊缝上下部位呈现拉应力,中间呈现压应力.     

Characterization and residual stresses of WC-Co thermally sprayed coatings

The present investigation has been conducted in order to determine the residual stresses of an as-ground WC-12Co coating of two different thicknesses, by means of two different methods. Firstly, X-ray diffraction techniques, which allowed the determination of the surface residual stresses of the coating by means of the method called “sin²ψ” method. Secondly, an incremental hole drilling technique together with the integral method, which allowed the analysis of the non-uniform through-thickness residual stresses present in the coatings. It has been determined that the surface residual stresses are of a compressive nature, which could be due to the grinding that was applied to the coatings in order to achieve the desired thicknesses. On the contrary, the results of the incremental hole drilling tests indicated that the through-thickness residual stress distributions are not uniform and are characterized by the presence of tensile peak stresses, at depths in the range of ~ 50-125 μm. Such stresses were observed to decrease towards the coating-substrate interface where the compressive component of the stress state becomes greater than the tensile component. It has been found that the mean residual von Mises stress is higher in the thinner coating than in the thicker one, of approximately 180 and 107 MPa, respectively.     

金刚石薄膜残余应力的X射线透射测量法

用X射线衍射透射法测量了不同沉积工艺CVD自支撑金刚石薄膜的残余应力，并对应力测试结果进行初步分析。与常规法相比，透射法直接测量薄膜表面不同方向的正应变，计算出正应力值，不需要复杂的转换计算，测量过程简捷、准确，克服了常规法的不足，有利于推动薄膜残余应力的研究。