《金属材料+残余应力测定+压痕应变法gbt+24179-2023》详细解读

《金属材料残余应力测定压痕应变法gb/t24179-2023》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4符号和说明5原理6测量设备和材料7测量步骤8应力计算函数的确定contents目录9试验报告附录A(规范性)不同测量条件下的应力计算方法附录B(资料性)与母材强度不匹配的焊缝应力计算方法附录C(资料性)应变函数的数值标定方法参考文献011范围适用对象本标准适用于金属材料残余应力的测定。适用于各类金属材料，包括钢铁、有色金属等。采用压痕应变法进行残余应力的测定。通过测量压痕引起的局部应变，推算出材料的残余应力。测定方法适用领域本标准适用于制造业、航空航天、汽车、船舶等行业的金属材料残余应力测定。对于需要了解材料内部应力状态、预测材料性能和寿命的场合，本标准具有重要的应用价值。022规范性引用文件国家标准GB/T703紧固件表面缺陷螺栓、螺钉和螺柱一般要求01GB/T18254高碳铬轴承钢技术条件02GB/T228.1金属材料拉伸试验室温试验方法03GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备04行业标准JB/T5000.1重型机械通用技术条件：产品检验JB/T9149.1冶金设备用液压缸技术条件010203ISO6892-1:2016金属材料室温拉伸试验方法ASTME8/E8M-16a金属材料拉伸试验的标准试验方法EN10002-1:2001金属材料拉伸试验第1部分：室温下的试验方法国际及国外先进标准残余应力测试的相关标准和规范，如ASTME837等计量和测试技术的相关标准和规范，如JJG623等金属材料的相关标准和规范，如GB/T3077合金结构钢等注：以上列举的标准和规范可能并不全面，具体应根据实际情况和需要进行补充和完善。同时，对于特定应用领域的金属材料，还应参考该领域内的相关标准和规范。其他相关标准033术语和定义残余应力是指在无外力作用下，材料内部自相平衡的内应力。定义它通常是由于材料在加工、热处理、焊接等过程中产生的不均匀塑性变形所导致的。产生原因残余应力对材料的疲劳强度、抗腐蚀性、尺寸稳定性等性能有重要影响。影响3.1残余应力010203定义压痕应变法是一种通过测量材料在压痕过程中的应变来推算残余应力的方法。原理优点3.2压痕应变法利用硬质压头在金属表面压入一定深度，由于压痕周围材料的约束作用，使得压痕区域产生应变，通过测量该应变可以推算出残余应力的大小和方向。该方法具有操作简单、快速、无损检测等优点。定义金属材料通常分为黑色金属和有色金属两大类，其中黑色金属以铁、铬、锰及其合金为主，有色金属则是以铝、铜、镁等及其合金为主。分类应用金属材料在各个领域都有广泛应用，如建筑、机械、电子等领域。金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电和传热等性质的材料。3.3金属材料3.4相关术语应变物体在受到外力作用时产生的相对变形量。描述材料在弹性阶段应力与应变之间关系的物理量。弹性模量材料在受到外力作用后产生不可恢复的变形。塑性变形044符号和说明4.1符号表示残余应力表示压痕应变表示压头的硬度系数表示最大压入载荷表示材料的硬度σrEphcPmaxhmσrEp材料的硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力，它与材料的强度、耐磨性等性能密切相关。hm最大压入载荷是指在压入过程中施加在压头上的最大载荷，它对压痕的深度和形状有重要影响。Pmax压头的硬度系数是一个重要的参数，它反映了压头在压入过程中对材料硬度的影响。hc残余应力是指在无外力作用下材料内部保留的应力，它会影响材料的力学性能和尺寸稳定性。压痕应变是指在压入过程中，压头在材料表面形成的压痕所引起的局部应变。4.2符号说明123本标准中使用的所有符号和单位均符合国际标准和国家标准的规定。在进行残余应力测定时，应严格按照本标准规定的步骤和方法进行操作，以确保测量结果的准确性和可靠性。对于不同类型的金属材料，其残余应力的测定方法和数据处理方式可能有所不同，因此在实际操作中应结合具体情况进行灵活应用。4.3其他说明055原理5.1残余应力的产生金属材料在加工、热处理、焊接等过程中，由于不均匀的塑性变形、温度梯度和相变等因素，导致材料内部产生残余应力。残余应力是材料在无任何外部载荷作用下，存在于材料内部的自相平衡的内应力系统。5.2压痕应变法测量原理由于材料内部残余应力的存在，压痕周围的材料会发生相应的应变响应，这种应变响应可以通过特定的测量设备进行捕捉和分析。在压痕过程中，压头对材料表面施加一定的压力，使材料发生局部塑性变形，从而形成一个微小的压痕。压痕应变法是通过在金属材料表面制造一个微小的压痕，利用压痕周围材料的应变响应来推算材料内部的残余应力。0102035.3测量设备的要求压痕应变法测量残余应力需要使用高精度的测量设备，包括压痕仪、应变测量仪等。01这些设备需要具备高灵敏度、高分辨率和高稳定性等特点，以确保测量结果的准确性和可靠性。02此外，测量设备还需要进行定期的校准和维护，以保证其长期使用的稳定性和准确性。035.4数据分析与处理通过压痕应变法测量得到的原始数据需要进行一系列的数据分析和处理，才能最终得到材料内部的残余应力值。数据分析过程包括数据滤波、平滑处理、曲线拟合等步骤，以消除测量误差和噪声对结果的影响。处理后的数据需要根据特定的算法和模型进行计算和推导，最终得到残余应力的具体数值和分布情况。066测量设备和材料01仪器化压入设备用于实施压痕操作，并具备高精度力传感器和位移传感器，能够实时监测和记录压痕过程中的力和位移数据。6.1测量设备02残余应力分析仪用于根据压痕数据计算残余应力值，应具备高精度数据处理和分析能力。03辅助设备包括用于试样夹持、定位、表面处理的设备，以及用于确保测量环境稳定的温控设备等。标准试样应符合相关国家或行业标准，用于校准测量设备和验证测量方法的准确性。01.6.2材料被测试样实际待测的金属材料，其形状、尺寸和表面处理状态等应符合测试要求。02.消耗品包括用于压痕的硬质合金压头、用于表面处理的磨料和抛光剂等，应选用质量稳定、性能可靠的消耗品，以确保测量结果的准确性。03.077测量步骤根据实际需求，在金属材料上选定合适的测量点，并确定测量方向。确定测量点和测量方向对测量点进行打磨、抛光等处理，以确保表面平整、无杂质，便于后续测量。表面处理检查并校准测量仪器，确保其处于良好工作状态。仪器准备7.1准备工作安置测量仪器将测量仪器稳定安置在选定的测量点上，确保仪器与金属材料表面紧密贴合。设定测量参数根据金属材料的性质和测量需求，设定合适的测量参数，如压入深度、加载速率等。进行压痕试验启动测量仪器，对金属材料进行压痕试验，记录试验过程中的相关数据。0302017.2实施测量对提取的数据进行处理，如计算压痕应变、残余应力等。数据处理根据处理后的数据，分析金属材料的残余应力分布情况，评估其性能和使用寿命。数据分析从测量仪器中提取试验数据，包括压痕深度、压痕直径等关键参数。数据提取7.3数据处理与分析编写报告将测量结果、数据处理方法和分析结论整理成报告，以供后续参考和使用。结果讨论7.4结果报告与讨论对测量结果进行讨论，提出改进意见和建议，以提高金属材料的性能和使用寿命。同时，也可以为相关标准和规范的制定提供依据。0102088应力计算函数的确定弹性力学理论基于弹性力学的基本原理，通过测量压痕引起的材料表面应变，推算出残余应力的大小和方向。应力与应变的关系在弹性范围内，应力与应变之间存在线性关系，因此可以通过测量应变来推算应力。8.1应力计算的基本原理VS在推导应力计算函数时，通常假设金属材料为线弹性体，即应力与应变之间呈线性关系。利用有限元方法通过有限元方法模拟压痕过程，分析压痕周围的应力分布和应变情况，从而推导出应力计算函数。假设材料为线弹性体8.2应力计算函数的推导8.3应力计算函数的验证与优化优化调整根据实验结果对计算函数进行优化调整，提高其计算精度和适用范围。实验验证通过实验测量已知残余应力的试样，利用推导出的应力计算函数进行计算，并与实际测量值进行比较，验证计算函数的准确性。该应力计算函数适用于一定范围内的金属材料残余应力测定，但具体适用范围需根据实验验证结果确定。应用范围在使用应力计算函数时，需要注意其限制条件，如材料的线弹性范围、压痕深度与直径的比值等，以确保计算结果的准确性。限制条件8.4应力计算函数的应用范围与限制099试验报告试验基本信息试验方法与设备试样信息试验结果包括试验单位、试验日期、试验人员等基本信息，确保试验的可追溯性。明确所采用的压痕应变法具体步骤、操作参数以及所使用的设备型号和校准情况。详细描述试样的材料、规格、状态及制备过程，为结果分析提供基础数据。详细记录压痕深度、压痕直径等关键数据，以及根据这些数据计算得到的残余应力值。9.1报告内容与理论值对比将试验测得的残余应力值与理论计算值或设计值进行对比，分析差异原因。影响因素分析探讨材料性质、加工工艺、热处理等因素对残余应力的影响，为优化工艺提供参考。残余应力分布情况根据试验结果，分析试样内部残余应力的分布特点，如是否存在应力集中现象。9.2结果分析与讨论试验结论总结试验的主要发现，明确试样中残余应力的状态及其对材料性能的可能影响。9.3结论与建议改进建议针对试验中暴露出的问题，提出具体的工艺改进建议或材料优化方向。后续研究方向根据试验结果和分析，提出未来可进一步深入研究的课题或方向。10附录A(规范性)不同测量条件下的应力计算方法A.1一般原则应力计算应基于压痕应变法的测量原理。01应考虑材料的弹性模量、泊松比等物理参数。02根据不同的测量条件，选择适当的应力计算公式。03010203在均匀应力场下，可采用简化的应力计算公式。公式中涉及的参数应通过试验确定，以保证计算准确性。应考虑测量点的位置和数量，以获得具有代表性的应力值。A.2均匀应力场下的应力计算123在非均匀应力场下，需采用更复杂的应力计算公式。应结合有限元分析等方法，确定测量点的应力分布。可通过插值或外推等方法，获得整个区域的应力分布。A.3非均匀应力场下的应力计算A.4特殊情况下的应力计算必要时，可进行专项试验，以确定特定条件下的应力计算方法。应根据实际情况，选择合适的计算方法和修正系数。对于某些特殊情况，如材料存在缺陷、温度变化等，需进行特殊处理。01020311附录B(资料性)与母材强度不匹配的焊缝应力计算方法焊缝与母材的强度不匹配时，应考虑焊缝金属和母材之间的强度差异。焊缝应力计算需基于材料力学性能和焊缝几何形状。应考虑焊接过程中产生的残余应力对焊缝应力的影响。焊缝应力计算的基本原则010203焊缝应力的计算方法0302采用有限元分析方法，模拟焊接过程中的温度场和应力场。01结合材料的强度参数，评估焊缝的应力状态和安全性能。根据模拟结果，计算焊缝及其附近区域的应力分布。焊缝应力计算的注意事项需准确获取焊缝和母材的材料性能参数。01模拟过程中应考虑焊接顺序、焊接速度和焊接温度等因素。02对于复杂焊缝结构，应采用更精细的有限元模型进行模拟。03010203优化焊缝结构设计，减少应力集中现象。选择合适的焊接材料和工艺参数，降低焊接残余应力。对焊缝进行必要的热处理或机械处理，以进一步降低残余应力。焊缝应力优化的建议措施12附录C(资料性)应变函数的数值标定方法确定压痕应变范围根据实验需求和金属材料的特性，确定压痕应变的范围。准备标准试样选择具有代表性的金属材料制成标准试样，确保其尺寸、形状和表面状态符合实验要求。进行压痕实验在标准试样上进行压痕实验，记录压痕深度和对应的应变值。数据处理将实验数据输入计算机，利用相关软件绘制压痕深度与应变之间的关系曲线。标定应变函数根据实验数据，通过数学方法拟合出压痕深度与应变之间的函数关系，即应变函数。标定步骤0102030405保证试样的代表性选择的标准试样应能代表实际使用的金属材料，以确保标定结果的准确性。标定注意事项0