[发明专利]小曲面齿轮根部喷丸层残余应力的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种曲面齿轮根部残余应力检测的方法，具体地说，是一种X射线衍射测量曲面齿轮根部残余应力的方法。用于材料分析测试技术领域。

背景技术

在材料生产、处理或加工过程中，由于材料的局部区域产生了不均匀性的塑性变形从而在材料中产生了残余应力。适当的残余应力分布可以成为工件服役的有利因素。齿轮的加工制造过程非常复杂，在满足齿轮几何形状和尺寸的要求之外，可通过喷丸强化技术向齿轮根部表层引入残余压应力场以及加工硬化，以提高其疲劳寿命。同时为了确保齿轮的制造质量，需要检测和控制其生产中各工序间的残余应力值。特别是在齿轮失效分析过程中，需要准确测定失效齿轮的残余应力。

X射线衍射技术，理论基础比较严谨，实验技术日渐完善，无需破坏试样是目前测定喷丸后残余应力及其分布的有效方法。然而该方法在测量曲面齿轮根部残余应力时，存在许多技术困难。例如X射线照射区域的曲面衍射效应以及照射点的位置偏移等，上述因素会导致错误的测定结果。

经对现有技术文献的检索发现，M.Guagliano等人在《Engineering Failure Analysis，2002，Vol.9，No.2，pp147-158》(工程失效分析，2002年，9卷，第2期，第147-158页)发表了“Contact fatigue failure analysis of shot-peened gears”论文，研究了喷丸处理后，齿根表层残余应力对齿轮疲劳寿命的影响，指出喷丸后的残余应力值是检测喷丸效果的一个重要指标。P.J.Withers等人在《Materials Science and Technology，2001，Vol.17，No.4，pp355-365》(材料科学与技术，2001年，17卷，第4期，第355-365页)上发表了“Overview-Residual stress Part 1-Measurment techniques”论文，研究总结了X射线衍射法测量残余应力的方法以及不足，如果检测试样表面不平整，传统X射线衍射法测量残余应力的结果将会产生较大误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小曲面齿轮根部喷丸层残余应力的检测方法，该方法通过测定曲面齿轮根部在X射线残余应力测量中的曲面衍射效应，拟采用限制X射线照射宽度的方法克服该效应的不利影响，其目的是能够正确评价曲面齿轮根部切向残余应力，确保应力测量精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

小曲面齿轮根部喷丸层残余应力的检测方法，包括以下步骤：

(1)对曲面齿轮根部进行喷丸处理，并且测量出齿轮的曲率半径；

(2)依据齿轮所用材料选择具体的X射线残余应力测量参数；

(3)制作不同尺寸的衍射矩形挡板，测量在不同尺寸挡板下齿轮根部残余应力值；

(4)绘制残余应力值随矩形挡板宽度的变化规律图，利用曲线拟合，最终确定平稳区，从而获得残余应力值。

步骤(1)利用气压式喷丸机对曲面齿轮根部进行喷丸处理，对于低强度材料，喷丸强度应介于0.1～0.2mmA(Almen试片弧高)，中等强度材料应介于0.2～0.5mmA，而对于超高强度材料，喷丸强度应大于0.5mmA，喷丸时间30～90秒。

步骤(2)为材料X射线残余应力测量参数设置，其工作原理是，X射线照射在晶体材料表面时，当衍射方向与衍射晶面符合布拉格衍射方程时，相应的衍射峰就会出现加强。如果材料中存在残余应力，则衍射峰的位置将会出现偏移。通过测量不同方位角Ψ下衍射峰位偏移量，最终获得材料的残余应力值。在测量过程中通过滤波片过滤Ka2衍射线，确保衍射X射线的单色性，从而保证了测量结果的可靠性。

步骤(2)选择具体的X射线残余应力测量参数时，依据不同的测试材料选择高角衍射晶面，对于奥氏体钢，选择Mn-Kα辐射，Fe(311)衍射晶面，Cr滤波片，对于普通碳钢，选择Cr-Kα辐射，Fe(211)衍射晶面，V滤波片。