[发明专利]一种基于位错密度的振动时效效果的无损评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种基于位错密度的振动时效效果的无损评价方法。

技术背景

振动时效技术因为具有设备简单、处理时间短、处理效果好等特点而成为备受关注的残余应力消除技术。振动时效技术的效果评价是振动时效技术领域的关键问题之一。目前振动时效技术的效果评价方法主要包括：参数曲线评定法、残余应力测量法和精度稳定性检测法。

(1)参数曲线评定法

参数曲线评定法是根据振动时效过程中参数发生有规律的变化现象总结出来的，能够对振动时效的效果进行定性评价，所用的评价准则主要包括：振动时效过程中振幅时间曲线出现上升后变平以及上升后下降然后变平；振动时效处理后扫频曲线的共振峰值比振动时效处理前升高；振动时效处理后扫频曲线的共振频率比振动时效处理前降低；振动时效处理后扫频曲线的带宽比振动时效处理前变窄。

(2)残余应力测量法

为了准确的评价振动时效消除残余应力的效果，就需要准确地评估工件振动时效前后的残余应力，然而工件表层的残余应力分布情况，特别是一些复杂工件表层残余应力的分布状态，很难采用理论计算的方法进行分析求解，所以采用实验测量的方法评估工件表层残余应力的大小具有重要的现实意义。目前残余应力的实验测量方法主要包括：有损的机械测量法和无损的物理测量法，能够定量的评估工件振动时效处理前后的残余应力。机械测量法主要包括小孔法、切条法等；物理测量法主要包括X射线法、超声波法等。

(3)精度稳定性检测法

精度稳定性检测法是通过检测工件振动时效处理后的精度来评价振动时效技术的效果，能够对振动时效技术的效果进行定性评价，主要包括长期放置精度法、加动载荷后精度法等。长期放置精度法是将经过振动时效处理后的工件长期放置并且定期检测工件的尺寸稳定性，具体操作流程是在放置15天时第一次检测，以后每隔30天检测一次，总的放置时间应该在半年以上；加动载荷后精度法是检测经过振动时效处理后的工件在动载荷作用后的尺寸精度的变化量。

为了丰富振动时效效果的评价方法，本发明提出一种基于位错密度的振动时效效果的无损评价方法。

发明内容

为了丰富振动时效效果的评价方法，本发明提出一种基于位错密度的振动时效效果的无损评价方法。

基于位错密度的振动时效效果的无损评价方法，包括以下步骤：

(1)、制备具有初始残余应力的试样；

(2)、采用X射线衍射仪测试试样振动时效处理前的X射线衍射图谱；

(3)、对试样进行振动时效处理；

(4)、采用X射线衍射仪测试试样振动时效处理后的X射线衍射图谱；

(5)、分析试样振动时效处理前后的X射线衍射图谱，得到试样振动时效处理前后的位错密度。

通过分析X射线衍射图谱得到位错密度的基本原理为：

为了研究振动前后试样内部位错密度的变化规律，采用Williamson-Hall(WH)法计算振动时效前后试样内部的位错密度。WH法是基于X射线衍射峰宽化效应来推导位错密度的控制方程。X射线衍射峰宽的变化主要由材料中的晶格畸变和晶粒细化引起的，对于晶格畸变和晶粒细化引起的衍射峰宽的变化分别为

式中：δ_s为晶格畸变引起的衍射峰宽的变化，δ_d为晶粒细化引起的衍射峰宽的变化，ε为应变，θ为衍射角，d为平均的晶粒尺寸，λ为X射线的波长。由方程(1)可知，当材料内同时存在晶格畸变和晶粒细化时，衍射峰宽的变化可以表示为

对方程(2)进一步处理，可以得到衍射峰宽与应变之间的关系，即WH方程

式中：α为数值常量。当衍射峰宽δ取积分宽度时，α取值为1；当衍射峰宽δ取半高宽时，α取值为0.9。

定义如下的变量K和ΔK

式中：Δ2θ为衍射峰宽，可以取积分宽度或半高宽，衍射角θ的单位为弧度，因此变量K和ΔK的取值可以通过分析X射线衍射图谱来获得。将方程(4)代入方程(3)，可以得到求解应变ε的控制方程

将求解出的应变ε代入如下的位错密度控制方程，即可以求解出材料内部的位错密度大小

式中：b为伯格斯矢量的大小。通过分析材料的X射线衍射图谱，可以求解出方程(4)定义的变量K和ΔK，通过曲线拟合的方式可以求解出方程(5)中的应变ε，最后将求解出的应变ε代入方程(6)可以求解出材料内部的位错密度。