[发明专利]一种α+β型钛合金的X射线残余应力测算方法

说明书

本发明公开了一种α+β型钛合金的X射线残余应力测算方法，包括采用扫描电子显微镜‑电子背散射花样技术分别确定α+β型钛合金中α相的体积分数α％以及β相的体积分数β％、对α+β型钛合金构件测量点采用多靶材多参数X射线衍射sin²ψ法进行α相和β相的残余应力和残余应力误差测量以及通过公式计算α+β型钛合金构件测量点处的残余应力值为σ_m±Δσ_m。本发明通过一整套系统的测算方法，提高了α+β型钛合金构件中残余应力测量的准确度，能够实现对α+β型钛合金构件中残余应力的科学计量，为α+β型钛合金构件设计计算和疲劳寿命分析提供可靠数据。

技术领域

本发明涉及残余应力检测领域，具体涉及一种α+β型钛合金的X射线残余应力测算方法。

背景技术

X射线衍射sin²ψ法是一种广泛应用的残余应力无损测试方法，其基本原理是：当试样中存在残余应力时，对应的晶面间距将发生变化，当发生X射线布拉格衍射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且移动距离的大小与应力大小相关。当晶格间发生X射线衍射时，根据布拉格方程和广义胡克定律，可得应力计算方程：

σ＝KM (1)

式中：K为X射线应力常数，单位为ψ为方位角，它是衍射晶面法线和试样表面法线之间的夹角；M为不同ψ方向对应的衍射角位置2θ_ψ与sin²ψ直线关系的斜率；θ₀为无应力状态下的衍射角；E为材料的弹性模量；v为材料的泊松比；hkl为选定衍射晶面的晶面指数，2θ_ψ为应力状态下X射线衍射角。

由上述理论可知，X射线衍射sin²ψ法测量残余应力时，测量结果与材料晶体结构和衍射晶面密切相关，当晶体结构和衍射晶面不同时，对应的X射线应力常数K也不同，因而针对不同类型的材料，所采用的X射线靶材和测量参数也不相同。在残余应力检测领域，盲孔检测法通过在试件上钻孔获得残余应力测试结果，检测结果不受材料晶体结构和衍射晶面参数影响，数据检测精度较高，因此在新材料的X射线衍射sin²ψ法研究过程中，通常采用盲孔检测法的结果作为对照，验证X射线衍射sin²ψ法的检测准确性。在残余应力检测的实践中发现，当材料的晶体结构复杂，存在多个合金相且合金相占比接近时，采用X射线衍射sin²ψ法的检测结果与盲孔检测法的结果存在显著差异，需要对X射线衍射sin²ψ法的检测结果进行修正和重新计算。由于盲孔检测法需要在检测对象上钻孔，会对零件产生破坏，造成检测后的零件无法使用，因此在α+β型钛合金残余应力检测领域，对无损的X射线衍射sin²ψ法有强烈的改进需求。

α+β型钛合金是一类应用广泛的航空材料，在我国钛合金牌号命名规范中，α+β型钛合金被命名为“TC”系列钛合金，常见的牌号有：TC4(名义化学成分Ti-6Al-4V)，TC11(名义化学成分Ti-6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si)，TC17(名义化学成分Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)等。由于TC系列钛合金组分复杂，因此在该类合金中存在两种不同晶体结构的相，分别为α相和β相。研究表明，α相具有密排六方晶体结构(hcp)，常见的典型形貌有等轴状、针状、片状等；β相具有体心立方结构(bcc)，常见的典型形貌有小岛状、弥散状等。在TC系列钛合金中，α相和β相共同存在，且这两相占比接近，在残余应力检测时无法忽略两相共生的影响，这使得常规的X射线残余应力检测方法和操作流程不能获得真实可靠的残余应力测量结果。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的缺陷，为测量α+β型钛合金试样中的残余应力，提供一种α+β型钛合金的X射线残余应力测算方法，基于合金晶体结构特点，通过X射线衍射测算真实反映试样中的残余应力大小。