[发明专利]一种4J33可伐合金第二类残余应力的测试方法

说明书

本发明公开一种4J33可伐合金第二类残余应力的测试方法，涉及分析仪器及材料测试技术领域，包括：将退火态无应力试样以及预加等双轴已知应力的试样装入纳米压痕仪，以待测点为圆心，以2倍晶粒平均尺寸为半径，对进入标记圆内的晶粒进行纳米压痕实验，得到标记圆中每个晶粒内压入的所有压痕数据；分别对标记圆中每个晶粒内压入的所有压痕数据取平均值，得到标记圆中每个晶粒对应的压痕数据平均值；对标记圆中所有晶粒对应的压痕数据平均值加和后再求平均值，得到标记圆中所有晶粒对应的压痕数据平均值，将其代入残余应力的计算模型中，得到第二类残余应力。本发明可有效减小晶粒取向差异对纳米压痕法残余应力测试精度的影响。

技术领域

本发明涉及分析仪器及材料测试技术领域，特别是涉及一种4J33可伐合金第二类残余应力的测试方法。

背景技术

按照残余应力分布范围大小，通常把残余应力分为三类：第一类残余应力存在于变形体各区域之间；第二类残余应力存在于各晶粒之间；第三类残余应力存在于晶粒内部。目前研究较多的是第一类残余应力，而第二类、第三类残余应力的研究相对较少。纳米压痕法是一种用于测量材料硬度、弹性模量等力学性能的有效方式。由于其适用于微纳米尺度且几乎无损的测量方式，纳米压痕法在金属第二类残余应力测试中具有明显的技术优势。

在多晶体材料的纳米压痕实验中，虽然其晶粒取向可能在整体上呈现出来的为各向同性，但是局部微观上各相邻晶粒仍然是各向异性的。研究已经表明，晶粒取向的差异可能会导致不同晶粒内得到的力学性能及残余应力测试结果存在明显差异。因此，当晶粒尺寸较小时，许多纳米压痕实验会选取较大的压入深度或压入载荷，压痕直径达到十几至几十微米，使压痕跨越几个甚至十几个晶粒以避免晶粒取向带来的误差。

然而，当待测试样的晶粒尺寸较大，达到几十微米以上时，压痕尺寸只能为晶粒尺寸的量级或大小甚至远远小于晶粒尺寸，显然以上的测试方式并不能通过使压痕跨越多个晶粒来避免晶粒间的变化对实验的影响。另一方面，对于薄膜材料或涂层材料，在进行纳米压痕实验时，为了避免基底效应，一般情况下压入深度被规定不能超过材料厚度的十分之一，这时压入深度或压入载荷的大小就受到了限制。此外，在利用纳米压痕法测量工件残余应力时，多数的计算模型如Suresh模型、Lee模型等需要无应力试样作为参考，并利用有无应力时压痕数据如载荷位移曲线、接触面积等的差异用于残余应力的计算。对多晶体材料来说，如果压痕只能落在一个晶粒内，那么两种应力状态的压痕所处的晶粒不是同一种晶粒取向的可能性是非常大的，其压痕数据的差异性很有可能受到晶粒取向不同的影响。

而退火态4J33可伐合金就是一种晶粒尺寸较大的多晶体材料，晶粒之间的取向随机，差异较大。其平均晶粒尺寸达到50μm左右，当使用低载尖压头对4J33可伐合金进行纳米压痕实验时，压痕半径仅为1μm左右，其压痕尺寸是远远小于平均晶粒尺寸的，因此对有无应力的试样只在单个晶粒内进行纳米压痕实验，得到的残余应力计算结果受晶粒取向差异的影响是很大的。

因此对于退火态4J33可伐合金这样的材料来说，若采用常用的测试方法，晶粒取向差异对纳米压痕法残余应力测试精度的影响较大，可能对纳米压痕实验测量材料力学性能及残余应力等应用带来很大的误差。因此，对4J33可伐合金多晶体材料的纳米压痕法测量材料力学性能以及残余应力需要新的测试方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种4J33可伐合金第二类残余应力的测试方法，可有效减小晶粒取向差异对纳米压痕法残余应力测试精度的影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种4J33可伐合金第二类残余应力的测试方法，所述测试方法包括：

对待测试的4J33可伐合金的样品进行处理，得到退火态无应力试样以及预加等双轴已知应力的试样；