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《西安科技大学》 2019年
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基于压痕实验的304奥氏体不锈钢残余应力测试方法研究

宋锐寒  
【摘要】:焊接接头材料304奥氏体不锈钢在机械加工过程中,外力和温度变化引起的不均匀变形会导致残余应力的产生,由于残余应力对机械结构安全有着重大的影响,所以寻求一种便捷、安全、有效的残余应力检测方法显得至关重要。压痕法具有操作简单、快捷、微损的优点,在材料的力学性能测量方面得到较为广泛的应用。本文运用数值模拟与物理实验相结合的方法探究残余应力对压痕响应参量的影响,建立了残余应力与几种压痕响应参量的关系,进而建立起一种基于压痕实验的残余应力测试新方法。完成的主要工作及取得的成果如下:(1)以压痕实验基本原理和弹塑性接触力学为基础建立起压痕实验的有限元模型,用无残余应力下的压痕实验,验证了有限元中材料模型、几何模型、力学模型的正确性,推导出数值模拟时的材料压痕硬度的计算公式。(2)分析了材料力学参量和接触面摩擦系数,对压痕实验的影响。研究了屈服强度、硬化指数、偏移系数对压痕区力学场的影响。得出接触摩擦系数为0.2时数值模拟结果最符合实际情况。(3)以有限元模型为基础探究残余应力与压痕硬度、载荷-深度曲线、压痕凸起量、压入载荷等力学参量的关系。得出残余应力对压痕硬度,压痕凸起量,最大载荷的影响均存在明显的非线性效应,拉残余应力对几种压痕响应参量的影响大概在11%左右,压残余应力对几种压痕参量的影响在4%之内。(4)利用螺纹自锁原理,设计了一套单向残余应力加载装置,以预应力模拟残余应力,实现了试样在不同拉伸与压缩残余应力加载下的压痕硬度实验,得出拉残余应力使压痕硬度降低,压残余应力使压痕硬度增大,并且相对于压残余应力而言,压痕硬度值对拉残余应力的变化更为敏感,物理实验与数值模拟的结果也基本吻合。
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