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1、基于显微压入硬度试验的残余应力测定方法周崎，戴华（广东检验检疫局技术中心，广州，510623）摘要：本文将显微压入硬度试验应用到非均匀组织中残余应力的测定，从理论上推导和研究了组织中微区残余应力分布与其显微硬度的关系，并给出了计算残余应力的公式。关键词：显微压入硬度试验，残余应力，计算公式AnewmethodforestimatingresidualstressesbyMicroindentationhardnesstestingZhouQi,DaiHua（GuangdongInspectionandQuarantineBureauTechnicalCent
2、er,Guangzhou,510623,China）Abstract:Inthepresentresearch,anewmethodwasdevelopedformeasuringtheresidualstressofthematerialbymicroindentationhardnesstesting.Therelationshipbetweenresidualstressandmicrohardnesswasstudied,andaformulawasgivenatlast.Keywords:Microindentationhardnesstestin
3、g,residualstresses,calculatingformula显微压入硬度试验（Microindentationhardnesstesting,以下简称显微硬度试验）是工程上常用的材料性能测试手段，实施方便，测量所得显微便度是定量表示材料抵抗变形能力的一个参量⑴，可以从一定程度上有效地反应材料的力学性能。残余应力（Residualstress）是普遍存在于各种零部件之中的应力，会对零部件的使用造成较大的影响。以前的学者已经发展了很多测量残余应力的方法，用的比较多的有钻孔法、X・ray衍射法等，不过这些方法或者对试样有一定损伤，或者实施起来很麻烦，
4、不适合于现场操作；或者只能适用于一定的范围，比如只能是宏观残余应力的测试等等。针对这样的情况，国外一些学者发展了种利用显微压入便度试验测定残余场的全新方法2铁其基本原理为：残余应力（应变）场与压头导致应力场的叠加导致显微硬度压痕的大小和形状产生一定的变化，考察这个变化就可以反过来求得残余应力的数值。收稿日期：2006-07-18作者简介：周崎（1974-）,男，工程师，硕士。1基本定义式一般比较常用的显微硬度试验是维氏硬度试验，所以我们对于公式的叙述以及推导中都使用维氏压头。维氏硬度压入试验的示意图如图3b,压头两相对锥面的夹角为136。，假设压入深度为h,
5、给岀硬度H（单位MPa）的定义为压入过程中的平均压力，如下：PH=—（1）A其中P表示压入试验中所施加的压力，单位是N；A表示实际的投影面积，单位是mm2o同时引入一个参量：而积比C?（无量纲），其定义如下⑷：。2=丄（2）ACnom其中A的意义同硬度的定义式；Agm表示名义投影面积（nominalprojectedarea）,其含义是指不考虑压入过程中的凸起（pile-叩）或者凹陷（sink・in）现象时压痕的投影面积，参见图3a。HVcos22°(3)图3基本参量及显微破度试验示意图要指出的是式1的硬度定义式所使用的是Meyer硬度⑴，和一般工程上用的维
6、氏硬度HV的定义不太一样，后者只是一个经验式，其分母使用的是接触面积,也就是压痕棱锥的侧表面积。如果进行换算的话有如下关系：图4显微硬度试验结果与A的关系示意图2公式推导2.1A参数的引入由于在推导显微硬度测定残余应力的公式时，总是要将存在残余应力的实际材料和没有残余应力的原始材料(Virginmaterial)做比较，所以先考察在原始材料上所做的硕度试验所得到的一些结论。Johnson，"提岀，在理想弹塑性材料上所进行的显微硕度测试的结果可以归纳成三个阶段，任何结果必居其一。他同时也提出了划分这三个阶段的一个参数A,并给出了公式：(4)aEtan6A=〒/
7、丫(1一0)上式中E是杨氏模量，是泊松比，<7丫是流变应力(flowstress),0是压头与材料未变形表面之间的夹角，对于维氏压头来说0=22°o这三个阶段示于图4中。A53代表阶段1,此阶段只有很小的塑性变形发生，可以作为弹性问题进行分析。330是第3阶段，大多数的工程上的金属和合金都属于这一阶段，此阶段整个压头和试样的接触区域由刚塑性(rigid-plastic)条件占主导地位，弹性变形不再对硬度值有丝毫的影响。同时图4也显示了c?值与ln(A)之间关系曲线，从这个关系曲线我们可以得出用于计算c?的公式
8、，下面将会详细论及。2.2没有残余场时硬度H的计算式
