残余应力测量研究现状综述_刘倩倩

热喷涂涂层残余应力分析及研究进展分析了热喷涂涂层中残余应力产生的起因，总结了涂层残余应力的测量方法，并提出了进一步展望，对涂层残余应力的研究具有重要的意义。

标签：热喷涂；残余应力；测量方法随着新工艺和新材料的不断开发和应用，热喷涂涂层正在越来越多的领域发挥着耐腐蚀、耐磨损、耐高温等作用，极大地提高了零件的使用寿命。

但是，热喷涂过程中由于涂层与基体之间存在较大的温度梯度和物理特性差异而造成的残余应力，严重地影响涂层的使用寿命。

因此，热喷涂涂层中残余应力的研究有着十分重要的意义。

1.残余应力的产生原因由于热喷涂材料制备工艺涉及高温、大温变或高升温率等环节，材料成晶中必然存在大于通常的机加工的残余应力。

其残余应力与等离子体状态、基体和粉末的性能、样品的几何尺寸和形状、约束方式、材料微结构、温度、瞬态效应和耦合效应以及工作环境等诸多因素有关。

主要原因可以归纳为以下三个方面：1.1本征应力在等离子喷涂过程中当熔融的喷涂颗粒高速运动撞向基体时，颗粒从熔融温度降到基体温度或前一涂层温度时快速冷却、急剧收缩，造成材料的变形，材料的相变和状态变化的不均匀引起残余应力，这种残余应力是等离子喷涂涂层沉积过程中所固有的，为涂层的本征应力。

如图1所示：式中，αd是沉积物的热膨胀系数，E0是室温下涂层材料的弹性模量，ΔT′是喷涂材料熔点同基体温度的差值。

1.2热失配应力喷涂材料和基体材料热物理系数的差异是造成涂层残余应力的另外一种因素。

在沉积过程中喷涂材料与基体材料的热膨胀系数和弹性模量不同，在喷涂过程完成后涂层和基体冷却到室温时产生的一种热不匹配应力。

同时在等离子喷涂涂层沉积过程中，温度的改变、应力弛放过程化学成分的变化以及相结构的变化均可引起残余应力的变化。

如图2所示：式中，EC是涂层的弹性模量，αc和αs分别是涂层和基体的热膨胀系数，ΔT 是温度差值。

1.3 热梯度效应热喷涂材料制备工艺的主要特点之一是瞬态喷射。

即被等离子体射流加热熔化的高温粉末熔滴瞬间内高速喷射到基体表面上，在沉积层中产生热梯度，与非弹性效应一样，热梯度现象也产生残余应力。

中子衍射测残余应力
中子衍射测残余应力——一种非破坏性测试技术
中子衍射测残余应力是一种非破坏性测试技术，可以用于测量物
体中的残余应力状态。

这种技术具有高精度、高灵敏度和非破坏性的
特点，适用于多种不同材料的测量。

中子衍射测残余应力的原理
中子在物质中的散射现象被称为中子衍射。

当中子通过一个材料时，受到物体中的原子排列方式的影响，会发生散射。

这些散射产生
的中子会呈现出干涉条纹，可以用来测量物体中的残余应力状态。

中子衍射测残余应力的优点
1. 非破坏性
中子衍射测量可以在不破坏材料的情况下进行，不会影响材料的性能
和寿命。

同时，材料也不需要进行任何准备工作。

2. 精度高
中子衍射测量的精度非常高，对于微小的应力差异都能够准确测量。

3. 对多种材料适用
中子衍射测量适用于多种材料，包括金属、陶瓷、塑料等。

可以应用
于工业、材料科学等领域。

中子衍射测残余应力的应用
1. 研究材料性能
中子衍射测量可以用于研究材料性能，包括压力、温度、疲劳等方面。

可以帮助科研人员更好地了解材料的行为。

2. 制造质量控制
中子衍射测量可以用于制造质量控制，可以测量零件的残余应力状态，帮助生产商提高产品质量。

3. 材料检测
中子衍射测量可以检测材料中的应力状态，如果存在异常可以及时发现，避免出现意外事故。

总之，中子衍射测残余应力是一种非常有价值的测试技术，可以用于多种领域，具有高精度、高灵敏度和非破坏性的特点。

未来，将有更多的应用场景出现。

残余应力分析报告1. 引言残余应力是指在无外力作用下，物体内部存在的剩余应力。

它是由于材料的加工或热处理等过程中引起的内部应力未完全释放所造成的。

残余应力的存在对材料的性能和稳定性具有重要影响。

因此，对残余应力进行分析和评估非常重要。

本文将介绍残余应力的概念、产生原因，以及常用的分析方法。

2. 残余应力的概念和产生原因2.1 残余应力的概念残余应力是指在材料内部存在的无外力作用下的剩余应力。

它是在物体加工、焊接、热处理等过程中产生的。

残余应力的存在可能会导致材料的变形、裂纹扩展和失效等问题，因此对残余应力的分析和控制十分重要。

2.2 残余应力的产生原因残余应力的产生原因包括以下几个方面：•加工过程中的机械变形：材料在加工过程中受到了挤压、拉伸、剪切等机械作用，使得材料内部产生了残余应力；•焊接过程中的热变形：焊接过程中产生的高温会使材料发生热膨胀和收缩，从而产生残余应力；•热处理过程中的相变：热处理过程中材料的相变会引起材料的体积变化，产生残余应力。

3. 残余应力的分析方法3.1 X射线衍射法X射线衍射法是一种常用的测量残余应力的方法。

它利用X射线通过晶体产生的衍射现象来测量晶体的晶格参数变化，进而推导出晶体内部的残余应力。

该方法具有非破坏性、高精度和广泛适用性的优点，因此被广泛应用于残余应力的分析领域。

3.2 光栅方法光栅方法是一种利用光栅片的光学衍射效应来测量残余应力的方法。

它通过光栅片在外力作用下产生的应变来间接测量材料内部的应力。

该方法具有简单、直观的特点，适用于一些大尺寸材料的残余应力分析。

3.3 数值模拟方法数值模拟方法是一种借助计算机模拟的方法来分析材料的残余应力。

它通过建立材料的有限元模型，运用力学理论和数值方法进行求解，得到材料内部的应力分布和残余应力。

该方法具有高效、灵活的特点，适合对复杂材料和结构的残余应力分析。

4. 结论残余应力的分析对于材料的性能和稳定性有着重要的影响。

残余应力是指材料内部或表面存在的不平衡力，它可以对材料的性能和可靠性产生重要影响。

以下是几种常见的残余应力测量方法：
1.X射线衍射法（X-ray Diffraction, XRD）：这是一种常用的非破坏性测量方法，通过测量
材料中晶体结构的畸变来间接计算残余应力。

X射线经过材料后会发生衍射，根据衍射角度的变化可以推断出残余应力的大小和方向。

2.中子衍射法（Neutron Diffraction）：类似于X射线衍射法，中子衍射法也是通过测量材
料晶体结构的畸变来确定残余应力。

相比X射线，中子具有更好的穿透能力，因此可以深入材料内部进行测量，适用于非金属材料的残余应力分析。

3.压电法（Piezoelectric Method）：利用材料的压电效应来测量残余应力。

该方法通过将
压电传感器固定在被测物体上，然后施加外力引起压电传感器的形变，根据形变量的变化推断出残余应力的大小。

4.高斯法（Hole Drilling Method）：这是一种常用的局部测量方法，适用于金属材料。

该
方法通过在被测物体上钻一个小孔，然后测量孔周围的表面应变的变化来计算残余应力。

5.激光干涉法（Laser Interferometry）：利用激光的干涉原理来测量表面的微小位移，从
而推断出残余应力的分布情况。

激光干涉法可以提供高精度的残余应力测量结果。

需要注意的是，不同的测量方法适用于不同类型的材料和应力状态，选择合适的方法取决于具体的应用需求和材料特性。

在进行残余应力测量时，应根据实际情况综合考虑各种因素，并采取适当的措施以确保测量结果的准确性和可靠性。

钻孔法测量残余应力测量原理钻孔法测量残余应力是基于材料力学中的应力释放原理。

当在材料表面钻孔时，孔周围的材料会发生弹性变形，这种变形会受到材料内部的残余应力的影响。

通过测量钻孔后的表面位移，可以确定孔周围的残余应力状态。

实验步骤钻孔法测量残余应力的实验步骤如下：1、选择合适的材料试件，进行表面处理，确保表面平整无杂质。

2、使用高精度的钻机在材料试件的表面钻孔，钻孔直径一般在0.5-1.0mm之间，孔深约为10-20mm。

3、在钻孔前、钻孔后和取下钻屑后分别使用光学显微镜观察孔周围的表面形貌，并记录下来。

4、根据观察到的表面形貌变化，计算出钻孔前后的位移量。

5、根据位移量和材料的弹性常数，计算出孔周围的残余应力。

精度分析钻孔法测量残余应力的精度主要受到以下因素的影响：1、钻孔直径和深度的精度：钻孔直径和深度的变化会影响位移量的测量精度，进而影响残余应力的计算精度。

2、表面处理质量：表面处理不干净会导致钻头受损，从而影响钻孔质量。

3、观察和测量误差：观察和测量表面形貌变化的过程中可能存在误差，导致位移量的计算不准确。

4、材料本身的力学性能：材料的弹性常数等力学性能参数的准确性也会影响残余应力的计算精度。

为了提高精度，需要采取以下措施：1、使用高精度的钻机和测量设备，确保钻孔直径和深度的准确性。

2、加强表面处理，确保表面干净无杂质。

3、使用高精度的光学显微镜进行观察和测量，减少人为误差。

4、对材料试件进行详细的质量和性能检测，确保其符合实验要求。

数据处理根据实验步骤中记录的位移量和材料的弹性常数，可以计算出孔周围的残余应力。

一般而言，钻孔法测量残余应力的数据处理可以采用以下步骤：1、计算钻孔前后的位移量差值，得到孔周围的位移变化量。

2、根据位移变化量和材料的弹性常数，利用应力释放原理计算孔周围的残余应力。

3、将计算得到的残余应力与实验前的预测值进行比较，评估测量结果的准确性。

4、如果测量结果不满足要求，可能需要重新进行实验，并检查实验步骤和数据处理方法是否正确。

残余应力测试方法残余应力是指材料或结构在受力作用后，未完全消除的应力。

残余应力的存在可能会对材料的性能和结构的稳定性产生影响，因此对残余应力进行测试和评估是非常重要的。

一、残余应力的形成原因1. 加工过程中的应力：在材料加工过程中，由于变形、切削或焊接等操作，会引入应力，这些应力可能会在材料中残留下来。

2. 热应力：材料在加热和冷却过程中，由于热胀冷缩不均匀，会产生热应力，这些应力也可能会残留下来。

3. 外部载荷：材料受到外部力的作用，如压力、拉力或弯曲力等，会导致材料产生应力，这些应力也可能会残留下来。

二、残余应力的测试方法1. X射线衍射法：通过测量材料中晶格的畸变程度来间接推测残余应力的大小和方向。

2. 中子衍射法：利用中子的衍射特性来分析材料中晶体的结构和应力状态。

3. 应变测量法：通过测量材料中的应变来推断残余应力的大小和分布。

4. 晶格畸变法：通过分析材料中晶格的畸变情况来评估残余应力。

5. 超声波法：利用超声波在材料中传播的速度和衰减情况来测量材料中的应力。

6. 磁性法：利用材料磁性的变化来分析残余应力的分布和大小。

7. 光学法：通过光学显微镜或偏光显微镜观察材料中的应力畸变情况。

8. 拉伸法：将材料进行拉伸测试，通过测量材料的应变和应力来计算残余应力。

三、残余应力测试的应用领域1. 金属材料：在金属材料的制备和加工过程中，残余应力会对材料的强度、韧性和疲劳寿命等性能产生影响，因此对金属材料中的残余应力进行测试是非常重要的。

2. 焊接结构：焊接过程中产生的残余应力可能会导致焊接接头的变形或裂纹，因此对焊接结构中的残余应力进行测试可以评估焊接接头的质量和可靠性。

3. 玻璃材料：玻璃材料在制备和加工过程中可能会产生残余应力，这些应力可能会导致玻璃材料的破裂或变形，因此对玻璃材料中的残余应力进行测试可以评估其稳定性和可靠性。

4. 复合材料：在复合材料的制备和加工过程中，残余应力可能会导致复合材料的层间剥离或破坏，因此对复合材料中的残余应力进行测试可以评估其性能和可靠性。

残余应力检测方法残余应力是指在物体内部或表面上存在的一种内部应力状态。

残余应力的存在对材料的性能和使用寿命都有很大的影响，因此对残余应力的检测和分析显得尤为重要。

下面将介绍几种常用的残余应力检测方法。

首先，X射线衍射方法是一种常用的残余应力检测方法。

通过对材料表面或内部进行X射线照射，然后观察X射线的衍射图样，可以得到材料的晶格参数，从而计算出残余应力的大小和方向。

这种方法具有非破坏性、快速、准确的特点，因此在工程实践中得到了广泛的应用。

其次，光弹法也是一种常见的残余应力检测方法。

通过在材料表面或内部施加一定的载荷，观察材料的形变情况，再结合材料的弹性参数，可以计算出残余应力的大小和分布情况。

这种方法适用于各种材料，尤其对于复杂形状和大尺寸的工件也有很好的适用性。

此外，声发射方法也可以用于残余应力的检测。

当材料内部存在应力时，会引起微裂纹的扩展和移动，产生声波信号。

通过对这些声波信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。

这种方法对于复杂结构和高温环境下的残余应力检测具有独特的优势。

最后，磁性方法也是一种常用的残余应力检测方法。

当材料内部存在应力时，会对材料的磁性产生影响，通过对磁性信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。

这种方法适用性广泛，可以用于各种金属材料的残余应力检测。

总的来说，残余应力的检测对材料的质量控制和工程结构的安全性具有重要意义。

以上介绍的几种方法都具有各自的特点和适用范围，可以根据具体的情况选择合适的方法进行残余应力的检测和分析。

希望以上内容对残余应力检测方法有所帮助。

无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析残余应力是指在物体内部存在的，由于外部加载和热应变引起的应力状态。

残余应力的存在对材料的性能和稳定性有着重要影响，因此在工程领域中需要对其进行准确测量和分析。

无损检测技术在残余应力测量与分析中起到了重要的作用，本文将对无损检测技术中的残余应力测量与分析方法进行剖析。

一、X射线衍射法X射线衍射（XRD）技术是一种常用的测量材料残余应力的方法。

该方法通过分析材料中晶体的衍射图谱来确定其残余应力。

当材料发生应力时，晶格的排列会发生变化，从而引起X射线的衍射角度的变化。

通过测量和分析这种变化，可以得到材料的残余应力信息。

XRD技术具有测量范围广、准确性高、可重复性好等优点。

对于单晶材料，XRD技术能够直接测量晶体中的残余应力，精度较高。

而对于多晶材料，则需要通过倾角扫描或者称为θ-2θ扫描，来获得材料中的残余应力信息。

不过，XRD技术对于非晶态材料的测量精度较低。

二、中子衍射法中子衍射（ND）技术是一种利用中子进行测量的方法，可用于测量材料的残余应力。

中子的波长大约为0.1-1.0纳米，相较于X射线而言，中子的波长更适合用于测量晶体结构。

中子与材料作用时，受到材料中的晶格排列和残余应力的影响，从而产生衍射。

中子衍射技术具有穿透性强、对非晶态材料测量精度高等优点。

相较于XRD技术，中子衍射技术在测量多晶材料的残余应力时精度更高，适用范围更广。

不过，中子衍射技术的设备成本较高，且实验条件要求较为苛刻。

三、位错法位错法是一种基于物理模型的测量残余应力的方法。

位错是材料晶体结构中的缺陷，它们是材料中形成应力的主要机制之一。

位错法通过测量材料中位错的密度和分布来推导残余应力。

位错法具有非常高的空间分辨率和准确性，适用于各种材料的残余应力测量。

位错法可以通过电子显微镜和X射线繁切分析仪等设备进行实施。

但是，位错法需要对材料进行特殊制备和取样，且实验条件更为复杂。

四、光弹法光弹法是一种基于光学和力学原理的测量方法，通过测量光线透过或反射于材料表面时产生的应力光学效应来推断残余应力。

残余应力测试与计算残余应力是指在物体内部存在的一种剩余应力，它是在外部应力去除后，物体内部仍然保留的应力状态。

残余应力的产生是由于物体在受力作用下发生了塑性变形，而在外力解除后，由于内部应力的分布不均匀，导致部分应力得不到释放而形成的。

残余应力的测试与计算是研究材料力学性能的重要手段之一。

通过对材料的残余应力进行测试，可以了解材料的内部应力分布情况，进而对材料的使用性能和寿命进行预测和评估。

残余应力测试与计算可以应用于各种材料的研究领域，如金属材料、陶瓷材料、复合材料等。

残余应力的测试方法有多种，常用的有X射线衍射法、中子衍射法、光学法等。

其中，X射线衍射法是最常用的残余应力测试方法之一。

通过测量材料表面或内部的X射线衍射图样，可以计算出材料的残余应力分布情况。

残余应力的计算是通过数学模型和计算方法来估算材料的残余应力分布。

常用的计算方法有有限元方法、解析法等。

有限元方法是一种基于数值计算的方法，通过将材料划分为有限个小区域，建立数学模型，利用计算机进行模拟计算，从而得到材料的残余应力分布情况。

解析法是一种基于解析数学方法的计算方法，通过对材料的力学性质进行分析和推导，得到材料的残余应力分布情况。

残余应力的测试与计算在材料科学和工程领域具有重要的应用价值。

首先，残余应力的测试与计算可以为材料的设计和制造提供重要的参考依据。

通过了解材料的残余应力分布情况，可以对材料的使用性能和寿命进行预测和评估，从而指导材料的设计和制造。

其次，残余应力的测试与计算可以用于材料的质量控制和缺陷检测。

残余应力是材料内部存在的一种应力状态，它与材料的质量和缺陷密切相关。

通过对材料的残余应力进行测试和计算，可以发现材料中的缺陷和问题，并及时采取相应的措施进行修复和改进。

最后，残余应力的测试与计算可以为材料的应用和改进提供理论指导和技术支持。

通过深入研究材料的残余应力分布情况，可以揭示材料的内部机制和性能特点，为材料的应用和改进提供理论指导和技术支持。

钢轨中残余应力的产生、影响及调控研究现状
王建军;李宏光;王庆超;董润洲;杨志南;张福成
【期刊名称】《燕山大学学报》
【年(卷),期】2024(48)1
【摘要】近年来随着我国高速、重载铁路的快速发展,列车速度的提升、轴重的加大对钢轨服役性能的可靠性提出了更高的要求。

如果钢轨中的残余应力过大且处于不利的分布状态,容易促进疲劳裂纹的形成,并加速扩展,从而严重影响其服役性能。

本文汇总了当前针对钢轨中残余应力的测量方法,并论述了钢轨中残余应力的产生原因及其对综合性能的影响机制。

同时,依据钢轨生产的工艺流程,从预弯、冷却、矫直、回火等方面出发,综述了国内外研究者在钢轨残余应力演变及其调控领域所取得的成果。

最后,对钢轨残余应力演变与调控技术的发展进行了展望。

【总页数】10页(P1-10)
【作者】王建军;李宏光;王庆超;董润洲;杨志南;张福成
【作者单位】燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心;燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室;华北理工大学冶金与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG142
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2020年26期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application金属构件残余应力无损检测专利技术综述刘昌硕（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川成都610213）引言残余应力是构件力学性能最主要的影响因素之一，如拉伸残余应力会降低拉伸屈服极限、提高压缩屈服极限，压缩残余应力正好相反;宏观残余应力会产生形变、并影响疲劳寿命，微观残余应力导致组织内产生微裂纹发生脆性破坏[1]。

因此在工程设计中掌握残余应力的作用特点以及其在各个截面形式构件中的大小和分布模式就显得尤为重要。

本文重点分析了金属构件残余应力无损检测的专利技术情况，从该领域的技术演进、专利申请势态、重要申请人等方面进行了分析。

本文选取的专利数据源为DWPI 和CNABS 专利数据库。

1专利发展状况技术分支：根据原理和结构的不同，技术分解如表1所示。

表1技术分解2专利分析2.1专利申请量分析通过对申请日或优先权日字段的统计分析，得到金属构件残余应力无损检测的专利申请量年度分布图，如图1所示，有关金属构件残余应力无损检测的专利申请最早出现在1974年左右，经过10余年的发展，全球年度申请量在1987年首次突破20件，达到28件，而整个20世纪全球年度申请量最多的一年是1990年，这一年的申请量为35件，进入21世纪后，金属构件残余应力无损检测技术已得到长足的发展，21世纪的前十年，全球年度申请量的平均值为24.3件，而从2010年起到2015年，申请量连续5年上升，2015年的申请量已达到93件，这是由于中国申请量的迅速增加导致的。

图1中国和外国的年度申请量分布2.2专利技术分解分析金属构件残余应力无损检测各技术分支的申请量如图2所示。

由图可知，磁性法、衍射法、超声波法呈现三足鼎立的趋势，其中衍射法最多，占比为36%，超声波法占比最少，但也有30%，从各技术分支的申请量占比来看，基本上体现了金属构件残余应力无损检测各相关技术的科技含量排布。

切削加工表面残余应力研究综述王增强;刘超锋【摘要】主要研究了切削加工过程中残余应力产生的机理，并对残余应力的测量方法以及残余应力的调整和消除手段进行了较为系统的阐述和比较，提出了在残余应力检测和消除领域的一些建议，为进一步研究提供参考和借鉴。

【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P26-30)【作者】王增强;刘超锋【作者单位】西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室;西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室【正文语种】中文残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。

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残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。

残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。

特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。

因此，自20世纪50年代以来国内外技术人员花费了大量的精力研究残余应力的产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响[1]。

Guo等通过试验的方法研究了车削和磨削产生的不同性质的残余应力对工件疲劳强度的影响[2]；Seo等通过试验和有限元模拟的方法揭示了在车轮制造和火车刹车过程中引起的残余应力和火车车轮疲劳寿命之间的代数关系[3]；Liu等用试验的方法研究了残余应力对滚动接触疲劳强度的影响[4]；董辉跃等研究了材料去除过程中残余应力的重新分布及该过程所引起的工件变形[5]；孙杰等基于理论计算和有限元模拟,研究了毛坯的初始残余应力对大型整体结构件数控加工变形的影响[6]；Hiroyuki等研究了不同加工参数引起的残余应力对零件疲劳强度的影响[7]，并且结合正交切削模型和刀尖圆角压痕模型建立了残余应力预测模型[8]；王立涛对于铣削加工航空框类整体结构件时的残余应力和变形机理进行了研究，并将研究成果应用于实际生产[9]。