ICS77.040.10 CCS H 22
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T24179—2023 代替GB/T24179—2009
金属材料 残余应力测定 压痕应变法
Metallic materials-Residual stress determination-
Indentation strain-gagemethod
2024-03-01实施
2023-08-06发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T 24179—2023
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
符号和说明 5 原理 6 测量设备和材料 7 测量步骤 8 应力计算函数的确定
试验报告附录A（规范性） 不同测量条件下的应力计算方法附录B（资料性） 与母材强度不匹配的焊缝应力计算方法附录C（资料性) 应变函数的数值标定方法参考文献
9
12
13
14 GB/T 24179—2023
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 可第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件代替GB/T24179一2009《金属材料残余应力测定 压痕应变法》，与GB/T24179—2009 相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：
a）将术语“标定系数”更改为“应变函数”（见第3章，2009年版的第3章）； b） 更改了部分符号和说明（见第4章，2009年版的第4章）； c) 更改了原理描述（见第5章，2009年版的第5章）； d) 删除了有关分段线性关系公式（2)说明内容，删除了公式（3)（见2009年版的第5章）； e) 删除了60Q应变花电阻值（见2009年版的6.2.1)； f) 更改了片基厚度的要求（见6.2.1，2009年版的6.2.1)； g) 更改了压头直径上限（见6.2.3，2009年版的6.4.1）； h) 删除了规范性引用的GB/T230.2（见2009年版的6.4.1）；
增加了对标定试板热处理消除应力工艺的具体规定（见8.2.1）； j) 明确至少采用7个～8个应力水平进行标定以获得更为精确的应变函数，增加了标定时最大
外加应力应小于材料弹性极限而非屈服极限的要求（见8.3.3，2009年版的8.2.3）； k） 更改了非主应力方向的标定步骤（见8.5，2009年版的8.4）； 1) 试验报告中增加了“所用应变计、应变仪、压痕产生设备型号”（见第9章，2009年版的第9章）。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本文件起草单位：中国科学院金属研究所、东莞材料基因高等理工研究院、哈尔滨锅炉厂有限责任
公司、武汉华拓量测科技有限公司、中铝材料应用研究院有限公司、广东火炬检测有限公司、广船国际有限公司、广东省中山市质量计量监督检测所、武汉钢铁有限公司、冶金工业信息标准研究院
本文件主要起草人：陈静、陈怀宁、李荣锋、王硕、姜云禄、董莉、李、牛关梅、黄佳建、宾远红、苏越骁、 刘冬、汪选国、宋文涛、申雷、曾志斌、王光培、侯慧宁。
本文件于2009年首次发布，本次为第一次修订。
I GB/T 24179—2023
金属材料 残余应力测定 压痕应变法
1范围
本文件规定了采用压痕应变法测定金属材料表面残余应力的基本原理、测量设备和材料、测量步骤、应力计算函数的确定和试验报告。
本文件适用于硬度不大于50HRC的各种金属材料表面残余应力的测定
规范性引用文件
n
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T231.2 金属材料 科布氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验与校准 JJG623电阻应变仪检定规程
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
应变增量 strain increment Ae 在材料表面产生压痕后，由残余应力场和球形压痕共同诱导的应变变化相互叠加后产生的应变变
化(输出)量。 3.2
应变函数 strain calculation function 应变增量和弹性应变的关系函数。 注：与被测材料、应变花形状、球形压痕大小有关，一般可通过标定试验得到，用于应力计算，也可简称为应力计算
函数。
符号和说明
4
本文件使用的符号和说明见表1。
表1符号和说明
符号 Ao A.~A: E
说明
单位
零应力下的应变增量应变函数的系数被测材料的弹性模量
GPa
1 GB/T24179—2023
表1 符号和说明（续）
符号 R po.2 R M.2 R.w. α E: Er Ey E 10.2 Le Ae: Aey 7 6f ay oR OR V
说明
单位 MPa MPa MPa 。
被测材料的规定塑性延伸率为0.2%时的应力母材的规定塑性延伸率为0.2%时的应力焊缝熔敷金属的规定塑性延伸率为0.2%时的应力敏感栅1的长度方向与主应力方向的夹角
弹性应变沿方向的弹性应变沿方向的弹性应变对应于Rp0.2的应变
-
应变增量
沿方向的应变增量（沿主应力或平行焊缝方向）沿方向的应变增量（沿主应力或垂直焊缝方向）与焊缝材料性质有关的修正系数，取值范围1～1.1 沿方向的应力（沿主应力或平行焊缝方向）沿方向的应力（沿主应力或垂直焊缝方向）
一
MPa MPa MPa MPa
采用母材应变函数得到的焊缝应力
修正后的焊缝应力被测材料的泊松比
原理
5
在平面应力场中，由压人球形压痕产生的材料流变会引起受力材料的松弛变形（拉应力区材料缩短，压应力区材料伸长），与此同时，由压痕自身产生的弹塑性区及其周围的应力应变场在残余应力的作用下也要产生相应变化。这两种变形行为的叠加所产生的应变变化量可称之为叠加应变增量（简称应变增量）。利用球形压痕诱导产生的应变增量求解残余应力的方法就叫作压痕应变法
压痕应变法采用电阻应变计作为测量用的敏感元件，在敏感栅轴线中心点通过机械加载产生一定尺寸的压痕，见图1，通过应变仪记录应变增量数值，利用事先对所测材料标定得到的弹性应变与应变增量的关系得到残余应变大小，再利用胡克定律求出残余应力。
2 GB/T24179—2023
压头
O M
应变片
?
a,
图1压痕应变法测量残余应力示意图
研究表明，一定尺寸的球形压痕在残余应力场中产生的应变增量与残余弹性应变之间存在确定的三次方关系（见图2所示的拉伸应变区规律，压缩应变区类似），即可将应变增量△e与弹性应变e。的关系用公式（1)表示。
Ne=A+A1E+A2+Aae3
...(1)
式中： A A A2A: 多项式常数，由标定曲线确定。
零应力下的应变增量；
100
200
21/2V 柔 400 15方向 ■0°方间
300
30方向 45"方向
500
600
800 弹性应变&/μ
1 600
400
1 200
图2 应变增量与弹性应变之间的关系
当在非主应力方向标定或测量应力时，如果此时主应力大于0.3Rp0.2或夹角大于10°，则常数A，～ A.要发生变化（A。值不变），它是一个与主应力方向夹角α有关的函数，见图2，其关系如公式（2)所示，由标定曲线确定：
ai+a2+ase+a4e+asα
·(2)
Ae : 1+ag+ar+asα+aga
式中： a~ag α
拟合系数；应力方向与加载方向的夹角，以逆时针转到主应力方向为正，范围土45°。
3 GB/T24179—2023
6测量设备和材料
6.1应变记录仪
应变记录仪至少应满足JJG623中的1.0级要求 6.2应变计
6.2.1 应选双向或三向直角应变花（见图3）。应变计电阻值为120Q，片基厚度应不大于50um。 6.2.2为测量的方便性和准确性，所选用的应变计外形尺寸不宜太大，长宽尺寸推荐5.0mm～ 10.0mm；敏感栅尺寸的长宽尺寸为1.0mm～2.0mm。 6.2.3敏感栅端到压痕中心的距离与产生的压痕直径有关。压头直径一般在1.0mm～2.0mm，对应的压痕直径在0.8mm~1.5mm，敏感栅端到压痕中心距离在2.5mm~4.0mm较为适宜。 6.2.4为便于产生压痕，应变花上应刻有敏感栅轴线的交点标记作为压痕中心点。
照印
0
c）三向应变花
b）三向直角应变花
a）双向应变花
标引序号说明： 1、2、3---—敏感栅。 敏感栅1与敏感栅3成90°，敏感栅2与缴感栅1成45°或135°
图3压痕应变法测量残余应力用应变花
6.3压痕对中装置
为准确地在应变计敏感栅轴线的交点位置上产生压痕，需要事先通过光学放大镜对中并通过相应装置确保对中精度。建议选用放大倍数20倍～40倍、内置十字刻度线的显微镜
6.4压痕产生装置 6.4.1试验应采用硬质合金球形压头，压头直径范围为1.0mm～2.0mm。所采用硬质合金压头应符合GB/T231.2中对硬质合金球的要求。 6.4.2压痕产生可采用静力加载方式，也可采用冲击加载方式。无论采用何种加载方式，为确保测量过程中获得确定的压痕尺寸，应保证测量时所用力或能量与试验标定时所用的相同。 6.4.3压痕深度宜控制在0.1mm~0.3mm。
4 GB/T24179—2023
7测量步骤
7.1概述
压痕应变法测量残余应力的过程可分为4个步骤：被测构件的表面准备、应变计的粘贴、压痕产生
和数据处理。
7.2 2被测构件的表面准备
表面准备是指为了满足粘贴应变计和产生压痕的需要而进行的表面平整过程，一般按以下顺序
进行。
a） 确定测量位置：测量位置的划定要根据应力分析的要求和被测构件表面附近的空间状态来
确定。 b） 表面粗磨：对焊缝或氧化皮严重的测量位置进行平整处理，打磨时应用力均匀、适当，避免打
磨时表面过热变色。 c)头 表面抛光：对于经过粗磨或原始平整的表面，采用抛光轮进行表面抛光处理，便于粘贴应变计
并能减小由于表面粗磨可能造成的附加应力影响。 d) 手工打磨：采用100#～200#的砂布，对抛光过的表面作进一步手工打磨处理，打磨时可在两
个相互垂直的方向上来回进行。通过此步骤可以使应变计粘贴更牢固，也可以进一步减小可能由机械打磨或抛光引人的附加应力。
7.3应变计的粘贴 7.3.1若已知主应力方向，可以采用双向应变计测量残余应力：将两个垂直敏感栅分别沿主应力方向粘贴，或在测量焊接残余应力时，将敏感栅沿与焊缝平行（X向）和垂直（Y向）方向粘贴。否则采用三向应变计。 7.3.2按应变计使用说明粘贴应变计，建议采用应变计粘贴专用胶水，通过手指挤压的方式保证应变计下方的胶层尽量薄。 7.3.3待应变计粘贴后30min或更长时间，按图4所示的应变计切割线在压痕产生点附近用刀片划断应变计基底。仔细观察应变计，确保粘贴牢固，并且应变计上方无多余胶水。
单位为毫米
咖
切割线
7e
图4应变计切割线
7.4压痕产生
粘贴应变计1h～4h后，将应变计上的压痕产生点与显微镜中心点调节至重合。压痕的对中偏差
5