ICS 77.040. 10 H22
中华人民共和国国家标准
GB/T24179--2009
金属材料 残余应力测定 压痕应变法
Metallic materialis-Residal stress determination-
The indentatio strain-gage method
2010-04-01实施
2009-06-25发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 爱布 GB/T24179-2009
前言
本标准的附景A为规范性附最，附录B为资料性附录。 本标准由中国销铁工业协会提出。 本标准由全国钢标准化技术美员会归口。 本标准起草单位：中国科学院金属研究所、武汉钢铁（桑团）公司、北京航空航天大学。 本标准主要起草人：陈怀宁、李荣锋，静、黄春玲、李晓壁。 GB/T24179--2009
金属材料残余应力测定 压痕应变法
范园
I
本标准规定了采用压疫应变法测定金属村料表面残余应力的术语和定义、原理、测量设备、测量步骤、标定系数观定、试验报告等。
本标准适用于硬魔不大于50HRC的各种金累材料表面残余应力的测定。 2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用面成为本标准的条款。风是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括谢误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这费文件的最新版本。凡是不注目期的号用文件，其最新版本覆用于本标准。
GB/T228金腾材料室温拉停试验方法 GB/T230.2金属洛氏硬度试验第2部分：硬度计(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N.T标尺>的检验
与校准
GB/T231.2金属布氏预度试验第2部分：夏度计的检验与校准 GB/T7314金展材料室蕴压缩试验方送 JG623电阻应变仪检定规程
3术谐和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3. 1
应瓷增量 strain increment As 在材料表面产生压瘦后，由残余应力场和球形压瘾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
标定系数cnefficients ofcalibration A,B 在压痕应变法测量残余应力中，与被测材料、应变花形状，球形压痕大小有关，联系应变增量和弹性
应变的关系常数。 4符号和说明
本标准使用的符号及说期见表1。
表1符号和说明
单位
符号 A& Ae As,
说 朗
童变增盘落方向的应变增意（沿主应力或平行辉载方向） 3方向的应变增量（器主应力真真露继方向）
1 GB/T 24178--2009
（缤）说 翼
舒号 he Bnt ars 批 ay B 2 Rgx.2 3o,s A B
弹性座变方商的性应变游方问的攀性应变福文方海的应力铅主版方赢平行爆懿宽商持方向的度方极主盘力戏直爆方向）被测材料的箔松比被测材料的性模摄整测材精的潮定影性伸态度对应于起02的成变标定系数城解率）标定系数直车应变片1的长度方向与主应力2方陶的来期采用动材标定系数计其得到的辉继应力您后的应力母材规定的蒸性恶你题健炫数金风超竞性效神发究与爆缝放料性质有关的够正系数享值范照1-1.1
MPa MPa
MPs MFa
(") MFs MPa BPs MPa
味嘿 3206. Ro. 7
5 愿理
在平面应力场中，声压人球形压痕衰产生的材料流变会引起受力材料的松驱变形（拉应力区材料筑源，压应力区材料伸长），与此闻时，由压痕自身产生的弹攀性区及其周围的应力应变场在残余应力的作用下范要产生相应变化。这两种变形行为的叠加所产能的应变变化盘可称之为叠加应实增量《简称应变增量）。利用球形压衰诱导产生的应变增量求解残余应力的方法就叫做压衰应变法。
压痕应变法采用电图应变花作为测量用的敏感元件，在应变橱轴线中心点道过机械加载造一定尺寸的医象（见图1），通过应变仪记录应变增意激值，利用事先对所测材料标定得观的弹性应变与应变蹭重的关蒙特到残余应变大小，再利用胡克定荐求品戏余放力：
延头
密片
a
图1 压瘦应变法量残念应力示意菌 GB/T24179--2009
研究衰明，一定尺寸的球形压痕在残余应力够中产生的应变增最与弹性应变之间存在确定的多项式关系（题图2所示的拉独应变区规律，与压缩应变区奖似），即可将应变增量A与葬性应变&的关系用公式（1)表示为：
A=B+AE+A+A
-<1)
式中：
B-零应力下的应变增量
A.A-多项式常数，由标定曲线翁定。
~1.00
m 300
图0*方淘 ?15°方家美0方向点方网
400
~600
60
800
400
1. 200
1800
燕余放变/m
图2应变增量随夹角的变化关察
为了数馨处理方便，也可将图2表示成分段线性形式，面且误差很小。此时的应变增量和弹性应变的关系可用公式（2）衡单的线性关系统一表述：
Ae Ae.+B
"(2)
注：在不同水平的放应力作用区以及压应力作用区，A，B系数可能是不相间的。 当在非主应力方向标定或测量应力时，如鼎此时主应力大于0.3R地或夹角大于10°，常数A要
发生变化（但B值不变），它是一个与主应力方向夹角有类的函教（见率2）：
A=B+Bt+Baa
*( 3 )
式中： B---定义匝式（1）
B、B—客项式常数：由标定曲线确定。 5测壶设备和材料 6.1应变记票仪
应变权至少应满是JJG623中的1.0级要求。 6.2应变花 6.2、1应选双向或三向直角应变花（见图3>。图中应变片1和应变片3成90"，应变片2与应变片1成 45或135°。应变花电阻值为1200或60m。片基厚度应在304m~50m之间。 6.2.2为测量的方便性和准骗性，所选用的应变花外形尺寸不室太大。长宽尺寸推荐5.0mm~ 10.0mm，应变尺寸的长宽尺寸为1.0mm~2.0mm。
3 GB/T24179-2009
图3压痕应变法测景残余度力用双向（左）和三向（中、右）真角应变花
6.2.3或变概竭测压痕中心的距离要道当，孩值与压头直径和玉直径有关。压头真径一般在 1.0mm~3.0mm，对应的压痕直径在0.8mm1.5mm应变播到服瘦中心距离在2.5mm~40mm 教为造室， 6.2.4为便于产生压痕，应变花上应刻有应变概轴线的交点标记作为压廉对中打击点。 6.3压腹对中装罩
为确地在应变花的交点位盘产生压癌，需要事先遵过光学放大镜对中并通这相应装骨弱保对中糖度。建议选用放大借数20倍一40借、内置十字刻度线的显微镜。 6.4压痕产生装摄 6.4.1球彩压头直径范围1m~3mm。所采用疆质合金球形压头应符合GB/T230.2和 GB/T231.2中对质合金球的要求。 6.4.2压疫产生可以采用静力如载方式，也可以采用净击加载方式。无论采用何种加载方式，为确保糖量过程中获得确定的压瘾尺寸，应保证实测时所用方或能意与试验标定时所用的相间， 6.4.3压痕探度应控制在0.1mm~0.3mm. 7测步骤
压衰应变法测量戏余应力的过程可以分为四个步骤：被测构件的表面准备，应变片的粘贴、压痕产生和数据处理。 7.1被测将件的装面准签
表面准备是措为了满足粘贴应变片和制造压痕的需要而进行的表面平整过程般借况下按以下序进行： 7.1.确定测量位照
测影位置的划定原刻是极据应力分析的要求和被测构件表面附近的实际空间状态来确定。 7、1.2表面粗磨
对满趣表面进行平整和除锈处理，打磨时用力要均匀适当，遵免产生新的应力。 7.1.3面粥光
对于经过粗磨的或原始含锈等不够滑洁光滑的表面，采用抛光布轮进行表面换光处理，便于粘贴应变片并能减小由于衰面粗磨可能造成的附加应力影购。 7.1.4手工打磨
推荐采用100共～200并的动布，在抛光过的表面作进步手工打磨处理，打磨时可在两个相互恶直的方向上来国进行。通过此步骤可以使粘贴应变片更方便牢固，也可以进一步减小可能由机裁打磨引人的附妞度力， 7.2粘贴应变片 7.2.1按应变片生产厂商的推荐要求粘贴应变片，建议采用502快于胶，保证应变片下方的胶层尽 4. GB/T 24179-—2009
量薄。 7.2.2待应变片粘贴后10min或更长时间，在压痕周向点附近用刀片划断应变片（见图4）。仔细观察应变片，确保粘贴牢固，并耳表层无多余胶层。
-+ TETI
切割线
1mm~2mm
1 mm~2mm
图4应变片切割线
7.3压痕的产生
粘贴应变片1h～4h后（取决于测量表面温度），将应变片上的压痕中心点与显微镜中心点调节至重合。压痕产生后的对中偏差要求不大于士0.05mm。调节时可采用与图5类似的三爪固定装置。
图5显微镜和压头用导向装置
7.4数据处理 7.4.1记录压痕产生前后的应变差值（应变增量）。 7.4.2根据公式(1)或公式(2)或图6得到相应的残余应变。 7.4.3按平面胡克定律计算残余应力，计算方法及其误差修正见附录A和附录B。 8标定系数确定
应力测量前，需要根据被测材料试验确定公式（1)或公式（2)中的A、B标定系数。 8.1标定试板 8.1.1标定用试板必须采用与待测结构相同的材料制作，同时标定试板必须是先经过加工、然后再进行消除内应力的试板。采用退火热处理方法消除内应力时，应避免材料性能的变化。 8.1.2推荐采用的标定试板尺寸为：长200mm～500mm（短长度用于压缩标定），宽50mm~ 100mm，厚度一般不小于12mm。对于厚度不足的薄板，产生压痕时应增加试板刚度的措施，如在试板背面紧贴一块衬板以达到20mm以上的厚度。
5 GB/T24179—2009
8.2标定方法 8.2.1从试板中心部位开始，向两头粘贴双向应变花，两个应变花的间距应不小于20mm。粘贴应变花时的注意事项如6.2节所述。应变花两个相互垂直的应变片方向应与试板的长度（同拉伸方向）和宽度一致。 8.2.2应变片固化1h～4h后，在加载设备上首先用0.8Rpo.2的应力水平拉伸试板一次，卸载后观察各向应变片的应变变化情况，应保证应变片初始读数基本不变，否则应再次拉伸观察或重新粘贴应变片。加载方法可以是单向拉伸和压缩，也可以采用三点弯曲的方法实现。采用单轴拉伸或压缩时，有关要求见GB/T228和GB/T7314。 8.2.3为了拟合出光滑曲线，至少选择5个不同的应力水平进行标定，尤其是拉应力下要有足够的标定点数。建议的标定应力水平为：一0.3Rpo.2、0、0.3Rpo.2、0.5Rpo.2、0.7Rp0.2和0.9Rpo.2，每个应力状态至少标定2点。如果各点之间的数值偏离较大，应增加标定点数。 8.3标定数据的处理
在取得上述不同应力水平下的应变增量数据后，可按照以下方法进行标定数据的处理： 8.3.1将所得数据绘制成如图6所示的标定曲线。
图6中横坐标为标定过程中对应于外加应力的弹性应变ε。，纵向坐标为压痕应变增量，即在特定压痕制造系统下（固定的压头尺寸和压力），与弹性应变对应的输出应变值。 8.3.2图6中虚线是将0.5Rpo.2、0.7Rpo.2和0.9Rp.2拉应力下横向应变片的应变增量连线后得到的。 此时横向应变片受到外加压缩应变（数值等于一Ue，），但输出的应变增量变化规律与直接受压缩时纵向应变片输出的应变增量有所不同。这是在高值拉伸应力情况下，横向应变输出偏离直线规律的一种现象，此现象在单向高值的双向拉伸应力场中同样存在。
应变增量△e
- 1 田
0. 3Eg.2 0. 58,e.2 0. 78/0.2 0. 980. --
0. 58g.
0.3
11
--
:
G ?
弹性应变&
9
图6标定数据的处理
8.4非主应力方向的标定系数确定
如果还需要进一步确定公式（3），可以采用类似方法进行不同角度方向的标定，即粘贴三向应变花时将应变栅与拉伸方向成一定夹角，然后推导出如公式（3)所示的关系曲线。或在标定出A、B值的基础上，再采用有限元数值方法进行模拟分析，也可得出公式（3)的表达形式。 6