LiH材料測(cè)試件殘余應(yīng)力測(cè)試方法

LiH是一種類似食鹽的白色結(jié)晶物質(zhì)，外表看上去像鹵化物而遠(yuǎn)比金屬鋰致密，是較穩(wěn)定的結(jié)晶狀化合物。由于LiH材料具有強(qiáng)度和塑性低、熱傳導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)大、極具脆性、極易吸潮等特性，加之零件本身的結(jié)構(gòu)尺寸等因素，同時(shí)LIH部件屬于非金屬材料脆性材料，其物理機(jī)械性能尤其是韌性和強(qiáng)度與金屬材料相比有很大差異。部分體積較大的產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過(guò)程中容易出現(xiàn)一些質(zhì)量問(wèn)題，如內(nèi)部產(chǎn)生裂紋等缺陷，其中一個(gè)直接原因是由于燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力的作用。LIH材料裂紋缺陷的產(chǎn)生可以歸結(jié)為內(nèi)部熱應(yīng)力和外部裂紋擴(kuò)展所致。

LIH材料在壓制成型構(gòu)成中，熱壓和冷壓均可能產(chǎn)生裂紋。本文主要是采用盲孔法對(duì)燒結(jié)、機(jī)加成型的SR40超半球和Φ60圓柱LIH測(cè)試件進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，總結(jié)并分析其表面應(yīng)力的分布狀態(tài)。

殘余應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)

經(jīng)冷壓、燒結(jié)成型的LIH棒料在手套箱中進(jìn)行切削加工而成SR40超半球和Φ60圓柱LIH測(cè)試件，嚴(yán)格控制手套箱內(nèi)濕度、含氧量及溫度。

測(cè)試使用的儀器是聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng) ，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。三柵電阻應(yīng)變片，阻值120Ω，靈敏系數(shù)（2.07±1）%。

盲孔法測(cè)試LIH材料殘余應(yīng)力步驟

1. 劃線、定位、粘貼電阻應(yīng)變片；

2. 電阻應(yīng)變片與應(yīng)力測(cè)量?jī)x連接；

3. 鉆具安裝及鉆盲孔；

4. 測(cè)讀釋放應(yīng)變數(shù)據(jù)；

5. 殘余應(yīng)力計(jì)算。

測(cè)試時(shí)將JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀中的16、17、18通道分別與應(yīng)變片中的X、Y、Z向的絲柵金屬絲連接。連接方式采用錫焊焊接，釬劑用松香，焊后用膠帶將導(dǎo)線固定在試件上以防拉斷。

測(cè)試結(jié)果及討論

殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

測(cè)試過(guò)程中環(huán)境溫度23℃，相對(duì)濕度RH62%。

SR40超半球、Φ60圓柱的LIH測(cè)試件盲孔法測(cè)量的各向應(yīng)變測(cè)量值見(jiàn)表1。測(cè)試結(jié)果顯示，不同位置，不同方向上的應(yīng)變均為負(fù)值，說(shuō)明其所測(cè)得的應(yīng)變方向性正確。

討論

表1為盲孔法徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，盲孔法可用于測(cè)試LIH材料球形及圓柱形試件的表面殘余應(yīng)變值，從而計(jì)算出被測(cè)試點(diǎn)的殘余應(yīng)力值。

SR40試件型面殘余應(yīng)力分布

由表1中的徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力得到SR40超半球試件的球面和端面殘余應(yīng)力分布（圖1）。

圖1a顯示SR40超半球LIH的外型面頂點(diǎn)、30°、45°、60°、90°等處殘余應(yīng)力分布。徑向σ_r殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力，周向σ_t殘余應(yīng)力均為拉應(yīng)力。從球面頂點(diǎn)到45°處，徑向σ_r逐漸增大，由-2.8730MPa增加到-9.5670MPa；周向σ_t也逐漸增大，由0.9059MPa增加到2.2352MPa。從45°到60°處，徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力逐漸減小。從60°到90°徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力又逐漸增加，但不超過(guò)45°處的殘余應(yīng)力值。

圖1b顯示SR40超半球LIH端面的徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力分布。端面中心殘余應(yīng)力值最小，徑向σ_r為-2.2379MPa，周向σ_t為0.5978MPa。從中心到端面邊緣，徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力的大小是逐漸增加。

Φ60圓柱端面殘余應(yīng)力分布

圖2為圓柱LIH上端面的徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。端面中心殘余應(yīng)力值最小，從斷面中心到端面邊緣，徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力的大小是逐漸增加后又逐漸減小。

對(duì)比圖1b和圖2，圓柱上端面12mm圓周處和SR40超半球端面的徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力值。結(jié)果表明，Φ60圓柱的徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力值跳動(dòng)較大，說(shuō)明采用盲孔法測(cè)試該點(diǎn)的殘余應(yīng)力過(guò)程中附加應(yīng)變過(guò)大，其主要來(lái)源于鉆盲孔時(shí)產(chǎn)生的鉆削附加殘余應(yīng)變。

總結(jié)

1. 盲孔法可用于經(jīng)壓制、燒結(jié)成型的LIH材料構(gòu)件的殘余應(yīng)力測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中，需盡量避免鉆盲孔產(chǎn)生較大的附加應(yīng)變。

2. SR40超半球LIH測(cè)試件的球面45°處殘余應(yīng)力值最大，徑向σ_r達(dá)到-9.5670MPa，周向σ_t達(dá)到2.2352MPa。球面各點(diǎn)處徑向σ_r殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力，而周向σ_t殘余應(yīng)力均為拉應(yīng)力，且徑向σ_r大于周向σ_t，測(cè)試件呈壓應(yīng)力狀態(tài)。

3. Φ60圓柱LIH端面中心殘余應(yīng)力值最小，從端面中心到端面邊緣，徑向σ_r和周向σ_t殘余應(yīng)力值是逐漸增加后逐漸減小。