陶瓷材料压痕弯曲梁中残余应力的研究

罗 旋，王 娟

（江西陶瓷工艺美术职业技术学院，江西 景德镇 333000）

在对于压痕裂纹开裂行为实施相应的力学分析期间，如果具有残余应力的现象，势必会造成研究的困难度，给力学分析工作造成一定的影响。所以实际的应用期间，需要展开退火处理好压痕试件，将残余应力问题进行有效的消除掉，将实验结果分析进行相应的简化。在本文中，主要是采取理论分析的方式，提出定 量描述残余应力举措，并且以实验的形式，探究退火消除残余应力可靠性情况。

1 理论分析

影响到弯曲梁内压痕裂纹的因素较多，主要涉及到外加弯曲应力、表面机加工残余应力以及压痕残余应力几种，很多作用能够对于压痕裂纹尖端部位应力场强度贡献公式包括三种，分别是，Kr=XrP/c2/3，Ks=Mes。在公式中，外加应力 σ 分别是指 Ka、Kr、Ks。压痕残余应力σ*、表面机加工残余应力为对于压痕裂纹尖端部位KI的贡献。a属于压痕裂纹深度，c属于压痕裂纹半长。压痕压制荷载是P。另外，Ms、Q表示的分别是表面修正因子、裂纹形状因子。表征压痕残佘应力量级无量纲常数是Xr。依照应力场强度叠加原理，可以经过公式KI=Ka+Kr+Ks=Ya（σa+表示为弯曲梁中压痕裂纹尖端部位的KI，并改写成，其中的σr属于等效压痕残余应力。

2 实验情况分析

在试验期间，采取无压烧结氯化硅材料实施，通过磨削加工以后，得到了4 mm×2.4 mm×36 mm尺寸的试件。试件受拉面采取W2.5号金刚石研磨膏实施抛光，并且倾倒边棱大概是45°。对实验进行分类，即不同方式的处理试件，一种为试件在压制压痕前后同没有采取退火处理的方式，另一种为试件于压制压痕之前在相应的温度范围之内（700～1200℃）展开一小时时间的退火处理，最后一种是压制压痕之后分别于700～900℃、950℃、1000℃的温度范围中进行退火处理，时间分别是60、30、10 min。

3 实验的结果以及结论

表面残余应力伴随退火温度改变的情况为：试件在压制压痕前后同没有采取退火处理实验中，是于退火之后展开压痕压制的，所以等效压痕残余应力σr不会受到退火影响，所以在直线关系中强度修正项σ*改变情况对于表面残余应力变化进行充分的表现；试件于压制压痕之前在相应的温度范围之内（700～1200℃）展开一小时时间的退火处理实验中，如果退火的温度是在1000℃以下，在σf-直线关系内斜率项不会出现明显的改变，但是在温度为1100℃以上时，斜率项就会出现相应的改变。这一值能够对于材料断裂韧性KIc大小进行反映。所以把压痕弯曲梁内残余应力实施退火处理期间，需要严格的采取最佳退火温度，而且通常最高的温度应该低于1000℃；压制压痕之后分别于700-900℃、950℃、1000℃的温度范围中进行退火处理，时间分别是一小时、半小时、10分钟实验中，如果退火温度进行提高至900℃，则会明显的加大值，显示出了表面残余应力因为退火处理呈现出部分的消除的情况，并且在增加温度时，值具有恒定的趋势。在退火温度是在950～1000℃期间，基本消除掉表面残余应力。

因此，退火处理能够将因机加工所引发试件表面残余压应力进行全部的消除掉，但是需要注意的问题就是采取最佳退火温度。在退火的温度过低的情况下，容易导致不能彻底将表面残余应力进行消除，相反的，如果温度过高，则大大提升改变材料性能的几率。而且退火处理仅可以对压痕压制过程所引发压痕残余拉应力进行消除，并且消除的不完全。实施改进之后的压痕弯曲梁法对于断裂韧性展开测定，可以不对于试件展开退火处理。

4 结语

鉴于压痕裂纹开裂行为力学分析期间，一旦产生残余应力的现象，容易给顺利研究造成较高困难度的情况，实际的应用期间，有必要展开科学合理的退火处理好压痕试件工作。通过彻底的消除残余应力问题，使得实验结果分析的简化，并且不影响力学分析工作。