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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、*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)加工過程中容易出現(xiàn)一些質(zhì)量問題,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測試件進(jìn)行殘余應(yīng)力測試,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測試件,嚴(yán)格控制手套箱內(nèi)濕度、含氧量及溫度。
測試使用的儀器是聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測試系統(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)力測量儀連接;
3. 鉆具安裝及鉆盲孔;
4. 測讀釋放應(yīng)變數(shù)據(jù);
5. 殘余應(yīng)力計(jì)算。
測試時(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。
測試結(jié)果及討論
殘余應(yīng)力測試結(jié)果
測試過程中環(huán)境溫度23℃,相對(duì)濕度RH62%。
SR40超半球、Φ60圓柱的LIH測試件盲孔法測量的各向應(yīng)變測量值見表1。測試結(jié)果顯示,不同位置,不同方向上的應(yīng)變均為負(fù)值,說明其所測得的應(yīng)變方向性正確。
討論
表1為盲孔法徑向σr和周向σt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σr和周向σt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σr殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力,周向σt殘余應(yīng)力均為拉應(yīng)力。從球面頂點(diǎn)到45°處,徑向σr逐漸增大,由-2.8730MPa增加到-9.5670MPa;周向σt也逐漸增大,由0.9059MPa增加到2.2352MPa。從45°到60°處,徑向σr和周向σt殘余應(yīng)力逐漸減小。從60°到90°徑向σr和周向σt殘余應(yīng)力又逐漸增加,但不超過45°處的殘余應(yīng)力值。
圖1b顯示SR40超半球LIH端面的徑向σr和周向σt殘余應(yīng)力分布。端面中心殘余應(yīng)力值最小,徑向σr為-2.2379MPa,周向σt為0.5978MPa。從中心到端面邊緣,徑向σr和周向σt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σr和周向σt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σr和周向σt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σr和周向σt殘余應(yīng)力值。結(jié)果表明,Φ60圓柱的徑向σr和周向σt殘余應(yīng)力值跳動(dòng)較大,說明采用盲孔法測試該點(diǎn)的殘余應(yīng)力過程中附加應(yīng)變過大,其主要來源于鉆盲孔時(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)力測試。在測試過程中,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測試件的球面45°處殘余應(yīng)力值*大,徑向σr達(dá)到-9.5670MPa,周向σt達(dá)到2.2352MPa。球面各點(diǎn)處徑向σr殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力,而周向σt殘余應(yīng)力均為拉應(yīng)力,且徑向σr大于周向σt,測試件呈壓應(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σr和周向σt殘余應(yīng)力值是逐漸增加后逐漸減小。
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