如何识别样品由于抛光导致的应力残留及消除方法
1、介绍
通常在做某种材料的硬度、弹性模量等力学测试时都需要抛光处理,样品在抛光过程中,将受到来自外界各种因素的作用与影响;当这些因素消失之后,若样品所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失,仍有部分作用与影响残留在样品内,由于抛光造成的作用与影响残留在样品表面从而形成了加工应力(有的材料会有残余应力,有的不会有)对于这种机械加工导致的残余应力,会严重干扰测试材料的硬度等力学结果。如不去除就会导致测试结果严重失真。
如何识别,如何去除机械抛光导致的残余应力,是本文所要研究的。
2、测试过程及数据分析
第一步本实验材料为某钛合金,样品表面经过抛光处理,然后简单水冲洗。
使用安东帕超纳米压痕仪(UNHT)最大载荷2mN,加卸载速率4mN/min,保持10s
测量结果
维氏硬度HV =1349.2 Vickers
弹性模量EIT=179.29 GPa
力位移曲线如下图一
观察力曲线保载10s段,很明显在保持最大载荷时深度往回走
也就是说在最大载荷保载的时候,本应该深度加深,但是出现了深度减小的现象,即保载平台的力曲线往回走的现象,说明材料有残余应力。
既然有残余应力,那么测试结果数据是不可信的。需要将残余应力去除,我们采用的方法是超声波清洗法来去除残余应力。
第二步取出样品,放入烧杯加入乙醇在超声波清洗机中进行超声波清洗30分钟。取出样品烘干,纳米压痕测试。测试条件不变
最大载荷2mN,加载速率4mN/min,保持10s.
测量结果
维氏硬度HV=711.31 Vickers
弹性模量EIT=253.76 GPa
对比图一的测试结果HV减小一倍,EIT显著增加
力位移曲线如下图二
观察力曲线保载10s段,深度增加并无反弹往回走的现象,说明残余应力已经去除。测试数据可信。
3、结论
①机械抛光可能会造成材料表面有残余应力,然而残余应力会严重干扰测试结果。
②抛光之后需要对样品超声波清洗,尽可能的消除因机械抛光造成的残余应力。
③在仪器法纳米压入硬度测试时通常需要在最大载荷保载数秒。
④发现测试曲线保载段有往回弹的现象测试结果应不可用。
⑤超声波清洗法也有可能无法消除材料表面残余应力的风险,需要寻找其它方法(比如退火处理)。