陶瓷材料壓痕彎曲梁中殘余應力的研究

羅 旋，王 娟

（江西陶瓷工藝美術職業技術學院，江西 景德鎮 333000）

在對于壓痕裂紋開裂行為實施相應的力學分析期間，如果具有殘余應力的現象，勢必會造成研究的困難度，給力學分析工作造成一定的影響。所以實際的應用期間，需要展開退火處理好壓痕試件，將殘余應力問題進行有效的消除掉，將實驗結果分析進行相應的簡化。在本文中，主要是采取理論分析的方式，提出定 量描述殘余應力舉措，并且以實驗的形式，探究退火消除殘余應力可靠性情況。

1 理論分析

影響到彎曲梁內壓痕裂紋的因素較多，主要涉及到外加彎曲應力、表面機加工殘余應力以及壓痕殘余應力幾種，很多作用能夠對于壓痕裂紋尖端部位應力場強度貢獻公式包括三種，分別是，Kr=XrP/c2/3，Ks=Mes。在公式中，外加應力 σ 分別是指 Ka、Kr、Ks。壓痕殘余應力σ*、表面機加工殘余應力為對于壓痕裂紋尖端部位KI的貢獻。a屬于壓痕裂紋深度，c屬于壓痕裂紋半長。壓痕壓制荷載是P。另外，Ms、Q表示的分別是表面修正因子、裂紋形狀因子。表征壓痕殘佘應力量級無量綱常數是Xr。依照應力場強度疊加原理，可以經過公式KI=Ka+Kr+Ks=Ya（σa+表示為彎曲梁中壓痕裂紋尖端部位的KI，并改寫成，其中的σr屬于等效壓痕殘余應力。

2 實驗情況分析

在試驗期間，采取無壓燒結氯化硅材料實施，通過磨削加工以后，得到了4 mm×2.4 mm×36 mm尺寸的試件。試件受拉面采取W2.5號金剛石研磨膏實施拋光，并且傾倒邊棱大概是45°。對實驗進行分類，即不同方式的處理試件，一種為試件在壓制壓痕前后同沒有采取退火處理的方式，另一種為試件于壓制壓痕之前在相應的溫度范圍之內（700～1200℃）展開一小時時間的退火處理，最后一種是壓制壓痕之后分別于700～900℃、950℃、1000℃的溫度范圍中進行退火處理，時間分別是60、30、10 min。

3 實驗的結果以及結論

表面殘余應力伴隨退火溫度改變的情況為：試件在壓制壓痕前后同沒有采取退火處理實驗中，是于退火之后展開壓痕壓制的，所以等效壓痕殘余應力σr不會受到退火影響，所以在直線關系中強度修正項σ*改變情況對于表面殘余應力變化進行充分的表現；試件于壓制壓痕之前在相應的溫度范圍之內（700～1200℃）展開一小時時間的退火處理實驗中，如果退火的溫度是在1000℃以下，在σf-直線關系內斜率項不會出現明顯的改變，但是在溫度為1100℃以上時，斜率項就會出現相應的改變。這一值能夠對于材料斷裂韌性KIc大小進行反映。所以把壓痕彎曲梁內殘余應力實施退火處理期間，需要嚴格的采取最佳退火溫度，而且通常最高的溫度應該低于1000℃；壓制壓痕之后分別于700-900℃、950℃、1000℃的溫度范圍中進行退火處理，時間分別是一小時、半小時、10分鐘實驗中，如果退火溫度進行提高至900℃，則會明顯的加大值，顯示出了表面殘余應力因為退火處理呈現出部分的消除的情況，并且在增加溫度時，值具有恒定的趨勢。在退火溫度是在950～1000℃期間，基本消除掉表面殘余應力。

因此，退火處理能夠將因機加工所引發試件表面殘余壓應力進行全部的消除掉，但是需要注意的問題就是采取最佳退火溫度。在退火的溫度過低的情況下，容易導致不能徹底將表面殘余應力進行消除，相反的，如果溫度過高，則大大提升改變材料性能的幾率。而且退火處理僅可以對壓痕壓制過程所引發壓痕殘余拉應力進行消除，并且消除的不完全。實施改進之后的壓痕彎曲梁法對于斷裂韌性展開測定，可以不對于試件展開退火處理。

4 結語

鑒于壓痕裂紋開裂行為力學分析期間，一旦產生殘余應力的現象，容易給順利研究造成較高困難度的情況，實際的應用期間，有必要展開科學合理的退火處理好壓痕試件工作。通過徹底的消除殘余應力問題，使得實驗結果分析的簡化，并且不影響力學分析工作。