LiH材料测试件残余应力测试方法

LiH是一种类似食盐的白色结晶物质，外表看上去像卤化物而远比金属锂致密，是较稳定的结晶状化合物。由于LiH材料具有强度和塑性低、热传导率低、热膨胀系数大、极具脆性、极易吸潮等特性，加之零件本身的结构尺寸等因素，同时LIH部件属于非金属材料脆性材料，其物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有很大差异。部分体积较大的产品在生产加工过程中容易出现一些质量问题，如内部产生裂纹等缺陷，其中一个直接原因是由于烧结过程产生的热应力的作用。LIH材料裂纹缺陷的产生可以归结为内部热应力和外部裂纹扩展所致。

LIH材料在压制成型构成中，热压和冷压均可能产生裂纹。本文主要是采用盲孔法对烧结、机加成型的SR40超半球和Φ60圆柱LIH测试件进行残余应力测试，总结并分析其表面应力的分布状态。

残余应力测试试验

经冷压、烧结成型的LIH棒料在手套箱中进行切削加工而成SR40超半球和Φ60圆柱LIH测试件，严格控制手套箱内湿度、含氧量及温度。

测试使用的仪器是聚航科技生产的JHMK残余应力测试系统 ，由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成。三栅电阻应变片，阻值120Ω，灵敏系数（2.07±1）%。

盲孔法测试LIH材料残余应力步骤

1. 划线、定位、粘贴电阻应变片；

2. 电阻应变片与应力测量仪连接；

3. 钻具安装及钻盲孔；

4. 测读释放应变数据；

5. 残余应力计算。

测试时将JHYC静态应变仪中的16、17、18通道分别与应变片中的X、Y、Z向的丝栅金属丝连接。连接方式采用锡焊焊接，钎剂用松香，焊后用胶带将导线固定在试件上以防拉断。

测试结果及讨论

残余应力测试结果

测试过程中环境温度23℃，相对湿度RH62%。

SR40超半球、Φ60圆柱的LIH测试件盲孔法测量的各向应变测量值见表1。测试结果显示，不同位置，不同方向上的应变均为负值，说明其所测得的应变方向性正确。

讨论

表1为盲孔法径向σ_r和周向σ_t残余应力计算结果。实验结果表明，盲孔法可用于测试LIH材料球形及圆柱形试件的表面残余应变值，从而计算出被测试点的残余应力值。

SR40试件型面残余应力分布

由表1中的径向σ_r和周向σ_t残余应力得到SR40超半球试件的球面和端面残余应力分布（图1）。

图1a显示SR40超半球LIH的外型面顶点、30°、45°、60°、90°等处残余应力分布。径向σ_r残余应力均为压应力，周向σ_t残余应力均为拉应力。从球面顶点到45°处，径向σ_r逐渐增大，由-2.8730MPa增加到-9.5670MPa；周向σ_t也逐渐增大，由0.9059MPa增加到2.2352MPa。从45°到60°处，径向σ_r和周向σ_t残余应力逐渐减小。从60°到90°径向σ_r和周向σ_t残余应力又逐渐增加，但不超过45°处的残余应力值。

图1b显示SR40超半球LIH端面的径向σ_r和周向σ_t残余应力分布。端面中心残余应力值最小，径向σ_r为-2.2379MPa，周向σ_t为0.5978MPa。从中心到端面边缘，径向σ_r和周向σ_t残余应力的大小是逐渐增加。

Φ60圆柱端面残余应力分布

图2为圆柱LIH上端面的径向σ_r和周向σ_t残余应力分布状态。端面中心残余应力值最小，从断面中心到端面边缘，径向σ_r和周向σ_t残余应力的大小是逐渐增加后又逐渐减小。

对比图1b和图2，圆柱上端面12mm圆周处和SR40超半球端面的径向σ_r和周向σ_t残余应力值。结果表明，Φ60圆柱的径向σ_r和周向σ_t残余应力值跳动较大，说明采用盲孔法测试该点的残余应力过程中附加应变过大，其主要来源于钻盲孔时产生的钻削附加残余应变。

总结

1. 盲孔法可用于经压制、烧结成型的LIH材料构件的残余应力测试。在测试过程中，需尽量避免钻盲孔产生较大的附加应变。

2. SR40超半球LIH测试件的球面45°处残余应力值最大，径向σ_r达到-9.5670MPa，周向σ_t达到2.2352MPa。球面各点处径向σ_r残余应力均为压应力，而周向σ_t残余应力均为拉应力，且径向σ_r大于周向σ_t，测试件呈压应力状态。

3. Φ60圆柱LIH端面中心残余应力值最小，从端面中心到端面边缘，径向σ_r和周向σ_t残余应力值是逐渐增加后逐渐减小。