如何识别样品由于抛光导致的应力残留及消除方法

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）。