【其他行业标准】 硬质合金刀具残余应力检测方法

ICS25.100.01
备案号：53571—2016
中华人民共和国机械行业标准　JB/T12615—2016
硬质合金刀具残余应力检测方法Residual stress testing methods for cemented carbide cutting tool2016-01-15发布
2016-06-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言、
2规范性引用文件
术语和定义
5试样的要求和准备
6测试仪器和设备..
7测试条件和步骤，
7.1参数选择..
7.2测试步骤..
8误差修正分析.
附录A（资料性附录）
弹性常数
图1X射线衍射应力测试的正交坐标系图220gwsin?曲线
表A.1WC（六方晶系，a=0.29062nm，c=0.28377nm）的弹性常数表A.2Co（六方晶系，a=0.25054nm，c=0.40893nm）的弹性常数表A.3Co（立方晶系，a=0.3549nm）的弹性常数JB/T12615—2016
JB/T12615—2016
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。言
本标准由全国刀具标准化技术委员会会（SAC/TC91）归口。
本标准起草单位：株洲钻石切削刀具股份有限公司。本标准主要起草人：高跃红、左锐、林江华。本标准为首次发布。
1范围
硬质合金刀具残余应力检测方法本标准规定了硬质合金刀具残余应力的X射线衍射测定的检测方法。本标准适用于硬质合金刀具残余应力的检测。JB/T12615—2016
本标准并未提出使用过程中相关的安全问题，使用者在使用之前应制定适当的安全和健康操作规范，并采取相应的措施
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T7704无损检测X射线应力测定方法JB/T9394无损检测仪器X射线应力测定仪技术条件3术语和定义
GB/T7704、JB/T9394界定的术语和定义适用于本文件。4原理
X射线应力测定的最基本的思路是把一定应力状态引起的晶格应变认为与按弹性理论求出的宏观应变是一致的。而晶格应变可以通过布拉格方程由X射线衍射技术测出，这样就可以从测得的晶格应变来推知残余应力。
X射线衍射应力测试的正交坐标系如图1所示。根据弹性力学理论，在宏观各向同性晶体材料上角度β和方向的应变可以用公式（1）～公式（3）来表述。
Isthk/:33 cos? y+
sbk1 = S(hkl[011 +22 +033]+
Isthkl[o1 cos + 22 sin? p+ Ti2 sin 2]sin’ y+k[ +23 i]in2
= i1 cos + 22 sin? p+ tTi2 in 2pT=Ti3cosp+T23 sinp
式中：
syhkin
Sthk1)
022，33
晶面(hkl)在β和w方向上的应变；晶面(hkl)的X射线弹性常数；
在坐标S、S2和S，（图1）方向上的正应力分量：(1)
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Ti2—St和S2平面内的剪切应力；Ti3——S和S3平面内的剪切应力；23——S2和S;平面内的剪切应力;Φ角方向的正应力；
说明：
角方向的剪切应力。
SI、S2-—样品平面内的坐标轴，其中Si为自定义方向；S3—垂直样品表面的轴线：
一试验测试坐标系，其中Ls为所测(hkl)衍射晶面的法线，与入射线和衍射线的夹角的平分线重合；Li、L2、L3
一样品平面一固定方向与衍射晶面法线的样品平面内投射之间的夹角：样品法线与衍射晶面法线之间的夹角：一应力方向。
图1X射线衍射应力测试的正交坐标系在实际应力测定中，每个角对应有衍射角29g，若干个28和sin2关系组成如图2所示的20sin2函数曲线。由于X射线对试样的穿入能力有限，所以只能测量试样的表层应力。在这种情况下，可以近似把试样表层应力分布看成二维应力状态，即の33=0。在不计入剪切应力因素的情况下，28ew-sin2y是直线。根据测定的20ew-sin2w线的斜率M，可用公式（4）、公式（5）计算应力g。2
29ey-siny曲线
式中：
E-弹性常数；
U—泊松比；
2(1+u)Www.bzxZ.net
coto 180 (sin2 v)
2(1+u)
S(siny)
6——Φ=0°、=0°时的入射角，入射线与衍射晶面之间的夹角；2一衍射角，入射线与衍射线之间的夹角。5试样的要求和准备
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（4）
.·(5)
5.1应选择照射成分一致性较高的区域。由于X射线的选择性，测得的应力为X射线束照射体积内某指定相特有的平均内应力（X射线在硬质合金中的入射深度与所用波长有关，平均值为3μum～10μum）。5.2硬质合金中相组成不一、固溶度不同，本标准在测定相的应力时存在困难。5.3X射线衍射应力测量要求试样晶粒尺寸在1μm～100μm之间。晶粒度太大，参与衍射的晶粒数量变小，对衍射峰做出贡献的衍射域变少，导致衍射峰峰形和强度在和?方向上发生大的变化。晶粒度太小，存在于微晶粒/晶粒之间的微观应力引起的衍射峰位移变大，从而影响X射线衍射残余应力的测定。
5.4待测样品应具有大于X射线束的平整测量平面，弯曲表面会导致偏低的测量值。对不符合规格的样品在不影响测量平面的前提下可以进行切割。高温、机械破坏、腐蚀等都有可能破坏测量面的原有应力状态。应尽量避免对样品表面进行处理，如果待测试样表面存在污垢、汕膜、油漆、厚氧化层等，可以通过电解抛光或使用化学物质进行清理，以尽可能保持样品原有应力场。在进行样品准备时应避免使用可能削弱晶界或可能优先腐蚀某个物相的化学物质，以免导致局部应力松弛。6测试仪器和设备
测试仪器和设备应满足GB/T7704、JB/T9394的要求。7测试条件和步骤
7.1参数选择
X射线应力测试应选择超过130°的20衍射角，在非理想状态下可使用26不低于120°的衍射角。在低角度测量应变时敏感度较差，所以不推荐使用26小于120°的衍射角，可通过更换靶材找到合适的应力测试角度。对WC相，用CuK。辐射线，取(300)衍射晶面，弹性常数参见附录A；对立方Co相，用FeK。辐射线，取[311)衍射晶面，弹性常数参见附录A。测定和计算残余应力，必须了解被测材料的晶体数据和X射线弹性常数。为了使实验室之间的报告一致，建议使用附录A所列弹性常数。7.2测试步骤
7.2.1按5.3中所述的要求准备试验样品。7.2.2将待测部位置于辐射线照射区域，同时保证待测表面与聚焦圆相切。7.2.3根据试样和仪器情况，选择GB/T7704所列测定方法，获得足够多不同的V角的X射线衍射线。3
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角可以通过等分法（如：=0°、15°、30°.…）和sin2值等分法（如：sin2=0.1、0.2、0.3）设置。
7.2.4sin2值在特定的β方向需要至少测试4或5个，为了提高测量的精度，建议使用6个或6个以上不同的sin2y值来进行应力的测定。7.2.5根据GB/T7704所列定峰方法或其他适当的方法确定衍射峰位置。7.2.6根据测定的20w-sin2y线的斜率M，计算应力g。误差修正分析
应力测定随机定误差可按公式（6）～公式（8）计算。Aox = KAM ...
nx-x,Y
E[Y -(A+ MX,)2
AM = t(a,n-2)
(n -2)(X, - X)2
式中：
应力测定误差，单位为兆帕（MPa)；应力常数；
-2w-sin?线斜率误差；
业角的个数；
sin?y;
Y,=20r;
t(a,n-2)-
-对应自由度（n-2），置信度（1-a）的t分布值；A=Y-MX。
9报告
试验报告应包含以下内容：
a）试验设备型号以及仪器参数（电压、电流、靶等)；b）检测人员信息和测定日期；
c）材料类型和试样描述（测量位置、材料X射线弹性常数等）；d）衍射峰修正方法、定峰方法等详细的应力计算过程数据；e）试验结果（应力大小、误差等）；f）供需双方协商内容。
（8）
附录A
（资料性附录）
弹性常数
JB/T12615—2016
为了使实验室之间的报告一致，建议使用表A.1～表A.3中列出的弹性常数。其他参考文献的值可能不同，所有弹性常数的数值都应注明。表A.1WC（六方晶系，
a=0.29062nm，c=0.28377nm）的弹性常数晶面(hkl)
晶面(hkl)
Ethkl)/103N
sk /10-6 mm
sthk) /10-6 mm2
Co（六方晶系，a=0.25054nm，c=0.40893nm）的弹性常数Ethk1/103N
ofaki)
1sk1 /10-6mm2
sthk) /10-6 mm2
JB/T12615-2016
晶面(hkl)
晶面(hkl)
Co（六方晶系，a=0.25054nm，c=0.40893nm）的弹性常数（续）El/10
ofhkn)
Co（立方晶系，
a=0.3549nm）
Ehkl/13 N
ufhkly
的弹性常数
sftkl /10~6 mm
sthkl /10-6 mm
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