ICS 77.040.10 CCS H 22 中华人民共和国国家标准 GB/T 24179—2023 代替GB/T24179—2009 金属材料 残余应力测定 压痕应变法 Metallic materials-Residual stress determination- Indentation strain-gage method 2023-08-06发布 2024-03-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T24179—2023 目 次 前言 范围 1 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 符号和说明 5 原理 测量设备和材料 7 测量步骤 8 应力计算函数的确定 9 试验报告 附录A（规范性） 不同测量条件下的应力计算方法 附录B（资料性) 与母材强度不匹配的焊缝应力计算方法 附录C（资料性） 应变函数的数值标定方法 13 参考文献 GB/T24179—2023 前言 起草。 本文件代替GB/T24179—2009《金属材料残余应力测定 压痕应变法》，与GB/T24179一2009 相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下： a 将术语“标定系数”更改为“应变函数”（见第3章，2009年版的第3章）； b) 更改了部分符号和说明（见第4章，2009年版的第4章）； 更改了原理描述（见第5章，2009年版的第5章）； (P 删除了有关分段线性关系公式（2）说明内容，删除了公式（3）（见2009年版的第5章）； 删除了602应变花电阻值（见2009年版的6.2.1）； f) 更改了片基厚度的要求（见6.2.1,2009年版的6.2.1)； g). 更改了压头直径上限（见6.2.3，2009年版的6.4.1）； h) i) 增加了对标定试板热处理消除应力工艺的具体规定（见8.2.1）； j) 明确至少采用7个～8个应力水平进行标定以获得更为精确的应变函数，增加了标定时最大 外加应力应小于材料弹性极限而非屈服极限的要求（见8.3.3,2009年版的8.2.3）； k) 更改了非主应力方向的标定步骤（见8.5，2009年版的8.4）； ) 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）归口。 本文件起草单位：中国科学院金属研究所、东莞材料基因高等理工研究院、哈尔滨锅炉厂有限责任 公司、武汉华拓量测科技有限公司、中铝材料应用研究院有限公司、广东火炬检测有限公司、广船国际有 限公司、广东省中山市质量计量监督检测所、武汉钢铁有限公司、冶金工业信息标准研究院 本文件主要起草人：陈静、陈怀宁、李荣锋、王硕、姜云禄、董莉、李淦、牛关梅、黄佳建、宾远红、苏越骁、 刘冬、汪选国、宋文涛、申雷、曾志斌、王光培、侯慧宁。 本文件于2009年首次发布，本次为第一次修订。 GB/T 24179—2023 金属材料 残余应力测定 压痕应变法 1范围 本文件规定了采用压痕应变法测定金属材料表面残余应力的基本原理、测量设备和材料、测量步 骤、应力计算函数的确定和试验报告。 本文件适用于硬度不大于50HRC的各种金属材料表面残余应力的测定。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T231.2金属材料布氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准 JJG623电阻应变仪检定规程 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 应变增量 strain increment Ae 在材料表面产生压痕后，由残余应力场和球形压痕共同诱导的应变变化相互叠加后产生的应变变 化（输出）量。 3.2 应变函数straincalculationfunction 应变增量和弹性应变的关系函数。 注：与被测材料、应变花形状、球形压痕大小有关，一般可通过标定试验得到，用于应力计算，也可简称为应力计算 函数。 4 符号和说明 本文件使用的符号和说明见表1。 表1符号和说明 符号 说明 单位 A. 零应力下的应变增量 A.~A: 应变函数的系数 E 被测材料的弹性模量 GPa 1 GB/T 24179—2023 表 1 符号和说明（续） 符号 说明 单位 R po.2 被测材料的规定塑性延伸率为0.2%时的应力 MPa RMo.2 母材的规定塑性延伸率为0.2%时的应力 MPa RwO. 焊缝熔敷金属的规定塑性延伸率为0.2%时的应力 MPa 敏感栅1的长度方向与主应力方向的夹角 α 弹性应变 沿方向的弹性应变 Cey 沿y方向的弹性应变 E 10.2 对应于Rpo.2的应变 Ae 应变增量 Ae 沿方向的应变增量（沿主应力或平行焊缝方向） Ae 沿y方向的应变增量（沿主应力或垂直焊缝方向） n 与焊缝材料性质有关的修正系数，取值范围1~1.1 沿方向的应力（沿主应力或平行焊缝方向） MPa 沿方向的应力（沿主应力或垂直焊缝方向） MPa OM 采用母材应变函数得到的焊缝应力 MPa 修正后的焊缝应力 MPa 被测材料的泊松比 U 5 原理 在平面应力场中，由压人球形压痕产生的材料流变会引起受力材料的松弛变形拉应力区材料缩 短，压应力区材料伸长），与此同时，由压痕自身产生的弹塑性区及其周围的应力应变场在残余应力的作 用下也要产生相应变化。这两种变形行为的叠加所产生的应变变化量可称之为叠加应变增量（简称应 变增量）。利用球形压痕诱导产生的应变增量求解残余应力的方法就叫作压痕应变法。 压痕应变法采用电阻应变计作为测量用的敏感元件，在敏感栅轴线中心点通过机械加载产生一定 尺寸的压痕，见图1，通过应变仪记录应变增量数值，利用事先对所测材料标定得到的弹性应变与应变 增量的关系得到残余应变大小，再利用胡克定律求出残余应力 2 GB/T24179—2023 压头 应变片 图1压痕应变法测量残余应力示意图 研究表明，一定尺寸的球形压痕在残余应力场中产生的应变增量与残余弹性应变之间存在确定的 三次方关系（见图2所示的拉伸应变区规律，压缩应变区类似），即可将应变增量△。与弹性应变ε。的关 系用公式（1)表示。 De=A+Aiee+A2e?+Ase 式中： A. 零应力下的应变增量； 多项式常数，由标定曲线确定。 A1.A2A3 -100 —200 Ac/uc -300 变增量 ■0方向 400 15方向 30°方向 45"方向 600 400 800 1200 1 600 弹性应变e/ut 图2应变增量与弹性应变之间的关系 当在非主应力方向标定或测量应力时，如果此时主应力大于0.3Rp0.2或夹角大于10°，则常数A，～ A：要发生变化（A。值不变），它是一个与主应力方向夹角α有关的函数，见图2，其关系如公式（2）所 示，由标定曲线确定： ai+a2e+a+a+asa (2) 1+age+a+agα+aga? 式中： 拟合系数； ar~ag 应力方向与加载方向的夹角，以逆时针转到主应力方向为正，范围士45°。 α 3 GB/T24179—2023 6测量设备和材料 6.1J 应变记录仪 应变记录仪至少应满足JJG623中的1.0级要求。 6.2应变计 6.2.1应选双向或三向直角应变花（见图3）。应变计电阻值为1202，片基厚度应不大于50μm。 6.2.2为测量的方便性和准确性，所选用的应变计外形尺寸不宜太大，长宽尺寸推荐5.0mm～ 10.0mm；敏感栅尺寸的长宽尺寸为1.0mm~2.0mm。 6.2.3敏感栅端到压痕中心的距离与产生的压痕直径有关。压头直径一般在1.0mm～2.0mm，对应 的压痕直径在0.8mm~1.5mm，敏感栅端到压痕中心距离在2.5mm~4.0mm较为适宜。 6.2.4为便于产生压痕，应变花上应刻有敏感栅轴线的交点标记作为压痕中心点。 c）三向应变花 b）三向直角应变花 a) 双向应变花 标引序号说明： 1、2、3-敏感栅。 敏感栅1与敏感栅3成90°,敏感栅2与敏感栅1成45°或135° 图3压痕应变法测量残余应力用应变花 6.3压痕对中装置 为准确地在应变计敏感栅轴线的交点位置上产生压痕，需要事先通过光学放大镜对中并通过相应 装置确保对中精度。建议选用放大倍数20倍40倍、内置十字刻度线的显微镜。 6.4压痕产生装置 6.4.1试验应采用硬质合金球形压头，压头直径范围为1.0mm2.0mm。所采用硬质合金压头应符 合GB/T231.2中对硬质合金球的要求。 6.4.2压痕产生可采用静力加载方式，也可采用冲击加载方式。无论采用何种加载方式，为确保测量 过程中获得确定的压痕尺寸，应保证测量时所用力或能量与试验标定时所用的相同。 6.4.3压痕深度宜控制在0.1mm~0.3mm。 4