研究背景

轻质镁合金构件内部残余应力检测与控制，在航空航天制造领域，尤其是高精密控制系统具有强烈的技术需求。由不均匀的塑性变形、热应力产生的塑性变形、相变或沉淀析出引起的体积变化以及化学作用等因素造成的残余应力问题，将导致工件变形产生较大尺寸误差进而影响装配和使用，严重时发生开裂。如何测试获得材料内部残余应力大小及分布是研究残余应力形成及消减控制的首要问题。

北京科技大学张津教授和西南技术工程研究所郑林研究员等人针对工件内部残余应力的无损检测这一难题，采用自行研发的短波长特征X射线衍射技术在国内外首次测定了 5mm厚镁合金板内部残余应力。获得了ME21镁合金挤压板材内部的特征衍射谱及沿厚度的残余应力分布，表明板材横向的残余应力梯度大于挤压方向的残余应力梯度。此外，挤压前均匀化退火可以弱化挤压前板材内部织构，降低残余应力的最大值，并使得残余应力分布更均匀。

图1 短波长特征X射线衍射技术测量残余应力示意图

文章发表

该研究成果发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2019年第七卷第1期： 

[1] Y. Lian, P. Ji, J. Zhang, X. Yuan, W. Xu, Y. Zhao, J. Mo, L. Zheng, S. Dou. Effect of homogenization annealing on internal residual stress distribution and texture in ME21 magnesium alloy extruded plates. Journal of Magnesium and Alloys, 2019, 7(1): 186-192.

中文摘要

采用短波X射线衍射(SWXRD)无损测试方法获得了5 mm厚ME21镁合金挤压板材的残余应力分布，探讨了挤压前均匀化退火对残余应力的影响。使用退火无应力标样，采用经典d0法，测定了挤压板材的残余应力。残余应力结果表明，TD方向残余应力在厚度方向上的梯度大于RD方向。挤压前进行的均匀化退火处理可以降低挤压板材的残余应力，经均匀化退火的挤压板材最大残余应力降低、残余应力分布更为均匀。

Abstract

The distribution of residual stresses through thickness of 5 mm-thick ME21 magnesium alloy extruded plates was analyzed non-destructively using short-wavelength X-ray diffraction (SWXRD), and the effect of homogenization annealing before extrusion on the residual stress was discussed. The classic d0 method with an annealed stress-free reference specimen was employed to determine the residual stress of the extruded plates. The residual stress results showed that the gradient of residual stress in the transverse direction was larger than that of the extrusion direction. The homogenization process prior to extrusion weaken the formed sample's texture. The maximum residual stress of the as-extruded plate was reduced, and the residual stress distribution was homogenized.