T/ZSA 168-2023 金属材料 盘/环形锻件残余应力测定 轮廓法

ICS77.040.10

CCSH22

团体标准

T/ZSA168-2023

金属材料盘/环形锻件残余应力测定

轮廓法

MetallicmaterialsDeterminationofdisk/ringforgingsresidualstress

contourmethod

2023-11-10发布2023-11-11实施

中关村标准化协会发布

T/ZSA168—2023

目次

前言...................................................................................I

引言..................................................................................II

1范围.................................................................................1

2规范性引用文件.......................................................................1

3原理.................................................................................1

4设备.................................................................................2

5测量.................................................................................2

6误差分析.............................................................................5

7测量报告.............................................................................5

附录A（资料性）典型高温合金轮盘残余应力测定实例（非接触式坐标测量机测量）.............7

附录B（资料性）典型高温合金轮盘残余应力测定实例（接触式坐标测量机测量）...............9

T/ZSA168—2023

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

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。

本文件由中关村标准化协会技术委员会提出并归口。

本文件起草单位：钢铁研究总院有限公司、中关村材料试验技术联盟、北京钢研高纳科技股份有限

公司、哈尔滨工业大学（深圳）、中国航发沈阳发动机研究所、中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任

公司、中国航发动力股份有限公司、中国航发四川燃气涡轮研究院、中国航发上海商用航空发动机制造

有限责任公司、中国航发南方工业有限公司、中国航发湖南动力机械研究所。

本文件主要起草人：毕中南、秦海龙、陈惠霞、李东风、师俊东、董志国、周涛、赵兴东、李昌永、

寇录文、王荣、钟燕、张国栋、盛俊英、黄子琳。

I

T/ZSA168—2023

引言

残余应力是平衡于物体内部的应力，源于制备过程中不均匀的塑性变形。金属盘/环形锻件在制备

过程中产生的残余应力会对后续精加工和服役过程造成重要影响，并有可能成为导致部件失效的重要因

素之一。

轮廓法是一种破坏性的残余应力测试技术，于2001年被首次提出并验证。轮廓法的理论基础是

Bueckner叠加原理的一种变换。它具有过程简单、经济、对微观组织不敏感等特点，通过测量计算可

得到垂直于切割平面的残余应力平面二维分布图。

本文件制定的目的是为在工程应用中金属盘/环形锻件内部残余应力的可靠测定提供技术规范。

II

T/ZSA168-2023

金属材料盘/环形锻件残余应力测定轮廓法

1范围

本文件规定了采用轮廓法测定金属材料盘/环形锻件内部残余应力的术语和定义、原理、设备、测

量和试验报告。

本文件适用于金属材料盘/环形锻件内部弦向残余应力面分布的测定。具有对称结构的金属材料弦

向残余应力测定可参照使用。

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/T16857.1产品几何量技术规范(GPS)坐标测量机的验收检测和复检检测第1部分：词汇

GB/T16857.4产品几何量技术规范(GPS)坐标测量机的验收检测和复检检测第4部分：在扫描

模式下使用的坐标测量机

GB/T33582机械产品结构有限元力学分析通用规则

3原理

利用了应力释放与变形的关系，并将有限元法和释放技术结合，计算得出某一截面上的内部应力分

布。

图1a）所示为具有残余应力的工件，待测oyz平面上的初始应力张量为σＡ(x,y,z)；将工件沿着需

要评估应力的平面完整切开成为两半，应力释放将引起切割面变形，见图1b），此时切割变形后切割

面上的应力张量为σB(x,y,z)；σC(x,y,z)为图1c）中使得切割变形后曲面恢复到切割前平面状态的应力

张量。假设切割面的变形轮廓是由残余应力弹性释放造成的，并且切割过程不会产生额外的附加应力，

根据Bueckner叠加原理，可得式(1)：

σＡ(x,y,z)=σB(x,y,z)+σC(x,y,z)(1)

当工件沿切割面切开后，应力释放引起切割面变形，切割面上的位移边界条件和应力边界条件都为

BBB

0。此时切割面上x方向的正应力σx(x,y,z)、xy方向的切应力τxy(x,y,z)、xz方向的切应力τxz(x,y,z)

都为0。

由于表面轮廓的测量仅限于切割面的法向方向（x方向）。因此，仅可在x方向施加位移边界条件，

使得切割变形后的曲面恢复到切割前的平面状态，y方向和z方向的位移不受限制。此时，切割面上