简述2015年至2019年残余应力学术进展

吕克茂, 吕东艳, 程时美

[1.邯郸市爱斯特应力技术有限公司, 邯郸 056011； 2.北京科技大学(管庄校区), 北京 100024]

2015,2017和2019年分别在都江堰、杭州和丹东召开了第18,19和20届全国残余应力学术交流会。会议上除概括介绍残余应力技术应用研究的进展之外，还单独提及超声冲击强化技术相关问题，以及中子衍射和同步辐射残余应力技术发展概况。笔者认为作为学术交流的总结，有必要将残余应力分类及其X射线表征、形变强化的机制等方面不同的学术观点加以归纳，供业界参考。

1 残余应力技术的应用研究

近年来残余应力技术，特别是喷丸强化(表面产生残余压应力)技术，已经应用于大部分机械行业，形成规模，产生显著的经济效益和社会效益。据估算，近5 a(年)来全国的残余应力测试工作量比以往同期增长数倍。

上海交通大学姜传海在核电设备的汽轮机轮盘、叶片、转子、联轴器，以及各种重要装备的齿轮、弹簧的残余应力测试和研究方面作了大量的、卓有成效的工作。中国航发北京航空材料研究院陶春虎在大量航空制件失效分析中评估了残余应力的作用，认为残余应力对航空构件的服役安全起关键作用。北京卫星制造厂朱小溪等介绍了残余应力测量技术在航天领域的应用。

1.1 残余应力与疲劳

残余应力与疲劳性能的关系是残余应力应用研究最为广泛、深入且成果最为显著的主题。

重庆大学叶文海研究了模具钢的热疲劳与残余应力问题。上海理工大学卢曦在杭州会议上系统地阐述了涉及残余应力的抗疲劳设计和制造中的理论及技术问题。西北工业大学刘道新等将钛合金进行了离子渗锆+喷丸复合处理，使材料的微动疲劳寿命显著提高，主要原因归于复合处理获得了更为有利的残余压应力场。西南交通大学陈辉团队对高速列车铝合金焊接结构进行研究，阐述了工艺过程对残余应力状态的影响，残余应力对高强度铝合金服役行为的影响及高速列车焊接残余应力的调控措施。陈辉团队的工作重点涉及疲劳，并通过试验验证了平均应力理论即Goodman关系，提及残余应力对疲劳裂纹扩展速率的影响等。马传平指出，喷丸的效果较好，能把表面全部变为压应力状态，而且在整个疲劳试验周期内(12×106周次)表面应力性质不发生改变，可以保证构架侧梁的抗疲劳能力。

北京航空材料研究院王欣等针对FGH96粉末合金，研究了一次喷丸、二次喷丸和车削状态下其表面形貌、残余应力场和高温低周疲劳寿命，喷丸介质是陶瓷弹丸+铸钢丸+陶瓷丸。结果表明，裂纹萌生寿命的差别是造成各种工艺间低周疲劳寿命差别的根本原因；如何通过工艺方法保障粉末合金表面状态，成为提高其低周疲劳寿命的关键；二次喷丸后表面留下圆滑弹坑使得表面实际微观应力集中减小，降低了局部的实际受力；在0～0.1 mm处数值较大的残余压应力场，缓和了实际外加载荷，也降低了局部的实际受力；喷丸引入的表层弹塑性形变，提高了进一步滑移萌生裂纹的难度,这使得疲劳裂纹萌生需要更大的能量，从而延长了裂纹萌生寿命；最关键的是，低周疲劳可以通过表面强化手段提高寿命。王欣、宋颖刚与沈阳黎明航空发动机公司的孟震威合作研究了喷丸强化对M152马氏体热强钢疲劳性能的影响。

大连理工大学付雪松、赵慧生等对TC4钛合金进行湿法喷丸(湿喷丸机器以空气压缩机为动力，将陶瓷弹丸和水按质量比1…10的比例混合成磨液，以较高的速度喷射到实验材料表面)。结果表明，低载时疲劳裂纹源出现在材料次表层；当外部载荷为550 MPa时，裂纹源位置距表面200 μm；随着载荷增加，裂纹源逐渐向表面转移。由此笔者联想到，按照张定铨、何家文[1]的论述，基于残余应力在疲劳中起到平均应力作用的观点，依据Goodman关系，可以把表面喷丸压应力折算为材料局部疲劳抗力；当载荷应力低于局部疲劳抗力时，疲劳寿命提高n个数量级之后，继续循环，才可能在夹杂物处产生表下疲劳源；如果疲劳载荷高于或接近局部疲劳抗力，疲劳裂纹源自然会相应地转移至表面或近表层。付雪松、赵慧生等还证实，喷丸处理TC4合金因弹丸撞击使表面粗糙化，形成微尺度的凹凸起伏轮廓并诱发应力集中效应。喷丸强度为0.4 mm，覆盖率200%时，表面粗糙化缺口效应的应力集中系数为1.42，强化层深度达50 μm。当外加载荷为550 MPa时，缺口根部应力值为781 MPa，会加速裂纹萌生和扩展，对疲劳性能产生不利影响。

上海汽轮机厂丁丽锋依据测试所得的数据对核电汽轮机低压转子轮盘的喷丸强化残余应力与其疲劳寿命的关系作了评述。一汽集团李润哲从材料热处理和喷丸工艺方面进行综合研究，提升了弹簧的材料性能和制造工艺技术水平，使得一汽集团生产的新一代车型的高工作应力悬架弹簧的寿命得到可靠保障。上海航天控制技术研究所刘焕秀等研究了齿轮钢的喷丸强化效果，对于齿轮钢来说，喷丸的作用除了产生残余压应力之外，还可以降低残余奥氏体含量提高尺寸稳定性，增加表面硬度、耐磨性以及抗疲劳性能。中车戚墅堰机车车辆工艺研究所刘忠伟、唐亮分析了重载机车齿轮轴近齿端油槽底部断裂事故，试探采用喷丸、超声冲击等不同的强化方案。另外轮缘厚度小于全齿高的“薄壁齿轮”，过盈装配会使齿根产生较大的拉应力，因此会发生因疲劳而断齿的事故。采用喷丸强化手段，使齿根的压应力达到-850～-1 200 MPa，保证了薄壁齿轮安全运行，由此一项便为公司带来巨额经济效益。近年该团队还进行了直径小于0.1 mm的微粒子喷丸的初步研究，其可改善齿轮表面质量，取得了有益成果。 中科院力学所李正阳研究了激光相变硬化对亚共析钢接触疲劳性能的影响。激光相变硬化处理后的亚共析车轮钢的抗接触疲劳能力显著增加，疲劳试验后没有出现明显的塑性变形。经分析，主要原因有3点：一是相变硬化层的硬度大，不易变形；二是硬化层内的残余奥氏体在接触疲劳试验过程中既保证了韧性，又通过部分形变诱导转变为马氏体，增加了硬度；三是残余应力的存在延缓了疲劳裂纹的萌生与扩展。华东交通大学何柏林研究了超声滚压对45钢表面完整性和疲劳性能的影响，滚压对零件表面起到光整作用，同时产生有益于疲劳强度的压应力。西南交大李行、张继旺对机车车轴钢进行了微粒子喷丸，取得可喜成果。

陆军装甲兵学院董世运、汪勇等在再制造领域进行了大量的残余应力测试和研究工作，取得了丰硕成果，核心内容涉及再制造零部件的使用性能和寿命与残余应力的关系。

1.2 焊接结构的残余应力

水利部郑州水工机械质检中心靳红泽等长年从事水利水电工程中的钢结构焊接残余应力的检测工作，遍及全国各地的著名大型水利水电工程，将X射线应力仪应用于现场检测，积累了丰富的经验和资料。岔管是水电站地下工程中的关键部件，结构复杂，焊缝占比大，其焊接质量和残余应力备受业界关注。靳宏泽的检测结果表明，适当提升岔管例行水压试验的压力，可以降低约30%的焊接残余应力幅度。

笔者早年应邀到四川二滩水电站检测转轮焊接应力及对焊缝进行局部保温退火处理之后的应力，发现由于转轮结构的复杂性和强大拘束条件的存在，局部退火之后的焊缝及热影响区依然残余较高的应力。转轮各处较高的、极不均匀的应力，在运行过程中自然会逐步松弛，但是必然以产生永久变形为代价。转轮的变形将破坏原有的动平衡状态，特别是叶片之间迷宫间隙的不均匀，会引起附加振动，这些因素必将有损于转轮的疲劳寿命。笔者的这些分析结论后来得到了应验。

西南交大陈辉在都江堰会议上作了题为《工艺过程对铝合金结构焊接残余应力及服役性能影响研究》的报告。电弧焊接广泛应用于高速列车车体、转向架金属及其复合材料的结构制造，但是当下急需解决包括铝合金焊接变形、焊接残余应力、焊接接头软化等在内的诸多问题，发展优质、高效、环保、智能焊接新方法新理论，完成高速列车焊接制造的再创新。试验结果指出激光-MIG(熔化极惰性气体保护焊)电弧复合焊接方法结合激光焊和传统MIG焊的优点，具有能量集中、焊接效率高、热输入小、焊接变形小等优点，可以获得高质量的铝合金焊接接头。苟国庆、马传平等关注高速列车铝合金车体转向架焊接残余应力分布及极端条件下的残余应力，通过大量测定车体、转向架制造过程各工序之间和经过一定时期运行之后的残余应力，然后进行统计分析，从中找出残余应力产生和演变规律，便于掌控和调整残余应力。中国核动力研究设计院伍建文等研究了Inconel690合金与321不锈钢异种金属焊接接头的残余应力。

1.3 构件变形与残余应力

构件变形与残余应力密切相关。除了焊接结构的变形备受关注之外，不少学者还致力于研究轧制金属板材的板型以及板材制品的后期变形问题。中国钢铁股份有限公司郭士纲介绍了有关钢铝板的平坦度与残余应力的研究成果。中铝材料应用研究院有限公司牛关梅等研究了铝合金构件的残余应力。超高强铝合金具有比强度高、耐腐蚀、延展性好等优点，在航空航天器材制造中所占有的材料比例已经达到80%以上。7085铝合金是新一代高强、高韧、低淬火敏感性航空结构材料，主要应用于飞机大型主承力结构件的制造。自由锻造铝合金超厚板淬火残余应力过大的问题显著，淬火残余应力过大极易导致厚板后续加工变形、尺寸精度达不到要求而报废，国内外一直非常重视航空结构零件加工变形的研究。残余应力在铝合金锻件塑性加工过程中普遍存在，对于超厚截面(厚度50 mm以上)锻件，淬火残余应力尤为突出。传统冷压的方法可以显著减小厚板的淬火残余应力。结合试验和有限元模拟法，牛关梅等得出的结论是，7085铝合金自由锻厚板浸没式淬火过程心部温度降到350 ℃需要60 s，降温过程中角部与心部最大温差可达298 ℃；淬火后自由锻厚板的残余应力场呈现内拉外压状态，x向和y向应力范围为-221～248 MPa，z向应力相对很小。对比分析得出，分段重叠冷压法削减淬火残余应力的最优冷压量为1%。经过1%冷压后，厚板淬火应力明显降低，大部分应力分布于-50～50 MPa。基于分段冷压的机理，冷压面重叠区域有一定的高拉应力集中区，拉应力最高达107 MPa。此外，哈尔滨工业大学姜建堂等研究了大型铝合金构件残余应力演化及变形响应，北京理工大学、北京航空航天大学李变红等对初始残余应力和加工引入残余应力对加工变形的影响进行了研究。

1.4 残余应力分析用于在役管道的安全评估

西南交通大学成志强教授联合苏州天然气管网公司将残余应力应用于油气管道的安全评估。

我国油气管道总长度在12×104km以上，堪称国民经济的大动脉。成志强团队开展了全尺寸模型管道内压和弯曲试验，验证了X射线应力检测的有效性和检测精度。在冬季管道发生冻胀期间，应用X射线应力分析仪器对冻胀管道进行现场检测。基于应力种类的区分及识别成果，参照管道相关标准，确定了冻胀管道的安全裕度。对高危管道进行实时应力监测之前，采用X射线应力分析仪器检测管道当时的应力，作为监测应力的基础值，提高了管道应力监测预警的精度。成志强利用X射线测定残余应力，监控管道安全，此项工作具有开创性。

2 激光冲击强化

激光冲击强化作为一种新型的金属材料表面改性技术，其利用强激光束产生的等离子冲击波来提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力。与现有的冷挤压、喷丸等金属材料表面强化手段相比，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点，自产生以来得到了广泛的关注和研究。美国公开资料表明，激光冲击强化技术是美国F22战斗机发动机维护的标准配备，可使F119发动机的风扇和压气机整体叶盘疲劳寿命提高4～5倍,美军舰载机的着舰尾钩等也采用激光冲击强化技术来提高其疲劳寿命。我国从20世纪90年代就开始进行激光冲击强化技术的研究，由于该技术在国防、航空方面的高度敏感性，一直受到国外技术封锁，江苏大学、中航工业北京航空制造工程研究所、温州大学、中国科学院沈阳自动化研究所、广东工业大学等相关单位经多年努力探索取得了很大的进展。

温州大学冯爱新教授报道了上述单位激光冲击强化技术的最新研究进展，提出并报道了基于激光冲击波的材料组织、应力状态和性能定量调控技术，及其在航空发动机叶片、汽车关键零部件、风电轴承、再制造/熔覆表面的复合强化，泵阀、高端刀具和工模具的应用研发进展；介绍了各单位的激光冲击强化装备及其应用情况；介绍了针对不同工程背景下的强化需求的深冷激光冲击和中高温度场氛围的激光冲击的研究进展，针对智能化生产组织的系列柔性能量吸收层/约束层技术研发进展等。就不同研究与工程背景下的激光冲击强化的残余应力表征方法、分布规律、演化机制、影响因素、研究热点等进行了系统阐述与探讨。

3 中子衍射和同步辐射

近年来采用中子衍射和同步辐射测定残余应力的设备和技术有了长足进展。北京科技大学王沿东等的报告题目为《同步辐射与中子衍射在工程材料服役损伤评估中应用研究》。中国工程物理研究院陈波作了《中物院中子衍射残余应力分析平台与应用》的报告。中国科学院上海应用物理研究所李丽作了《基于同步辐射光源的应变/应力分析》的报告。中国原子能科学研究院刘蕴韬等介绍了中国先进研究堆中子残余应力试验平台。西华大学樊坤阳作了《氧化铝基陶瓷复合材料残余应力及其对力学性能的影响》的报告，其应力测定方法是中子衍射。

中国散裂中子源落户东莞，2017年出束，2018年建设完成。广东省和东莞市邀请张书彦教授回国，创立东莞材料基因高等理工研究院，拓展中国散裂中子源在材料与装备制造领域的应用。张书彦作了《中子衍射残余应力分析技术及其应用》的报告。

中国散裂中子源中科院高能物理研究所胡春明介绍了中子布拉格边透射及其应用。所谓布拉格边透射，就是布拉格衍射的一个特例，当衍射角2θ=180°的时候，在接收距离固定的条件下通过精密测定中子飞行时间，计算其飞行速度，进一步计算波长，便可测定晶面间距。

4 超声法、盲孔法的进展与应用

北京理工大学徐春广教授研发的超声应力仪利用超声波在材料中的传播速度等参量，无损检测构件内部残余应力的大小及分布，并可检测切向和法向应力，已经在航空航天、兵器船舶、管道桥梁、轨道交通等领域得到广泛应用，并形成相应的标准[3]。笔者早年的研究工作指出，影响超声传播速度的主要因素是材料和组织结构，应力状态的影响是次要的。

郑州机械研究所印兵胜介绍盲孔法测试残余应力时传统方法是一次钻孔到位，只能测出孔深范围内的平均残余应力,而且由于钻头对孔边形成挤压，钻孔本身会产生较大的应变，影响测量精度。国外最新的高速钻孔设备，采用逐层钻孔，在表面以下1.25 mm深度范围内，可以逐层测出每一个0.05 mm层深上的残余应力。而且由于采用倒锥形的钻头，钻孔本身产生的变形可控制在±8 mm以内。目前高速钻测残余应力在国内应用逐步展开，但设备还依赖进口。盲孔法广泛应用于测量焊缝残余应力，来评定焊接质量是否合格。另一重要应用领域是检查振动消除残余应力的效果，为振动消除残余应力的工艺制定提供依据。采用振动消除残余应力替代热处理消除残余应力，可大量节能减排。盲孔法也用于有机玻璃、玻璃钢等准各向同性材料的残余应力测试，并为这些材料的生产和热处理消除残余应力提供帮助。

5 残余应力的分类及其X射线衍射信息表征

1935年达维金科夫按X射线不同衍射效应将内应力分成3类[1]。第I类应力在宏观尺寸范围内平衡，引起X射线衍射谱线位移；第II类应力在晶粒尺寸范围内平衡，使谱线展宽；第III类应力在单位晶胞内平衡，使衍射强度下降。这样定义一方面是未说清楚3类应力间关系，另一方面也发现多相材料不同晶粒间的应力也可以引起谱线位移，与定义不符。

德国科学家马赫劳赫对内应力重新定义：第I类内应力在材料的宏观范围内平衡，当平衡破坏时有尺寸变化;第II类应力在晶粒尺度内平衡，当平衡破坏时有尺寸变化;第III类应力存在于原子尺度，平衡破坏时不会发生尺寸变化。3类应力间的关系如图1所示。

以上是残余应力学术领域人尽皆知的基本知识。然而何家文在2017年杭州会议上对马赫劳赫的3类应力图作了新的诠释，如图2所示。

图2 多晶中的3类应力示意图Fig.2 Schematic diagram of three internal stresses in polycrystal

图2表示各晶粒取向不同，各晶粒有其自己的内应力，在宏观范围平均后得到平均的宏观应力是第I类应力。每个晶粒的应力和宏观平均应力之差为第II类应力。第III类应力则是一个晶粒内应力的波动。何家文在马赫劳赫原图中加上应力分布曲线，如图3所示。其认为第III类应力分布曲线上取中值即为第II类应力，第II类应力分布曲线上取中值即为第I类应力。进一步阐明，采用X射线法测定宏观应力时得到的衍射峰，是由相应范围内各个晶粒衍射峰叠加而成的。因此，衍射峰的半高宽包含了各个晶粒应力分散度这个因素。

图3 3类应力的分布曲线关系Fig.3 Distribution curves relationship of three internal stresses

达维金科夫定义的3类应力的依据是X射线衍射效应，但未说明3类应力间关系。马赫劳赫描述了材料中3类应力间关系，但无衍射效应。何家文新的诠释则将应力分类一方面和材料的晶粒结构相联系，明确了3类应力之间的关系，另一方面又和X射线衍射信息相联系，对当前的残余应力学术研究具有指导意义。

吕克茂汲取何家文关于分散度的观点，在杭州及丹东会议上概括叙述了衍射峰半高宽的物理意义，以及与材料性能的关系。

6 形变强化的理论问题

2015年汝继来在都江堰会议上作报告，介绍了以北京航空材料研究院王仁智为代表的学者对于喷丸强化机理的观点。王仁智等认为喷丸强化原理中的“应力强化机制”既不是唯一的、更不是万能的。“应力强化机制”主要用来改善正断型疲劳断裂抗力。当材料/弹簧因承受的剪切应力增高和逐渐逼近材料的剪切极限，迫使发生切断型模式的疲劳断裂时，“应力强化机制”的效应基本消失。根据弹簧的受力分析结果，这时改善切断型模式的疲劳断裂抗力主要由“组织结构强化机制”来替代，这就是残余压应力在改善扭转疲劳断裂抗力作用中表现出的局限性。

何家文认为，王仁智如上分析用的是静断机制。在静扭转载荷之下确有3种不同断裂方式，剪断占了两种，看来是主要机制。但在疲劳载荷之下的弹簧98%～99%都是正断，只有在材料、工艺有误时才出现剪断。理论上，20世纪80年代就有文章指出当载荷大于屈服强度70%或服役超过10×104周次的扭转疲劳均为正断，因此喷丸残余应力仍起主导作用。此外弹簧热处理过程表面难免贫碳，喷丸时易于产生难以察觉的微裂纹，疲劳载荷下无需萌生即可扩展，此时完全没有萌生阶段，强化当然不起作用。

以西安交通大学何家文为代表的学者对残余应力与疲劳性能进行了系统深入的研究，张定铨、何家文合著的《材料中残余应力的X射线衍射分析和作用》[1]一书汇集了他们的研究成果。近年来何家文[2]强调说明：①残余应力在疲劳中起到平均应力的作用，因残余应力不像平均应力在截面上均匀分布。根据Goodman关系，喷丸产生的残余压应力可以折算成局部疲劳抗力，这是残余压应力提高疲劳寿命的本质所在。②衍射峰半高宽表征的第II类内应力不仅和位错密度等强化因素有关，也反映各个晶粒中应力大小的分散度；尽管材料中的残余压应力比较大，但是如果分散度也比较大，相当于材料中存在微裂纹易于扩展的“短板”，不利于提高疲劳强度；改进喷丸工艺，二次喷丸，有利于降低应力分散度，便可显著改善抗疲劳性能。③喷丸实践中，要求提高疲劳强度的结构件中，裂纹扩展期占疲劳寿命的主要部分，萌生期则很短。且喷丸自身也易形成表面微裂纹，因而大多数情况下残余应力起决定性作用；由组织结构强化阻止裂纹萌生来提高疲劳强度，只在超高周疲劳中才有明显作用。④即使组织细化引起的材料强化能够起到提高疲劳强度的作用，如果过度地喷丸或研磨，势必在零件表面造成损伤，乃至脆化剥落。因此，企图通过形变使材料纳米化是不切实际的做法。传统喷丸表面形成的是晶体学取向相差很小的位错胞，位错胞壁和晶粒的晶界不同，不能阻止位错穿越，因而表征晶粒大小与强度的Hall-Petch关系失效。

7 新近出版的学术专著

2019年上海交通大学材料科学与工程学院姜传海与上海理工大学詹科、中科院上海冶金研究所杨传铮合作编著的《材料喷丸强化及其X射线衍射表征》一书出版。该书在喷丸强化技术和X射线衍射法应力测定两个方面都作了系统而详尽的阐述。前者既包括金属材料微观组织结构分析、形变强化机制，又包括喷丸工艺参数的选择、对喷丸设备的要求和喷丸实践经验,涉及各种常用金属材料，还有喷丸应力的数值模拟等；后者既包括X射线金属学知识、X射线衍射理论，又包括应力测定的原理方法和应力测定的细节问题，还有线型分析等。

8 值得关注的其他学术问题

布鲁克公司贺保平讲解了二维X射线衍射仪及残余应力测定方法，对于应力测定方法和手段的提升具有指导意义。

钢铁研究总院白埃民探讨了X射线衍射法三维应力模型的结构和应用，单晶功能材料残余应力的特征分析和测量方法设计。

北京科技大学王沿东团队开展金属材料疲劳形变亚微米尺度应力分布的原位研究，揭示了疲劳剪切带损伤的微观机制。金属材料在应力载荷下的疲劳形变导致位错局域累积，造成材料损伤及微纳裂纹形核。对于具有平面滑移特征的合金，在疲劳过程中形成的驻留形变剪切带是损伤破坏的基本单元，其形成与扩展制约了材料的疲劳强度与寿命，而剪切带的三维介观位错模型及时空分辨的动态演化机制是形变与损伤领域中急需解决的关键科学难题。王沿东团队利用同步辐射X射线微束衍射原位分析技术，通过对疲劳剪切带位错结构引起的巨大应力梯度与微小取向梯度的精确表征，确定亚微米尺度应力场动态演化的精细过程；揭示了几何必需位错对剪切带的形成、剪切带交互作用及微观损伤的影响机理；以平面滑移金属低应变幅循环形变为例，澄清了交叉剪切带处应力集中引起疲劳寿命偏离经典Coffin-Manson定律的物理本质。同时，利用具有三维分辨的同步辐射原位表征手段，开展块体材料局部形变与损伤破坏研究。根据晶粒取向相关的疲劳微观损伤的精细测量，提出剪切带交互作用下新的位错模型。这一研究成果对金属材料的疲劳断裂行为与使用寿命准确预估及高性能设计具有重要指导意义。

GB/T 7704—2017《无损检测 X射线应力测定方法》恰逢2017年杭州会议期间发布，该标准涵盖了EN 15305：2008和ASTM E915—2010的精髓，融汇了国际国内X射线应力专家的研究成果、重要结论和实践经验。GB/T 7704—2017为X射线应力测定工作制定了基本规范，适用于国产和国际知名品牌的X射线应力仪。该标准的贯彻实施将有利于使用国产仪器、进口仪器以及衍射仪的应力工作者，能够较为明确地理解测量原理和方法，能够有相同或相通的规范，最后得到有可比性的、大家相互认可的测量结果。笔者在都江堰、杭州会议上就标准的修订作了说明，对其中的新概念予以解释。

吴威德介绍了很多残余应力技术的应用实例。戴文元就X射线应力测定的方法问题作了非常专业的讲解，例如有关cosα法与sin2ψ法的比较，具有理论深度和实际意义。

9 国产残余应力测试设备的进展

2015年以来，国产X射线应力测定仪采用国际先进的硅微带线阵探测器，设备的功能发生了飞跃性的提升，大大缩小了与国际知名品牌同类仪器的差距，并且某些功能具有独到之处。

爱斯特应力技术有限公司在都江堰会议上推出X射线应力分析机械手和应力分析宝盒。RS-2015型X射线应力分析机械手，借助机器人技术实现多功能,侧倾法、同倾法兼容，可进行主应力、剪切应力、残余奥氏体含量等测试。

2017年在杭州会议上推出XL-640型应力仪。该型号为通用型，X射线管功率300 W，测定正应力、剪切应力、主应力、应力分布云图及残余奥氏体含量。XL-640型基于侧倾固定ψ法的结构，实现正确的侧倾法多ψ角测量。在确定X射线管靶材的条件下，一但选定被测材料，测角仪可自动定位于正确的名义衍射角，无需人工干预。测定残余奥氏体含量时连续自动完成α,γ两相衍射峰的采集，无需人工干预，这些都是XL-640型独有的功能。XL-640型应力仪既可作为试验室仪器，又方便携带到现场使用，可与上位机的电脑和下位机之间采用WiFi无线通讯，极大方便了现场测试。

新近推出的ψDD-12型X射线应力分析宝盒，可实现双探测器、正负ψ角同倾法测试。

最新研发的DX-4001型应力仪采用微型面探，依据sin2ψ法原理，创新设计手提式X射线应力仪。测量方法为侧倾法，采用正、负多ψ角测试，同时测定正应力和剪切应力；在德拜环上寻峰，能够得到更加正确的衍射角，提升应力测定准确性。观察德拜环可直观判断材料组织结构特性和应力测定的可信度。

2018年丹东浩元仪器公司依托X射线衍射仪技术研发成功的DST-17型X射线应力测定仪，具有大功率、高分辨，测量结果准确等特点。该仪器既可以选择同倾法、又可以选择侧倾法；既可以选择硅漂移探测器对工件应力精确测量，又可以选择半导体线阵探测器对工件应力进行快速测量；并具备残余奥氏体含量测定、极图精确测量功能。

10 结束语

从2015年至2019年，我国残余应力学术领域取得长足进展。残余应力技术已经广泛应用到各类机械的强度设计、制造工艺和设备运行安全分析之中，在诸如航空、航天、高铁、核电、水利水电等国民经济的重要部门取得可喜成果，产生巨大的经济效益和社会效益。近年来利用中子和同步辐射测定应力的技术也逐步进入实际应用阶段。

对于所有类型的机械，特别是航空、航天、高铁等，延长使用寿命、保障安全运行、避免灾难性断裂事故都是第一要务，所以提高服役零部件的疲劳强度备受关注。目前喷丸、滚压等机械形变强化手段的应用已经非常普遍。深入研究形变强化机理对于提升工艺效果具有指导意义。在本领域里近年来何家文提出了一些重要论点，引起学界广泛关注和热烈讨论。目前的共识似乎可以这样归纳，形变强化是经济的、行之有效的手段，强化的主要因素是表层的残余压应力；过度的形变会造成损伤，不利于提高疲劳强度，企图通过形变使材料纳米化是不切实际的做法；改进喷丸工艺，在提升残余压应力水平的同时降低材料内的应力分散度，对于提高疲劳强度是有利的。

2015年以来，国产X射线应力测定仪采用国际先进的硅微带线阵探测器，设备的功能发生了飞跃性的提升，大大缩小了与国际知名品牌同类仪器的差距，并且某些功能具有独到之处。