本發(fā)明涉及殘余應力檢測的試樣制備方法，具體涉及軸承零件殘余應力沿層深分布的檢測試樣制備方法，屬于軸承檢測領域。

背景技術：
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根據(jù)疲勞機理中的最大切應力理論，球軸承在承載運轉(zhuǎn)時，疲勞源最容易在軸承零件(軸承的內(nèi)外套、鋼球)的表面下最大切應力深度處產(chǎn)生，而后在交變應力的作用下，疲勞裂紋向軸承的表面擴展，最終導致剝落而使軸承失效。在正常的運行負荷情況下，無論是球軸承或滾子軸承，其最大的切應力點在表面下0.005-0.5mm范圍內(nèi)。

如何精確地測量軸承零件表面下沿層深的應力，試樣的制備尤為重要，下面介紹幾個的關鍵點。

1試樣制備不能附加外部應力，因而選用電解拋光對試樣進行剝層；原來用金相拋光法，有砂輪或砂紙都會引入外加應力，影響檢測結(jié)果。

2這種試樣的制備方法可以保證檢測的準確性

2.1由于需要檢測的軸承零件工作面及其與之對應的背面都為曲面，因而將其背面制成平面很重要，也是給測量點提供一個基面，否則根本測不準。

2.2拋光深度測量時在軸承檢測儀G803A上用L尺定位更為重要，因為定位后保證測量的是同一點下不同拋光的深度。

3在用此裝置進行拋光深度測量時，有2個自由度，一是固定千分表的，另一是固定L尺的，有這2個自由度試樣就可以不用加工成同樣尺寸大小(因為軸承零件種類及大小都有很大的區(qū)別，加工成一樣也很難做得到)，可以根據(jù)工件形狀和大小進行試樣制備，給制樣帶來方便。

4檢測點的大小檢測點取準直器外徑大小，太大不能保證每次檢測的為同一位置的應力，太小檢測面積小不準確。

5拋光頭用沾滿飽和食鹽水的棉花，與工件接觸緊密，拋光均勻；每次的拋光時間，可以控制拋光深度。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是為了解決軸承零件殘余應力沿層深分布情況的檢測準確性差的問題，此檢測數(shù)據(jù)可以作為改善軸承的加工工藝的依據(jù)，從而提高軸承的使用壽命，而提供了一種軸承零件殘余應力沿層深分布檢測試樣的制備方法。

本發(fā)明的軸承零件殘余應力沿層深分布檢測試樣的制備方法按以下步驟進行：

一、制樣：根據(jù)工件的尺寸用線切割截取軸承零件樣塊，寬度為12mm-20mm，并將與要檢測的工件的區(qū)域相對應背面制成平面；為保護檢測區(qū)周圍的非檢測部位，先用酒精棉將檢測區(qū)周圍擦拭干凈，然后在檢測面粘一層透明膠，在透明膠上需要檢測的位置制成一與準直器外徑大小相同的圓孔，該圓孔為檢測區(qū)；

二、電解拋光：X射線應力儀Cr靶測試深度為軸承表層的8μm左右，為了得到不同深度的應力結(jié)果，同時在試樣處理過程中不能附加任何的殘余應力，因而選用電解拋光剝層法。自制一臺電解拋光機，所述自制的電解拋光機由穩(wěn)壓電源、中空的塑料圓管、測試工件、沾滿電解液的棉花和兩個電極組成；沾滿電解液的棉花在中空的塑料圓管底部且沾滿電解液的棉花一部分位于中空的塑料圓管的內(nèi)部，一部分位于中空的塑料圓管的外部；位于中空的塑料圓管內(nèi)部的沾滿電解液的棉花與電極連接，電極與穩(wěn)壓電源的負極相連接；位于中空的塑料圓管外部的沾滿電解液的棉花連接測試工件的檢測區(qū)，檢測區(qū)相對應背面通過導線連接電極，電極與穩(wěn)壓電源的正極相連接。

所述電解液為飽和的NaCl溶液；拋光頭用沾滿電解液的棉花與工件直接接觸，每次對檢測區(qū)域進行均勻的電解拋光剝層，通過拋光時間長短控制每次拋光層的厚度。因為拋光時間與拋光層厚度有線性關系，拋光時間越長拋光層厚度越深；另外減薄的厚度是根據(jù)委托要求和應力檢測的趨勢情況來決定的；

三、拋光深度測量：因為要檢測的軸承零件的工作面一般都不是平面，都為曲面，要進行深度的測量，必須對工件進行定位，保證工件每次測量均為同一點(同一點下做電解拋光后的深度測量)。用軸承檢測儀G803A作為檢測平臺，在軸儀上固定一L尺，使工件在L尺上定位；在軸承檢測儀上固定0.001mm的千分表進行拋光深度的測量，測量精度為1μm，調(diào)節(jié)軸承檢測儀使千分表檢測在工件的檢測區(qū)域位置；

四、應力檢測：用XSTRESS3000應力儀進行應力檢測，每次檢測的工件放置位置和方向要一致，否則會有誤差，因為每點的應力都會有區(qū)別的，并且每個方向的應力也不同；然后循環(huán)步驟二電解拋光、步驟三拋光深度測量和應力檢測過程直至到所需位置完成軸承零件殘余應力沿層深分布檢測試樣的制備。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下效果：

通過對軸承零件內(nèi)圈、外圈、鋼球及滾子取樣、磨樣和電解拋光制樣方法，用X射線應力檢測儀實現(xiàn)對試樣表面沿層深應力分布的檢測。由于軸承零件試樣都為曲面樣品，通過較規(guī)范的制樣和定位拋光深度測量，提高了單次檢測表面下拋光深度對應應力值的準確性；通過檢測的應力沿層深的分布曲線可以看出各層深應力的分布趨勢，檢測曲線較平滑，應力最大點及趨勢與工藝情況完全相符，解決了應力層深度檢測數(shù)據(jù)離散性大，甚至毫無規(guī)律的難題。主要應用于軸承內(nèi)圈、外圈、鋼球和滾子表面應力沿層深分布的檢測技術，對熱處理工藝及磨削工藝參數(shù)的選擇和研究提供數(shù)據(jù)基礎和依據(jù)；對提高軸承壽命的不同規(guī)格和不同材料軸承零件強化工藝、滲碳及復合熱處理工藝，提供了大量數(shù)據(jù)支持。本發(fā)明檢測殘余應力沿層深的分布方法，對提高軸承零件的加工工藝有指導意義，對提高軸承的使用壽命和可靠性提供了保障，進一步適應航空發(fā)動機升級換代對軸承使用性能的苛刻要求。

附圖說明：

圖1為實施例1球軸承外圈制樣圖；其中1為平面，2為檢測點；

圖2為實施例1球軸承內(nèi)圈制樣圖；其中1為平面，2為檢測點；

圖3為實施例1滾子軸承內(nèi)圈制樣圖；其中1為平面，2為檢測點；

圖4為實施例1球軸承雙半內(nèi)圈試樣切割圖；

圖5為實施例1球軸承雙半內(nèi)圈制樣圖；其中1為平面，2為檢測點；

圖6為實施例1鋼球制樣圖；其中1為平面，2為檢測點；

圖7為實施例1滾子制樣圖；其中1為平面，2為檢測點；

圖8為本發(fā)明自制的電解拋光機結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明自制的電解拋光機使用狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為實施例1外圈強化后應力沿層深分布趨勢圖；

圖11為實施例1內(nèi)圈滲碳后應力沿層深分布趨勢圖。

具體實施方式：

本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意合理組合。

具體實施方式一：本實施方式的軸承零件殘余應力沿層深分布檢測試樣的制備方法按以下步驟進行：

一、制樣：根據(jù)工件的尺寸用線切割截取軸承零件樣塊，寬度為12mm-20mm，并將與要檢測的工件的區(qū)域相對應背面制成平面；為保護檢測區(qū)周圍的非檢測部位，先用酒精棉將檢測區(qū)周圍擦拭干凈，然后在檢測面粘一層透明膠，在透明膠上需要檢測的位置制成一與準直器外徑大小相同的圓孔，該圓孔為檢測區(qū)；

二、電解拋光：選用電解拋光剝層法，利用電解拋光機進行電解拋光；

三、拋光深度測量：用軸承檢測儀作為檢測平臺，在軸儀上固定一L尺，使工件在L尺上定位；在軸承檢測儀上固定0.001mm的千分表進行拋光深度的測量，測量精度為1μm，調(diào)節(jié)軸承檢測儀使千分表檢測在工件的檢測區(qū)域位置；

四、應力檢測：用應力儀進行應力檢測，每次檢測的工件放置位置和方向保持一致；然后循環(huán)步驟二電解拋光、步驟三拋光深度測量和應力檢測過程直至到所需位置完成軸承零件殘余應力沿層深分布檢測試樣的制備。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述電解拋光機由穩(wěn)壓電源7、中空的塑料圓管2、沾滿電解液的棉花3、正電極6和負電極4組成；所述中空的塑料圓管2的底部設有通孔，沾滿電解液的棉花3置于中空的塑料圓管2內(nèi)部且沾滿電解液的棉花3一部分穿過通孔露在中空的塑料圓管2的外部；位于中空的塑料圓管2內(nèi)部的沾滿電解液的棉花3與負電極4連接，負電極4與穩(wěn)壓電源7的負極相連接，穩(wěn)壓電源7的正極通過導線與正電極6連接；其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式二不同的是，所述電解拋光機的使用方法按以下步驟進行：將測試工件5檢測面相對應的背面與正電極6相連，沾滿電解液的棉花3與測試工件5的檢測面接觸，每進行一次拋光更換一次沾滿電解液的棉花3。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一不同的是，根據(jù)工件的尺寸用線切割截取軸承零件樣塊，寬度為15mm。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一不同的是，步驟二所述電解液為飽和的NaCl溶液。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一不同的是，步驟三所述軸承檢測儀的型號為G803A。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一不同的是，步驟四所述應力儀的型號為XSTRESS3000。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

實施例1

本實施例的軸承零件殘余應力沿層深分布檢測試樣的制備方法按以下步驟進行：

一、制樣：根據(jù)工件的尺寸用線切割截取軸承零件樣塊，寬度為15mm，并將與要檢測的工件的區(qū)域相對應背面制成平面；為保護檢測區(qū)周圍的非檢測部位，先用酒精棉將檢測區(qū)周圍擦拭干凈，然后在檢測面粘一層透明膠，在透明膠上需要檢測的位置制成一與準直器外徑大小相同的圓孔，該圓孔為檢測區(qū)；

二、電解拋光：X射線應力儀Cr靶測試深度為軸承表層的8μm左右，為了得到不同深度的應力結(jié)果，同時在試樣處理過程中不能附加任何的殘余應力，因而選用電解拋光剝層法。自制一臺電解拋光機，所述自制的電解拋光機由穩(wěn)壓電源7、一個中空的塑料圓管2、測試工件5、沾滿電解液的棉花3和兩個電極組成；沾滿電解液的棉花3在中空的塑料圓管2底部且沾滿電解液的棉花3一部分位于中空的塑料圓管2的內(nèi)部，一部分位于中空的塑料圓管2的外部；位于中空的塑料圓管2內(nèi)部的沾滿電解液的棉花3與電極4連接，電極4與穩(wěn)壓電源7的負極相連接；位于中空的塑料圓管2外部的沾滿電解液的棉花3通過導線連接測試工件5的檢測區(qū)，檢測區(qū)相對應背面連接電極6，電極6與穩(wěn)壓電源7的正極相連接。所述電解液為飽和的NaCl溶液；拋光頭用沾滿電解液的棉花與工件直接接觸，每次對檢測區(qū)域進行均勻的電解拋光剝層，通過拋光時間長短控制每次拋光層的厚度。因為拋光時間與拋光層厚度有線性關系，拋光時間越長拋光層厚度越深；另外減薄的厚度是根據(jù)委托要求和應力檢測的趨勢情況來決定的；

三、拋光深度測量：因為要檢測的軸承零件的工作面一般都不是平面，都為曲面，要進行深度的測量，必須對工件進行定位，保證工件每次測量均為同一點(同一點下做電解拋光后的深度測量)。用軸承檢測儀G803A作為檢測平臺，在軸儀上固定一L尺，使工件在L尺上定位；在軸承檢測儀上固定0.001mm的千分表進行拋光深度的測量，測量精度為1μm，調(diào)節(jié)軸承檢測儀使千分表檢測在工件的檢測區(qū)域位置；

四、應力檢測：用XSTRESS3000應力儀進行應力檢測，每次檢測的工件放置位置和方向要一致，否則會有誤差，因為每點的應力都會有區(qū)別的，并且每個方向的應力也不同；然后循環(huán)步驟二電解拋光、步驟三拋光深度測量和應力檢測過程直至到所需位置完成軸承零件殘余應力沿層深分布檢測試樣的制備；

五、畫圖：根據(jù)每次測量的深度和檢測的應力值，用Excel畫出深度與應力沿層深分布的趨勢圖。

通過本實施例能夠較準確的測定檢測表面下軸承工件應力趨勢。圖10所示，軸承零件噴丸強化后，表面下的壓應力層深度增加了許多，從原來的十幾微米增加到220微米，大大地提高了軸承的使用壽命，從臺架試驗得以驗證。另外不同的強化工藝，本方法檢測的壓應力層深度也不同，這與理論推導的相一致，進一步驗證了檢測的準確性，同時對工藝也是很好的指導。圖11所示，軸承零件滲碳后，表面下最大壓應力提高很多，從-496.5MPa提高到-998.1MPa，壓應力層深度增加了很多，提高了軸承的使用壽命，從臺架試驗得以驗證。另外不同的滲碳工藝，本方法檢測的最大壓應力及壓應力層深度也不同，這與理論推導的相一致，進一步驗證了檢測的準確性，同時對工藝也是很好的指導。