X射线测应力的原理及方法.pptVIP

LOGO X射线应力测定的原理及方法 陈 杉 2011201290 Beijing Institute of Petrochemical Technology 北京石油化工学院 基本原理：通过测量衍射角2θ相对于晶面方位角ψ的变化率来计算试件表面的残余应力。 平面应力状态假设：垂直于表面的正应力和切应力均为零，所测的是与表面平行方向上的应力。 测定的基本原理 理论依据：X射线衍射、广义胡克定律、布拉格方程。 应力 弹性应变 晶面间距 衍射角 宏观残余应力是一种弹性应力。 测定的基本原理 图1 应力与不同方位同族晶面面间距的关系 多晶体 无应力状态 在理想多晶体在各个晶粒当中 不同方位的同族晶面面间距 d均相等 不论X射线从哪个方向入射 不论Ψ角为何值 根据布拉格方程 同族晶面产生的衍射峰其衍射角2θ应该相等 测定的基本原理 多晶体 拉应力状态 测定的基本原理 多晶体 拉应力状态 晶面间距d变小 测定的基本原理 多晶体 拉应力状态 晶面间距d变大 测定的基本原理 多晶体 拉应力状态 确定衍射晶面法线 使之与试样表面法线重合，即Ψ=0° 多晶体 拉应力状态 设置X射线管 Ψ=0° 多晶体 拉应力状态 入射线 多晶体 拉应力状态 入射线 衍射线 多晶体 拉应力状态 计数管 扫描 入射线 衍射线 多晶体 拉应力状态 衍射峰 多晶体 拉应力状态 根据布拉格方程：2dSinθ = nλ 2θ 晶面间距d变小 衍射角变大 多晶体 拉应力状态 多晶体 拉应力状态 试样表面法线 Ψ 晶面法线 多晶体 拉应力状态 Ψ 晶面间距 d 变大 衍射角变小 2θ 测定的基本原理 在无应力状态，衍射角2θ不随晶面方位角ψ变化而变化； 在拉应力状态，晶面方位角ψ越大，晶面间距d也越大，相应地，衍射角2θ就越小； 相反，在压应力状态，晶面方位角ψ越大，晶面间距d也越小，相应地，衍射角2θ就越大； 可以推想，衍射角2θ随晶面方位角ψ变化的快慢程度，直接反映出应力值的大小。由布拉格方程和广义胡克定律，可以推导出应力计算公式： ? (2θ) σ = K·————— = K·M ? sin2ψ 式中 K 为应力常数。 测定的方法 同倾法 （测量方向平面和扫描平面重回） 应力测定的衍射几何方式有两种： 侧倾法 （测量方向平面和扫描平面垂直） 同倾法 a、在衍射仪上进行常规对称衍射，入射线与计数管轴线对称分布在试样表面法线两侧，此时记录的衍射峰所对应的衍射晶面必平行于试样表面。即ψ=0° b、从ψ=0°的起始位置，令试样轴单独转动一ψ角，然后对一选定的﹛hkl﹜衍射峰进行扫描并定峰，完成同倾法测量。 ψ=0° ψ=45° 图3 同倾法测宏观应力 侧倾法 由于测定衍射峰的全形需要一定的扫描范围，当待测件形状复杂，如图4所示中转角处的切向应力时，方位角的变化还要受工件形状限制，以致无法用同倾法测量。为此侧倾法应运而生。 图4 工件转角处的应力测定 侧倾法 若在具有水平测角仪的衍射器上用侧倾法，则需有可绕水平轴转动的试样架，以完成ψ转动，如图5所示，在一定的ψ倾角下测定衍射角。 侧倾法具有可测复杂形状工件的应力，可利用较低角度衍射线测定以及测量精度高等优点。 图5 侧倾法装置示意图 谢 谢！ 北京石油化工学院 Beijing Institute of Petrochemical Technology LOGO