X射线衍射法残余应力测试.docx

目录1.概述31.1X射线残余应力测试技术和测量装置的进展3a.测试技术的进展4b.测量装置的进展51.2测试标准62、测定原理及方法：72.1二维残余应力72.1.1原理72.1.2方法102.2三维残余应力162.2.1沿深度分布的应力测定一剥层法172.2.2X射线积分法(RIM)182.2.3多波长法213、X射线残余应力测定法的优、缺点224、一些应用23参考文献：24X射线衍射法残余应力测试原理、计算公式、测试方法的优缺点、目前主要应用领域。概述X射线法是利用X射线入射到物质时的衍射现象测定残余应力的方法。包括X射线照相法、X射线衍射仪法和X射线应力仪法。1.1X射线残余应力测试技术和测量装置的进展早在1936年，Glocker等就建立了关于x射线应力测定的理论。但是当时由于使用照相法，需要用标准物质粉末涂敷在被测试样表面以标定试样至底片的距离，当试样经热处理或加工硬化谱线比较漫散时，标准谱线与待测谱线可能重叠，测量精度很低，因此，这种方法未受到重视，直到二十世纪四十年代末还有人认为淬火钢的应力测定是不可能的。只有在使用衍射仪后，X射线应力测定才重新引起人们的重视，并在生产中日渐获得广泛应用。美国SAE在巡回试样测定的基础上，于1960年对X射线应力测定技术进行了全面的讨论。日本于1961年在材料学会下成立了X射线应力测定分会，并在1973年颁布了X射线应力测定标准方法。a.测试技术的进展在二十世纪五十年代，X射线应力测定多采用0°~45°法(又称两次曝光法)，这种方法在dψϕ与sin2ψ有较好的线性关系时误差不大，但当试件由于各种原因，dψϕ与sin2ψ偏离离直线关系时，0°~45°法就会产生很大误差。为了解决这个问题，德国E.Macherauch在1961年提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使x射线应力测定的实际应用向前迈进了一大步。与此同时，经典的聚焦法也被准聚焦法和平行光束法所取代。其中，平行光束法允许试样位置在一定范围内变化，这就为在生产现场应用X射线应力测定技术创造了有利条件。该方法的缺点是衍射线的强度低、分辨率差，对低强度而又较漫散的谱线，测量精度不高。准聚焦法介于平行光束法和聚焦法之间，既有较高的强度和分辨率，又有一定的试样设置的宽容度，在衍射仪上用准聚焦法测定应力时，试样设置不当引起的误差可以从ahkl与直线之斜率求得，所利用的关系为:，式中，为试样表面对测角仪中心的偏离量，R为测角仪半径，a0为试样的精确点阵常数，ahkl为由各(hkl)面的测量值计算出的点阵常数。上述0°~45°法和sin2ψ法就是通常所称的常规法(或称同倾法)，这些测试方法在测定工件特殊部位(如齿轮根部、角焊缝处)的残余应力时往往比较困难。近年来发展起来的侧倾法很好地解决了这一难题，受到普遍重视。这种方法既可以选用高2θ角、也可选用低2θ角范围内的衍射线进行测定，同时衍射强度的吸收因子与侧倾角ψ无关，并且不随2θ角而变或随2θ角只作很小变化，故线形不会因吸收而产生畸变，能提高测量精度，因而获得了广泛应用。可以在附有侧倾法机构的应力仪上进行侧倾法测量，也可以利用侧倾附件在普通衍射仪或应力仪上进行这种测量。自1976年以来，日本在应用连续X射线测量应力方面也做了不少尝试。不同能量的X射线穿透材料的能力也不同，利用连续X射线照射试样，借助X射线能谱仪测定衍射线中具有不同能量的各种成分的峰值位移，可以探知应力沿深度的分布。此外，利用不同波长X射线在工件内部穿透深度不同的特点，从而获得应力沿深度分布的多波长法近年来也得到了一定的应用。b.测量装置的进展理想的X射线应力测量装置应兼有照相机应力测量头的轻便、衍射仪应力测量的精确和位敏探测器的高速度等特点。早期的各种照相法测应力的相机，因其测试手续麻烦，费时费工，因此未能得到充分发展和广泛使用。二十世纪五十年代以后，X射线衍射仪迅速发展起来，应力测定工作就在衍射仪上进行。用X射线衍射仪测定残余应力时需要一定的特制附件，与相机比较，虽然手续有所简化，数据也相应准确了，但只能用于试样和小工件，对中等和大型工件则无能为力。而残余应力的研究完全用试样是无法解决许多生产实际问题，所以用衍射仪测定残余应力也有一定的局限性。为了解决这些问题，日本学者做了大量的工作，他们将衍射仪的索拉光栏改为平行光束光栏，并对衍射仪的测角仪进行改进，从而使其成为能满足要求的专用X射线应力测定仪。目前，X射线应力测量装置正向设备轻便紧凑、测量快速、精确度高及用途多样的方向发展。美国丹佛大学的D.Steffen和C.Rund研制的应力仪具有一定的代表性，整台仪器重仅135kg，而测角头只有4.5kg，采用这种应力仪在铝合金、不锈钢和马氏体钢上进行的实测证明，X射线数据累积所需的时间不超过一分钟，最短只需15秒。美国西北大学