6射线的应用-应力分析PPT课件下载推荐.pptx

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3、超微观应力（第三类应力）:

存在于晶界、滑移面、位错附近等更微小区域内的应力。

1.引言,二、应力与X射线衍射图的联系,第一类应力或宏观残余应力是残余应力在整个工件范围或相当大的范围内达到平衡。

使角发生变化，衍射线位移。

测定衍射线位移，可求出宏观残余应力.第二类应力或微观应力是残余应力在一个或几个晶粒范围内平衡。

有微观应力存在时，各晶粒同一HKL面族的面间距将分布在d1d2范围内，衍射谱线变宽，根据衍射线形的变化，就能测定微观应力。

第三类应力或点阵静畸变应力是残余应力在一个晶粒内上百或几千个原子之间达到平衡。

导致衍射线强度降低。

根据衍射线的强度下降，可以测定第三类应力。

三、宏观应力的测定特点,测定残余应力的方法有电阻应变片法、机械引伸仪法、小孔松弛法、超声波、光弹性复膜法和X射线法等。

但是用X射线测定残余应力有以下优点：

1.X射线法测定表面残余应力为非破坏性试验方法。

2.塑性变形时晶面间距不变化，就不会使衍射线位移，因此，X射线法测定的是纯弹性应变。

用其他方法测得的应变，实际上是弹性应变和塑性应变之和，两者无法分辨。

3.X射线法可以测定12mm以内的很小范围内的应变，而其他方法测定的应变，通常为2030mm范围内的平均。

X射线法测定的是试样表层大约10m深度内的二维应力。

采用剥层的办法，可以测定应力沿层深的分布。

可以测量材料中的三类应力。

在诸多测定残余应力的方法中，除超声波法外，其他方法的共同点都是测定应力作用下产生的应变，再按虎克定律计算应力。

X射线残余应力测定方法也是一种间接方法，它是根据衍射线条的角变化或衍射条形状或强度的变化来测定材料表层微小区域的应力。

X射线法不足之处：

测试设备费用昂贵；

受穿透深度所限，只能无破坏地测表面应力，若测深层应力，也需破坏试样；

当被测工件不能给出明锐的衍射线时，测量精确度不高。

能给出明锐衍射峰的试样，测量误差约为2107Pa（2kgf/mm2）；

试样晶粒尺寸太大或太小时，测量精度不高；

大型零件不能测试；

运动状态中的瞬时应力测试也有困难。

2、宏观应力测定的原理,1、单轴应力宏观：

最简单的受力状态是单轴拉伸。

有一根横截面积为A的试棒，在轴向Z施加拉力F，它的长度将由受力前的L0变为拉伸后的Ln，所产生的应变y为：

根据虎克定律，弹性应力z为：

yEy,E为弹性模量.,微观：

试样各晶粒中与轴向垂直的晶面的面间距d也会相应地变大，可以通过测量d的变化来测定应变.,从材料力学可知，对各向同性的物质x=z=-y,泊松比，负号表示减小,只要测出Z方向上晶面间距的变化d，就可算出Y方向上应力的大小。

而晶面间距的变化是通过测量衍射线的位移得到。

由布拉格方程微分得：

测定单轴应力基本公式:

为测定单轴应力的基本公式.当试样中存在宏观内应力时，会使衍射线产生位移。

提供用X射线衍射方法测定宏观内应力的实验依据，即可以通过测量衍射线位移，来测定宏观内应力。

X射线行射方法测定的实际上是残余应变。

而宏观内应力是通过弹性模量由残余应变算出来的。

2.平面应力一般情况下，材料的应力状态通常处于三轴应力状态。

不过，在材料的表面却只有两轴应力。

因为在垂直于表面的方向上应力值为零。

又由于X射线照射的深度很小。

所以只需研究双轴应力，即平面应力。

在物体的自由表面上，若任意切割出一单元体。

则该单元体受两个垂直方向1和2的应力作用。

这两个应力的数值随所选单元体方位的不同而变化，但二者之和为常数。

虽然垂直于物体表面的方向上应力值3为零，应变3并不等于零。

而是与平面方向的主应力之和有关。

工程中人们更关心的是某个方向上的应力，如。

这就需要经过两次测量应变才能求得如。

即除了测定垂直表面的应变3外，还要测3和构成的平面内某个方向（如OA方向）的应变。

具体如下:

1）首先测量与表面平行的晶面（hkl）的应变，即测定与表面平行的晶面的晶面间距的变化。

d0为无应力状态下（hkl）晶面的晶面间距。

dn为个晶粒在3方向的晶面间距。

2）测量与表面呈角上相同晶面（hkl）的应变。

d为个晶粒在方向的晶面间距。

3）由3、求。

对各向同性和弹性体。

由弹性力学原理有：

这是宏观应力测定的基础公式。

3、测试方法,

（一）衍射仪法实用上有两种方法，一种是通过测定两个方向上有晶面间距来求应力，这就是0-45法。

法。

它比,另一种是测定一系列方向的d来，就是上一个方法要准确一些。

1、,上试说明，OA方向的应变由二部分组成。

一部分是特定方向上的应力，另一个主应力（1+2）。

当改变时它们是常数，即对的贡献是固定的。

将上式对,求导:

应变是通过直接测量2的变化来获得，因此把上式与2角联系起来,对布拉格公式进行微分得：

由于0,0为无应力时的布拉格角，为有应力时的布拉格角。

在实际计算时，要将式中的2角从弧度转换为度，加上一个因数：

式中前面部分在选定了干涉面HKL和波长时，为常数，称为应力常数K1.,上式是一个直线方程，其斜率：

只要求出M，就可通过它求得。

M可以让X射线从不同角度入射，并测定多个2角，并用2与作图，求直线的斜率，便可获得M。

以低碳钢为例：

1）测=0时的应变用Cr靶,测211干涉面的2角。

211干涉面的2角为156.4,=78.2。

让入射X射线与样品表面呈78.2，并让计数管在2=156.4附近扫描，准确测定它的2角，设测得的角度为154.92.2）测定=15、30、45角时的2角,计数管不动，让样品转动15、30、45，分别准确测定其2角。

求得斜率M=1.965。

通过有关表格查得K1=-318.1MPa=K1M=-318.196.5=-625.1MPa,2、0-45法,结果比较精确，但测量次数多，比较费时，如果材料晶粒较细，织构和显微应力不严重，2-的线性关系较好。

直线的斜率可由首尾两点决定。

即只测0和45两个方向的应变。

称0-45法。

3、仪器的改装（特别提醒）,1）要安装一个能独立转动的样品架普通衍射仪的样品台与计数器是以1：

2的比例连动的。

但在测定宏观应力时，要安装一个能独立转动的样品架，使试样表面转到所需的角度，以便测定在不同角下的2。

2）要使计数管能够沿着测角仪圆的半径方向移动。

以达到聚焦目的。

在实际中，这不易做到。

现在一般采用侧倾法，计数管不动，让试样表面绕测角仪水平轴（而不是垂直轴）倾斜不同的角，来实现应力测定。

这要求有一个能绕测角仪水平轴转动的特制试样架。

（二）应力仪法X射线应力仪一般为立式，试样是固定的，计数管在垂直的平面内扫描，测定2角。

其中应变晶面方向与试样法线方向的夹角由下式求得：

每次改变入射线角度就可测得不同时的2。

同样它也有法和0-45法。

X射线应力仪正朝着轻便紧凑、快速、高精度和自动化和方向发展。

适用于大型整体部件的现场设备构件的应力测定,（三）、宏观应力测定中的几个问题,1、衍射峰的确定2、应力常数k的确定3、宏观应力测定的影响因素:

如试样表面污染的影响或晶粒过细使衍射峰宽化等。

总结-应力测定,X射线应力测定本质上是测定晶体材料在应力作用下晶体结构发生的变化。

宏观应力测定是测应力作用下晶面间距的变化，晶面间距变化的表现是角变化。

角变化-晶面间距变化-反映的是应变-换算成应力。

具体应力测定方法有sin2法和-45法衍射仪与应力仪结构不同，测定应力时机构运动不同。