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布魯克X射線衍射儀應用之應力測試

更新時間:2020-08-03點擊次數(shù):2217

Q這篇文章主要講的什么內容?A

應力測試你已經知道的和不知道的,這里都有講,閱讀后你一定能get到新的技能!

 

1

應力的產生

 

 應力的產生是因為材料中發(fā)生了不均勻的彈性變形或者彈塑性變形造成的。原因來自于三個方面:

    1、冷熱變形時沿截面塑性變形不均勻

    2、零件加熱、冷卻時,體積內溫度分布不均勻

    3、加熱、冷卻時,零件界面內相變過程不均勻?

 

?

▲VANTEC-500 Detector

 

2

應力的分類

 

根據(jù)德國學者馬赫勞赫對應力的分類如下:

        第|類內應力稱為殘余應力。是存在于較大材料區(qū)域范圍(很多晶粒范圍)內的應力,是各個晶粒數(shù)值不等的內應力在很多晶粒范圍內的平均值。衍射譜線的位移。

        第||類內應力稱為微觀應力。是在較小材料其余范圍內(一個晶?;蚓Я龋┑膽Γ杭瓤赡茉斐裳苌渥V線的寬化,也可能造成衍射譜線的位移。

        第|||類內應力稱為晶格畸變應力或者超微觀應力。存在于極小區(qū)域范圍內(幾個原子間距內)。帶來衍射譜線強度的降低。

 

?第|類內應力稱為Macrostress,第||類內應力和第|||類內應力稱為Microstress。

 

        Macrostress可通過X射線衍射方法根據(jù)衍射峰位置的移動測得。Microstress可根據(jù)峰寬和峰強的變化通過TOPAS軟件擬合得到。

 

3

殘余應力的測試方法及其假設

 

通常的測試的是第|類內應力即殘余應力。測試時以及后續(xù)的分析都需要滿足下面的條件:

       1、X射線光斑覆蓋多個晶粒

       2、外加樣品形變與晶格變化相一致

       3、X射線照射的薄層處于平面應力狀態(tài),即沿樣品表面法線方向的應力分量為零。

 

       波長的選擇:盡量選擇長波長光源(例如Cr靶,Kα1=0.2289nm)進行測試。因為長波長光源透射深度較小,可盡量避免應力隨樣品表面深度方向發(fā)生的梯度變化。而在晶格應變一定的情況下,高角度衍射峰的位移更明顯,測試結果也更準確。更為重要的是,樣品的置位誤差對高角度衍射峰的位置影響比低角度衍射峰小。

 

另外,

      1、粗晶樣品一般選擇短波長。

      2、若研究的加工影響層很薄,則應該選擇波長較長的X射線。

 

衍射峰的選擇:盡量選擇高角度(2?>90?)多重性因子較高的衍射峰進行應力的測試。

 

根據(jù)殘余應力測試的歐洲標準,常見材料應力測試所使用的光源和衍射峰如下:

 

 

    測試時間:建議峰的強度在1000個點數(shù)以上。測試應力的誤差跟測試時的半高寬和峰的強度都有關系。峰強越高,誤差越小。

 

塊體測試的測傾法及結果:測傾法是目前采用較多的測試應力的方法。跟其優(yōu)點如下:

      1、不需要吸收矯正

      2、可使用較低衍射角測試應力

      3、可擴大ψ角的設置范圍,提高測試的準確性

?

 

      如圖1所示:εΨΦ與sin2Ψ成線性關系,斜率即是應力。圖2的情況是因為出現(xiàn)了切向力。圖4是由于材料中出現(xiàn)了織構。

 

      薄膜測試的掠入射方法及配置:當材料近表層存在陡峭應力梯度時會出現(xiàn)圖3所示的情況。可采用薄膜應力的測試方法,即掠入射的方法進行。

 

 

      從圖5可以看出,介于140-145度之間的衍射峰隨著入射角度的改變而移動,說明樣品表層應力梯度的存在。使用Leptos軟件可以得到類似下圖的應力隨深度的變化圖:

 

 

4

殘余應力的釋放

 

      殘余應力的釋放存在內在驅動力。驅動力來源于有殘余應力存在的材料都偏離了低能量穩(wěn)定態(tài)。熱力學上高能量的組織狀態(tài)總將趨向于低能量的平衡態(tài)。無外載的情況下室溫長期保存后機件的殘余應力基本沒有變化。

 

      1、殘余應力隨溫度的升高而不斷降低。金屬材料的加熱溫度超過再結晶溫度時,殘余應力*松弛。

      2、靜載荷或者循環(huán)載荷均可造成殘余應力的松弛。

 

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