xrd在残余应力分析中的应用

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1、XRD在残余应力分析中的应用摘要x射线衍射测量残余应力的原理是以测量衍射线位移作为原始数据，所测量的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎兑定律由残余应变计算得到的。关键词X射线衍射残余应力XKD0.引言X射线衍射在残余应力分析中具冇重要的作用。X射线应用在残余应力的分析屮，是科技的一项重大突破。其屮在：定量分析轴承和内燃机喷射器部件中的残余奥氏体；检测输片惰性轮屮的残余应力；检测汽车发动机部件的残余应力（凸轮轴、连杆、发动机轴、均衡器）；检测由于全冋火引起的残余应力（家用电器、结构部件）；检测气体传导时所存在的工作压力；检测大幅度拉伸结构件中的工作应力；通过检测应力来测量

2、工件喷丸和轧制的效率；检测铸件的残余应力（机械工具铸铁件和汽车铸铝部件）；检测焊接引起的应力（激光和电焊）；研宂铝合金汽车轮廓中的残余应力和应力阻抗的关系；优化切削去除的工作参数以提岛机械部件的应力阻抗；检测螺旋式和叶式弹簧的残余应力；研究加上工作载荷后的临界区域（武器和航空）等很多领域都有贡献。1.X衍射射线分析1.1原理简介X射线衍射分析是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特

3、有的衍射现象，图1为X射线衍射的产生。衍射X射线满足布拉格（W.L.Bragg）方程:2dsin0=z?A式中:入是X射线的波长;0是衍射角;d是结晶面间隔；n是整数。波长入可用己知的X射线衍射角测定，进而求得而间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。将求岀的衍射X射线强度和面间隔与已知的表对照，即可确定试样结晶的物质结构，此即定性分析。从衍射X射线强度的比较，可进行定量分析。本法的特点在于可以获得元素存在的化合物状态、原子间相互结合的方式，从而可进行价态分析，可用于对环境固体污染物的物相鉴定，如大气颗粒物中的风砂和土壤成分、工业排放的金属及其化合物（粉尘）、汽车排气屮卤化铅

4、的组成、水体沉积物或悬浮物屮金属存在的状态等等。m图1X射线衍射的产生1.2应用一一物相分析品体的X射线衍射阁像实质上是品体微观结构的一种精细复杂的变换，每种品体的结构与其X射线衍射图之间都有着一一对应的关系，其特征X射线衍射图谱不会因为它种物质混聚在一起而产生变化，这就是X射线衍射物相分析方法的依据。制备各种标准单相物质的衍射花样并使之规范化，将待分析物质的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相，就成为物相定性分析的基本方法。鉴定出各个相后，根据各相花样的强度正比于改组分存在的量（耑要做吸收校正者除外），就可对各种组分进行定镒分析。目前常用衍射仪法得到衍射阁谱，用“粉末衍射

5、标准联合会（JCPDS）”负责编辑出版的“粉末衍射卡片（PDF卡片）”进行物相分析。目前，物相分析存在的M题主要有

6、2

7、:（1）待测物图样中的最强线条可能并非某单一相的最强线，而是两个或两个以上相的某些次强或三强线齊加的结果。这时若以该线作为某相的最强线将找不到任何对应的卡片。（2）在众多卡片屮找出满足条件的卡片，十分S杂而繁锁。虽然可以利用计算机辅助检索，但仍难以令人满意。（3）定量分析过程中，配制试样、绘制定标曲线或者K值测定及计算，都是复杂而艰巨的工作。力此，有人提出了可能的解决办法，认为从相反的角度出发，根据标准数据（PDF卡片）利用计算机对定性分析的初步结果进行多相

8、拟合显示，绘fli衍射角与衍射强度的模拟衍射曲线。通过调整每一物相所占的比例，与衍射仪扫描所得的衍射阁谱相比较，就可以更准确地得到定性和定量分析的结果，从而免去了一些定性分析和整个定量分析的实验和计算过程。1.残余应力2.1残余应力定义产生应力的各种外载荷（力、温度等）去除后，在物体内依然存在的应力。残余应力是当物体没有外部因素作用吋，在物体内部保持平衡而存在的应力。凡是没有外部作用，物体内部保持自相平衡的应力，称力物体的固有应力，或称为初应力，亦称为内应力。残余应力是一种固有应力。2.2残余应力测量方法2.2.1盲孔法残余应力测量它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔，以

9、去除一部分具有应力的金属，而使圆孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原來的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过商灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变呈，就可以计算原应力场的应力值。残余应力检测仪主要采用盲孔法进行各种材料和结构的残余应力分析和研究，还可作力在静力强度研究屮测量结构及材料任意点变形的应力分析仪器。如果配川相应的传感器，也可以测量力、压力、扭矩、位移和温度等物理量。它以计算机为中央微处理机，采用高精度测量放大器、数据采集和处理器，测:W