材料现代研究方法7章宏观应力测定

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1、第七章宏观应力测定第一节引言内应力可分为三类：第一类(宏观内应力)：应力在整个工作或较大区域内取得平衡。第二类(微观应力)：晶粒范围(晶粒、亚晶粒之间)第三类(超微观应力)：晶格畸变。应力存在(在X射线作用下)衍射花样改变第一类内应力：使衍射线位移。第二类内应力：使衍射线变宽。第三类内应力：使衍射线强度减弱。本章限于介绍宏观应力的测定应力测定的用途：1、检查表面强化处理工艺2、预测零件疲劳强度的储备3、控制切削加工4、检查消除应力的工艺效果X法测定内应力的特点：1、是无损(非破坏性)的检验方法2、可测定表面层(10－35m)的应力

2、3、可测局部小区域的应力4、可将一、二、三类内应力分别测得5、可测多相物质中各相的应力第二节宏观应力测定的原理在应力作用下某晶面的面间距变化导致衍射线的位移，从而可计算出应力的大小。一般X射线测量应力都是表层应力，所以基本是平面应力状态。一、假设1、应力沿深度方向的分布是均匀的。2、表面法线方向正应力为零。3、在与表面平行的平面上切应力为零。所以为平面状态。二、在平面应力状态下任意方向的弹性应变1、2、3三个主应力1、2、3三个主应变在平面应力状态下：3=0为所求=121+222+323123

3、为与123的夹角余弦。由广义虎克定律：三、应力计算公式d0：无应变时的面间距d：有应变时的面间距两边对sin2求导：所以：由于d0与d相差很小所以0所以：K：常数<0若<0压应力若>0拉应力第三节宏观应力测定方法一、设备主要多用两种1、衍射仪－小样品<20mm主要进行理论探讨。2、应力测定仪－直接在零件上测定，具有实际意义(若样品很大，不能锯成小块，应力要释放就不能代表原来的应力状态)二、测量方法1、双入射法0－450法衍射仪取1=0o2=45o两角度的从而由二点确定即－sin2

4、的斜率：是(HKL)法线与表面法线的夹角。多晶体试样肯定存在与表面夹角为的(HKL)。我们测＝0o和＝45o时的。(2)应力测定仪专用的应力测定仪，测角台能使入射线在0o－45o范围内倾斜入射，探测器的2扫描范围可达145o－165o。o＝入射X射线与表面法线间的夹角。而=o+=o+90o-:(HKL)法线与入射X射线之间的夹角。对于应力测定仪0o－45o法1＝o1+＝0o+=2＝o2+＝45o+所以实际角并非0o和45o理论的o与实际有应变的相差很小。所以也近似的取=o而对

5、于0o－45o法，为了精确起见，每点测量2次得4点。2、sin2法衍射仪取=0o、15o、30o、45o四个角度。通常0o和45o测两次而成为六点法，更精确。由求出斜率(2)应力测定仪取0=0o、15o、30o、45o四个角度,=、15o+、30o+、45o+求出斜率第四节应力测定中值得注意的问题一、辐射和衍射晶面的选择所以只要测出M值2有关当一定(由应力而产生的d值相对变化)

6、

7、即是衍射角的变化越明显越容易测出。所以选择大的线条精确度高。选择靶和晶面的原则是得到尽可能高的2其次考虑背底强度。如:铁正

8、火钢选CoK(310)晶面2＝161.8o淬火钢选CrK(211)晶面2＝156.4o二、X射线应力常数Ko:可以应用理论计算，也可以采用平行于表面的晶面而产生角。式中的E，和工程上使用的机械弹性常数有区别。此处应选择所测晶面的弹性常数。而不能直接使用工程手册中的数据。三、用最小二乘法求“2－sin2”直线的斜率。由最小二乘法：其中：令x=sin2y=2当采用sin24点法时应用衍射仪=0o、15o、30o、45oD0=-1.3606D15=-0.9143D30=0.3048D45=1.9701应用时

9、M=Dy=D2应用应力测定仪时D值随所选的靶和晶面而不同，如当采用CrK照射铁(211)时＝11.8=11.8o、26.8o、41.8o、56.8oD11.8=-1.2322D26.8=-0.5811D41.8=0.3907D56.8=1.4226四、试样状态对应力测定的影响1、表面状态为消除表面污染（表面污垢、氧化皮或涂层等），除非测量加工影响层的应力外，须进行：(1)用锉刀或粗砂纸除去氧化皮。(2)用电解抛光。2、晶粒大小的影响晶粒过大使参与衍射的晶粒数目减少，使衍射强度不稳定，一般要求D<30m。如晶粒较大须

10、增大X射线照射面积或使试样或X光回摆。当D>100－200m测量将发生困难。晶粒过小将使衍射线变宽，使测定精度下降。3、择尤取向的影响有择尤取向（织构）的材料，2－sin2没有线性关系，衍射峰强度强烈依赖于试样