实验七宏观残余应力的测定

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1、实验七宏观残余应力的测定一、实验目的1.了解X射线应力测定仪的基木结构特点和主要技术特性；2.掌握（M5°法及si『w法测定宏观残余应力的方法。二、实验原理晶体材料内的宏观残余应力将引起品面间距有规律的变化，在X射线衍射实验中，品血间距的变化就反映为衍射角的改变。X射线应力测定就是通过测量衍射角2（）相对于晶面方位的变化率计算材料表面的残余应力。用X射线方法测量宏观应力，一般是在平面应力状态的假设下进行的。即垂直表面的止应力。33及切应力013,023均为零，这时与主应力成任意“方向上的应力04为:E2(1+v)(cot0)711806(20)dsin

2、20=kM屮变动平面与试样表面的交线即为所测应力方向。若所测2（）〜sin®关系非线形，说明垂直于表面应力。33,S3或SH0。若试样屮存在织构，也将出现非线性。为获得一系列己知的屮方向，可选取不同的入射方式，即固定叭）法、固定W法及侧倾法。三、X射线应力测定仪的特点X射线应力测定仪实际上是一台衍射仪，做为测量宏观应力的专用设备，有如下特点：1.测角器应力仪的测角器在通常状态下是垂直的，即衍射仪平面垂直于水平面。它用立柱和横梁支撐，伸出在主机体外，可在一定的范围内升降和转动，还可得到一定的仰角或俯角，以适应测量实际匚件的需要。测角器上装冇计数管屎，X射

3、线管屎、扫描变速机构、标距杆朋及光阑（其构造参见教科书屮附图）。应力仪测角器的衍射几何特点与一般衍射仪有所不同，它是采用平行光束法而非聚焦法。平行光束法允许试样表面位置有鮫大的误差而不造成衍射角明显的偏离，这对试样不是装在测角器的标准位宜上的情况是很必要的。为得到适当的平行光束，采用管片垂直于测角仪园的seller狭缝。标距杆用于给被测试样定位，保证入射线、计数管轴线相交于试样表面的测点上（见图E5-1）。在用标距杆定位时，通常使光管处于％=30°处,这时标距杆垂直试样表血，待调节好测量角器高度、倾斜度及试样位置后，再转回0°位置开始测量。专用应力仪测

4、角器的扫描范围较小，约为20=110°〜170°o这主要是因为应力测定基于晶面间距的测量，而面间距的测量应取高角度较准确，另％的变化范围太小，以致测量不准或根木无法实施。现也有新型应力仪改用侧倾法（仅适应于网定W法）。1.测量位置变动机构此部分使测角器上下移动、绕立柱旋转、改变X射线入射角和使测也头倾斜，这是一些机械构件，可参见实物。2.X射线应力仪的测试步骤和操作1）试样的准备（表而处理）X射线的有效穿透深度在10u的数最级，因而试样表面的处理对测量结果影响很人。试样表面应去除汕污和氧化皮，再用电解抛光或化V腐蚀方法将农而加工层去掉。然后在测点做好标

5、记。2）选用适当的光管选择光管的原则与衍射仪相同。但有一点要特别注意，即被测品而须在应力仪限定的20角度区间有足够强且互不重證的衍射峰，在某些情况下可选用心线的衍射峰。3）试样安置将准备好的试样测试面朝上放在测介器下，使应力测最方向平面与计数管扫描平曲平行（同倾法）或垂直（侧倾法）。4）一般应力仪的操作规则%1接通应力仪的总电源，打开稳压器开关，待稳压器输出电压表白动升至220V。黄色指示灯亮；%1通X射线管冷却水；%1将管流、管压逆时针调到最低位置，按“通灯”按扭。“灯丝”指示灯亮；%1按“升高”按扭。“高压”亮，管压、管流自动升高至10KV-3嗣的

6、部位，开始“老化”（或称“吋效”，“除气”・・・），“老化”完成后，管压、管流升至预定的位置；%1确定计数率计工作条件（计数管高压、计数率最程、时间常数等）；%1接通计数率计及联机计算机的电源，开始“扫描”并记录数据。四、实验步骤1.利用X射线应力测定仪对试样表面确定方向进行测试（采用0-45°法及sh?屮法）；2.用半高宽法确定衍射峰位；1.用最小二乘法计算宏观内应力。五、实验报告要求1.简述宏观应力测定的基木原理及X射线应力测试仪的衍射几何特点;2.测试条件、数据及用0-45°法与si『屮法计算的过程和结果。X射线衍射分析习题1.试计算，当管电压4

7、30KV时（1）电子撞击靶时的速度和动能；（2）发射的X射线连续谱的短波限及其光量子的上限能量。1.X射线衍射实验室屮，为保护工作人员，应用1mm厚的铅屏，试计算这样的铅屏对于卞列辐射的透射系数,(1)MoKa辐射；(2)50KV操作的X光管所发射的短波限。2.为了使CuIG和CK”的强度比为100/1(设原來Ik/k仟5/1),采用Ni滤片(1)求滤片的厚度；(2)求此滤片对CuK.谱线的透射系数。3.为使Cu靶的K“线透射系数为K线透射系数的1/6,求滤丿INi的厚度(在Ni的"处，伽有&2倍的突变)4.试计算空气对于C1K辐射的质量吸收系数(设空

8、气屮含有8()w刖和2()皿的O),并计算CiK通过200mm空气的透射系数。5.卜列两组晶面