残余应力测定的基本知识_第四讲X射线应力测定方法_三_吕克茂
残余应力测量方法
残余应力是指材料内部或表面存在的不平衡力，它可以对材料的性能和可靠性产生重要影响。
以下是几种常见的残余应力测量方法：
1.X射线衍射法（X-ray Diffraction, XRD）：这是一种常用的非破坏性测量方法，通过测量
材料中晶体结构的畸变来间接计算残余应力。
X射线经过材料后会发生衍射，根据衍射角度的变化可以推断出残余应力的大小和方向。
2.中子衍射法（Neutron Diffraction）：类似于X射线衍射法，中子衍射法也是通过测量材
料晶体结构的畸变来确定残余应力。
相比X射线，中子具有更好的穿透能力，因此可以深入材料内部进行测量，适用于非金属材料的残余应力分析。
3.压电法（Piezoelectric Method）：利用材料的压电效应来测量残余应力。
该方法通过将
压电传感器固定在被测物体上，然后施加外力引起压电传感器的形变，根据形变量的变化推断出残余应力的大小。
4.高斯法（Hole Drilling Method）：这是一种常用的局部测量方法，适用于金属材料。
该
方法通过在被测物体上钻一个小孔，然后测量孔周围的表面应变的变化来计算残余应力。
5.激光干涉法（Laser Interferometry）：利用激光的干涉原理来测量表面的微小位移，从
而推断出残余应力的分布情况。
激光干涉法可以提供高精度的残余应力测量结果。
需要注意的是，不同的测量方法适用于不同类型的材料和应力状态，选择合适的方法取决于具体的应用需求和材料特性。
在进行残余应力测量时，应根据实际情况综合考虑各种因素，并采取适当的措施以确保测量结果的准确性和可靠性。
x射线衍射测定表面残余应力的基本原理
x射线衍射测定表面残余应力的基本原理
X射线衍射是一种常用的非破坏性分析方法，可用于测定材料内部的残余应力。
其基本原理是利用X射线在晶体中发生衍射现象来获取有关晶体结构的信息。
当入射X射线照射到晶体表面时，其中的晶粒会发生散射。
这个散射过程中，
X射线会与晶体中的原子相互作用，导致X射线改变方向。
这种改变方向的现象
称为衍射，衍射的角度和晶体的结构以及晶格参数密切相关。
X射线衍射测定表面残余应力的原理是利用晶体中晶面的平面间距与入射X射线的衍射角度之间的关系。
当晶体受到残余应力的影响时，晶面的平面间距会发生改变。
这种改变会导致入射X射线的衍射角度产生相应的偏移。
通过测量衍射角
度的改变，可以反推出材料中的残余应力大小和分布情况。
为了获得准确的残余应力测量结果，需要选择合适的晶体材料和衍射仪器。
常
用的晶体材料包括钼、铜和钨等。
衍射仪器通常采用X射线源、衍射仪器和探测
器组成，可以实现对入射X射线的发射和检测。
测量过程中，需要准确控制入射
角度和衍射角度，并进行有效的数据分析和处理。
X射线衍射测定表面残余应力的基本原理可应用于材料工程、金属加工、航空
航天等领域，有助于了解材料的力学性能和结构变化。
通过这种非破坏性的分析方法，可以提高材料的质量控制和设计优化，从而提升产品的可靠性和性能。
X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法
X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法-STRESSX射线衍射方法测量残余应力的原理与方法什么是残余应力？外力撤除后在材料部残留的应力就是残余应力。
但是，习惯上将残余应力分为微观应力和宏观应力。
两种应力在X射线衍射谱中的表现是不相同的。
微观应力是指晶粒部残留的应力，它的存在，使衍射峰变宽。
这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两者形成卷积。
通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换方法来求得微观应力的大小。
宏观应力是指存在于多个晶体尺度围的应力，相对于微观应力存在的围而视为宏观上存在的应力。
一般情况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。
宏观残余应力（以下称残余应力）在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。
当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。
通过测量样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。
X射线衍射法测量残余应力的发展X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是最常用的方法。
20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。
后来日本成功设计出的X射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展作了巨大贡献。
1961年德国的E.Mchearauch提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。
X射线衍射法测量残余应力的基本原理Ｘ射线衍射测量残余应力的基本原理是以测量衍射线位移作为原始数据，所测得的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎克定律由残余应变计算得到的。
其基本原理是：当试样中存在残余应力时，晶面间距将发生变化，发生布拉格衍射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且移动距离的大小与应力大小相关。
用波长λ的X射线，先后数次以不同的入射角照射到试样上，测出相应的衍射角2θ，求出2θ对sin2ψ的斜率M，便可算出应力σψ。
Ｘ射线衍射方法主要是测试沿试样表面某一方向上的应力σφ。
x射线衍射法测残余应力
x射线衍射法测残余应力x射线衍射法是一种常用的测量材料中残余应力的方法。
残余应力是指在材料内部存在的无外力作用下的应力状态。
x射线衍射法通过观察材料晶体的衍射图样，可以间接获得材料中的残余应力信息。
在材料制备和加工过程中，常常会产生各种类型的应力，如热应力、机械应力等。
这些应力可能会导致材料的性能下降甚至失效。
因此，了解材料中的残余应力分布情况对于材料的设计和使用具有重要意义。
x射线衍射法测量残余应力的原理是基于布拉格衍射定律。
根据布拉格衍射定律，当x射线入射到晶体上时，会与晶体中的原子产生相互作用，形成衍射峰。
这些衍射峰的位置和强度与晶体中的晶格常数、晶体结构以及晶体内部的应力状态有关。
x射线衍射实验通常使用x射线衍射仪进行。
首先，将待测材料制备成适当的样品，通常为薄片或者粉末。
然后，将样品放置在x射线衍射仪的样品台上，调整x射线的入射角度和入射波长，使得x 射线与样品发生衍射。
通过观察和分析衍射图样，可以得到一些重要的信息。
首先，衍射峰的位置可以计算出晶格常数，从而了解材料的晶体结构。
其次，衍射峰的宽度可以反映出材料中的残余应力大小。
在材料中存在应力时，晶体中的晶面会发生畸变，从而导致衍射峰的展宽。
根据衍射峰的形状和宽度，可以计算出材料中的残余应力大小和分布情况。
x射线衍射法测量残余应力具有许多优点。
首先，它是一种非破坏性的测量方法，可以对样品进行多次测量，而不会对样品的性能和结构造成损害。
其次，x射线衍射法可以测量材料中的残余应力分布情况，而不仅仅是某一个点的应力值。
这对于了解材料的应力状态以及应力的来源具有重要意义。
然而，x射线衍射法也存在一些限制。
首先，它只能测量具有晶体结构的材料，无法对非晶态材料进行测量。
其次，x射线衍射法对于样品的制备要求较高，需要将样品制备成适当的形状和尺寸，并且表面应该光滑且无缺陷。
此外，x射线衍射法对于测量环境的稳定性要求较高，温度和湿度的变化都会对测量结果产生影响。
X射线残余应力测定
X 射线残余应力测定一、材料中内应力的分类1、引言当产生应力的因素不存在时（如外力去除、温度已均匀、相变结束等），由于材料内部不均匀塑性变形（包括由温度及相变等引起的不均匀体积变化），致使材料内部依然存在并且自身保持平衡的弹性应力称为残余应力，或内应力。
一方面，残余应力可能对材料疲劳强度及尺寸稳定性等均成不利的影响。
另一方面，为了改善材料的表层性能（如提高疲劳强度），有时要在材料表面还要引入压应力（如表面喷丸）。
当多晶材料中存在内应力时，必然还存在内应变与之对应，导致其内部结构（原子间相对位置）发生变化。
从而在X 射线衍射谱线上有所反映，通过分析这些衍射信息，就可以实现内应力的测量。
2、内应力的分类材料中内应力可分为三大类。
第I 类应力，应力的平衡范围为宏观尺寸，一般是引起X 射线谱线位移。
第II 类内应力，应力的平衡范围为晶粒尺寸，一般是造成衍射谱线展宽。
第III 类应力，应力的平衡范围为单位晶胞，一般是导致衍射强度下降。
由于第I 类内应力的作用与平衡范围较大，属于远程内应力，应力释放后必然要造成材料宏观尺寸的改变。
第II 类及第III 类应力的作用与平衡范围较小，属于短程内应力，应力释放后不会造成材料宏观尺寸的改变。
在通常情况下，这三类应力共存与材料的内部。
因此其X 射线衍射谱线会同时发生位移、宽化及强度降低的效应。
A、第I类内应力材料中第I 类内应力属于宏观应力，其作用与平衡范围为宏观尺寸，此范围包含了无数个小晶粒。
在X 射线辐照区域内，各小晶粒所承受内应力差别不大，但不同取向晶粒中同族晶面间距则存在一定差异。
当材料中存在单向拉应力时，平行于应力方向的（hkl ）晶面间距收缩减小（衍射角增大），同时垂直于应力方向的同族晶面间距拉伸增大（衍射角减小），其它方向的同族晶面间距及衍射角则处于中间。
当材料中存在压应力时，其晶面间距及衍射角的变化与拉应力相反。
材料中宏观应力越大，不同方位同族晶面间距或衍射角之差异就越明显，这是测量宏观应力的理论基础。
无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析
无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析残余应力是指在物体内部存在的，由于外部加载和热应变引起的应力状态。
残余应力的存在对材料的性能和稳定性有着重要影响，因此在工程领域中需要对其进行准确测量和分析。
无损检测技术在残余应力测量与分析中起到了重要的作用，本文将对无损检测技术中的残余应力测量与分析方法进行剖析。
一、X射线衍射法X射线衍射（XRD）技术是一种常用的测量材料残余应力的方法。
该方法通过分析材料中晶体的衍射图谱来确定其残余应力。
当材料发生应力时，晶格的排列会发生变化，从而引起X射线的衍射角度的变化。
通过测量和分析这种变化，可以得到材料的残余应力信息。
XRD技术具有测量范围广、准确性高、可重复性好等优点。
对于单晶材料，XRD技术能够直接测量晶体中的残余应力，精度较高。
而对于多晶材料，则需要通过倾角扫描或者称为θ-2θ扫描，来获得材料中的残余应力信息。
不过，XRD技术对于非晶态材料的测量精度较低。
二、中子衍射法中子衍射（ND）技术是一种利用中子进行测量的方法，可用于测量材料的残余应力。
中子的波长大约为0.1-1.0纳米，相较于X射线而言，中子的波长更适合用于测量晶体结构。
中子与材料作用时，受到材料中的晶格排列和残余应力的影响，从而产生衍射。
中子衍射技术具有穿透性强、对非晶态材料测量精度高等优点。
相较于XRD技术，中子衍射技术在测量多晶材料的残余应力时精度更高，适用范围更广。
不过，中子衍射技术的设备成本较高，且实验条件要求较为苛刻。
三、位错法位错法是一种基于物理模型的测量残余应力的方法。
位错是材料晶体结构中的缺陷，它们是材料中形成应力的主要机制之一。
位错法通过测量材料中位错的密度和分布来推导残余应力。
位错法具有非常高的空间分辨率和准确性，适用于各种材料的残余应力测量。
位错法可以通过电子显微镜和X射线繁切分析仪等设备进行实施。
但是，位错法需要对材料进行特殊制备和取样，且实验条件更为复杂。
四、光弹法光弹法是一种基于光学和力学原理的测量方法，通过测量光线透过或反射于材料表面时产生的应力光学效应来推断残余应力。
残余应力检测方法
残余应力检测方法残余应力是指在物体内部或表面上存在的一种内部应力状态。
残余应力的存在对材料的性能和使用寿命都有很大的影响，因此对残余应力的检测和分析显得尤为重要。
下面将介绍几种常用的残余应力检测方法。
首先，X射线衍射方法是一种常用的残余应力检测方法。
通过对材料表面或内部进行X射线照射，然后观察X射线的衍射图样，可以得到材料的晶格参数，从而计算出残余应力的大小和方向。
这种方法具有非破坏性、快速、准确的特点，因此在工程实践中得到了广泛的应用。
其次，光弹法也是一种常见的残余应力检测方法。
通过在材料表面或内部施加一定的载荷，观察材料的形变情况，再结合材料的弹性参数，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
这种方法适用于各种材料，尤其对于复杂形状和大尺寸的工件也有很好的适用性。
此外，声发射方法也可以用于残余应力的检测。
当材料内部存在应力时，会引起微裂纹的扩展和移动，产生声波信号。
通过对这些声波信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。
这种方法对于复杂结构和高温环境下的残余应力检测具有独特的优势。
最后，磁性方法也是一种常用的残余应力检测方法。
当材料内部存在应力时，会对材料的磁性产生影响，通过对磁性信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。
这种方法适用性广泛，可以用于各种金属材料的残余应力检测。
总的来说，残余应力的检测对材料的质量控制和工程结构的安全性具有重要意义。
以上介绍的几种方法都具有各自的特点和适用范围，可以根据具体的情况选择合适的方法进行残余应力的检测和分析。
希望以上内容对残余应力检测方法有所帮助。
X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法X 射线衍射方法测量残余应力的原理与方法射线衍射方法测量残余应力的原理与方法-STRESSXRD 2009-01-10 21:07:39 阅读 616 评论 2 字号：大中小X 射线衍射方法测量残余应力的原理与方法什么是残余应力？外力撤除后在材料内部残留的应力就是残余应力。
但是，习惯上将残余应力分为微观应力和宏观应力。
两种应力在 X 射线衍射谱中的表现是不相同的。
微观应力是指晶粒内部残留的应力，它的存在，使衍射峰变宽。
这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两者形成卷积。
通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换方法来求得微观应力的大小。
宏观应力是指存在于多个晶体尺度范围内的应力，相对于微观应力存在的范围而视为宏观上存在的应力。
一般情况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。
宏观残余应力（以下称残余应力） X 射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。
在当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。
通过测量样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。
1/ 12X 射线衍射法测量残余应力的发展 X 射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是最常用的方法。
20 世纪初，人们就已经开始利用 X 射线来测定晶体的应力。
后来日本成功设计出的 X 射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展作了巨大贡献。
1961 年德国的---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ E.Mchearauch 提出了 X 射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。
X射线衍射测定残余应力
机电工程学院电子课堂本栏目内容仅供教学参考，未得到作者同意不得用于其它目的第一章 X射线衍射分析§1-6宏观残余应力的测定残余应力的概念：残余应力是指当产生应力的各种因素不复存在时，由于形变，相变，温度或体积变化不均匀而存留在构件内部并自身保持平衡的应力。
按照应力平衡的范围分为三类：第一类内应力，在物体宏观体积范围内存在并平衡的应力，此类应力的释放将使物体的宏观尺寸发生变化。
这种应力又称为宏观应力。
材料加工变形（拔丝，轧制），热加工（铸造，焊接，热处理）等均会产生宏观内应力。
第二类内应力，在一些晶粒的范围内存在并平衡的应力。
第三类内应力，在若干原子范围内存在并平衡的应力。
通常把第二和第三两类内应力合称为“微观应力”。
下图是三类内应力的示意图，分别用sl,sll,slll表示。
构件中的宏观残余应力与其疲劳强度，抗应力腐蚀能力以及尺寸稳定性等有关，并直接影响其使用寿命。
如焊接构件中的残余应力会使其变形，因而应当予以消除。
而承受往复载荷的曲轴等零件在表面存在适当压应力又会提高其疲劳强度。
因此测定残余内应力对控制加工工艺，检查表面强化或消除应力工序的工艺效果有重要的实际意义。
测定宏观应力的方法很多，有电阻应变片法，小孔松弛法，超声波法，和X射线衍射法等等。
除了超声波法以外，其它方法的共同特点都是测定应力作用下产生的应变，再按弹性定律计算应力。
X射线衍射法具有无损，快速，可以测量小区域应力等特点，不足之处在于仅能测量二维应力，测量精度不十分高，在测定构件动态过程中的应力有一些困难。
1-4-1 X射线宏观应力测定的基本原理测量思路：金属材料一般都是多晶体，在单位体积中含有数量极大的，取向任意的晶粒，因此，从空间任意方向都能观察到任一选定的{hkl}晶面。
在无应力存在时，各晶（如下图所示）。
粒的同一{hkl}晶面族的面间距都为d当存在有平行于表面的张引力（如σφ）作用于该多晶体时，各个晶粒的晶面间距将发生程度不同的变化，与表面平行的{hkl)（ψ=0o）晶面间距会因泊松比而缩小，而与应力方向垂直的同一{hkl)（ψ=90o）晶面间距将被拉长。
x射线等效残余应力
x射线等效残余应力摘要：1.引言2.X 射线等效残余应力的定义3.X 射线等效残余应力的测量方法4.X 射线等效残余应力的应用5.结论正文：【引言】在材料科学和工程领域，残余应力是一个重要但难以直接观测的参数。
为了解决这个问题，研究人员发展了许多间接测量方法，其中X 射线等效残余应力是一种常用的方法。
本文将介绍X 射线等效残余应力的定义、测量方法和应用。
【X 射线等效残余应力的定义】X 射线等效残余应力是指材料在经过一定程度的塑性变形后，在微观层面上产生的内部应力。
这种应力是由于材料内部的原子或分子在变形过程中发生重新排列，使得周围区域的原子受到吸引力或排斥力，从而产生应力。
X 射线等效残余应力可以通过X 射线衍射技术来测量。
【X 射线等效残余应力的测量方法】X 射线等效残余应力的测量方法主要基于X 射线衍射技术。
该技术利用X 射线与材料中的原子发生相互作用，通过分析衍射数据可以获取材料的结构信息。
在测量残余应力时，需要对材料进行一定的塑性变形，然后通过X 射线衍射技术测量变形后的材料结构与原始结构的差异，从而计算出等效残余应力。
【X 射线等效残余应力的应用】X 射线等效残余应力测量技术在许多领域都有广泛的应用，包括航空航天、汽车制造、核工业等。
这些领域中的部件在制造和使用过程中常常会受到残余应力的影响，通过X 射线等效残余应力测量技术可以有效地评估和优化材料的性能，提高部件的使用寿命和安全性。
【结论】X 射线等效残余应力是一种间接测量材料内部残余应力的方法，基于X 射线衍射技术。
该方法在航空航天、汽车制造、核工业等领域有广泛的应用。
测试残余应力的方法
测试残余应力的方法
1. X射线衍射，这是一种常用的方法，通过测量材料中晶格的微小变化来确定残余应力的存在和大小。
X射线衍射技术可以提供非常精确的残余应力测量。
2. 中子衍射，类似于X射线衍射，中子衍射也可以用于测量材料中的残余应力。
中子衍射对于一些特定类型的材料有其独特的优势，例如对于氢含量较高的材料。
3. 光学方法，包括全息干涉法和光栅法等，这些方法利用光的干涉原理来测量材料中的残余应力。
4. 荧光法，通过在材料表面施加荧光材料，并观察其发光的变化来测量残余应力。
5. 超声波法，利用超声波在材料中传播的速度和衰减来推断材料中的残余应力。
6. 磁性方法，包括磁滞回线测量和磁致伸缩测量等，这些方法利用材料中的磁性特性来推断残余应力。
综合利用以上方法，可以全面、多角度地测量材料中的残余应力，从而更好地了解材料的性能和行为。
这些方法在工程、材料科学和制造业等领域都有广泛的应用。
残余应力测定的基本知识_第四讲X射线应力测定方法_三_
θ — — 无应力状态的布拉格角 。 0 — 式 ( 16) 表明θ 0 越大则应力常数 K 越小 。所以 θ比较高的衍射晶面 。因为应 要尽量选用衍射角 2 θ测量误差引起的 力常数 K 越小 , 同样的衍射角 2 应力值误差也越小 。
5. 3 应力常数问题
式中 d — — — 晶面间距 ; θ 2 — — — 衍射角 ;
式中 c 为光速 。同一系 ( 例如 K 系) 标识谱线 , 其波 长λ取决于靶材原子序数 Z , 它们之间的关系符合 莫塞莱定律 :
1 ) = K( Z - σ λ
( 15)
式中 K 和σ均为常数 。所谓标识谱线 ,其含义就在 于它的波长与靶材原子序数的一一对应的关系 。因
收稿日期 :2007208211 作者简介 : 吕克茂 (1941 - ) ,男 ,高级工程师 。
式中 G 称作等强度梁系数 ( 这里提供一个参考尺 寸 :L = 300 mm , B 0 = 50 mm , H = 6 mm , 计算得 G = 1) 。
( a) 等强度梁主 、 俯视图
装都必须保证足够的精度 ; 梁体材料不但要和待测 材料的材质状态完全一致 , 还要注意避免晶粒粗大 和织构 ,并且注意去除机械加工带来的附加应力 ; ② Ψ= 作 X 射线衍射分析时应当严格把握应力方向 、
β 辐射 。事实正是如此 , 只要滤波片材料的原 除 K 子序数比 X 射线管靶材小 1 或 2 就可以实现 ,如图 20 所示 。 X 射线应力测定常用辐射及滤波片的有关数据 见表 1 。
( a) 铜靶的辐射在滤波之前 ( b) 通过镍滤波片之后
图 20 滤波片的作用示意图 ( 虚线表示镍的质量吸收系数)
BA SIC KNO WL ED GE O F R ESIDU AL S TR ESS D E T ERM INA TION ) — — — L EC TU R E No . 4 S TR ESS D E T ERM INA TION M E T HOD B Y X2RA Y ( Ⅲ
残余应力的测试方法
残余应力的测试方法
残余应力的测试方法有多种，以下是其中一些常用的方法：
1. X射线衍射法：该方法通过测量材料中的晶格畸变来确定残余应力的大小。
X 射线经过材料时，会发生衍射现象，通过测量衍射角度的变化，可以得到材料的残余应力。
2. 中子衍射法：与X射线衍射法类似，中子衍射法也是通过测量材料中的晶格畸变来确定残余应力的大小。
中子的波长与晶格间距相近，因此能够更加准确地测量晶格畸变。
3. 应变计法：该方法通过在材料表面粘贴应变计，测量材料的应变变化来确定残余应力的大小。
应变计可以是金属薄片或电阻应变计等，当材料受到应力时，应变计会发生形变，通过测量形变的大小，可以计算出材料的残余应力。
4. 隔离层剥离法：该方法通过在材料表面涂覆一层隔离层，剥离隔离层后测量剩余材料的形状变化来确定残余应力的大小。
由于隔离层起到了保护材料表面的作用，剥离后的材料形状发生变化可以反映出残余应力的大小。
5. 孔隙法：该方法通过在材料中制作孔隙，并测量孔隙的尺寸变化来确定残余应力的大小。
材料中的孔隙会受到应力的影响而发生变化，通过测量孔隙的变化，可以计算出材料的残余应力。
这些测试方法各有优缺点，选择合适的方法应根据具体的材料和测试要求来确定。
X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法-STRESS HYPERLINK "/blog/" \l"m=0&t=1&c=fks_087064080087085075080087080095085086087075086081094067 085" XRD 2009-01-10 21:07:39 阅读616 评论2 字号：大中小X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法什么是残余应力？外力撤除后在材料内部残留的应力就是残余应力。
但是，习惯上将残余应力分为微观应力和宏观应力。
两种应力在X射线衍射谱中的表现是不相同的。
微观应力是指晶粒内部残留的应力，它的存在，使衍射峰变宽。
这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两者形成卷积。
通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换方法来求得微观应力的大小。
宏观应力是指存在于多个晶体尺度范围内的应力，相对于微观应力存在的范围而视为宏观上存在的应力。
一般情况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。
宏观残余应力（以下称残余应力）在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。
当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。
通过测量样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。
X射线衍射法测量残余应力的发展X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是最常用的方法。
20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。
x射线等效残余应力
x射线等效残余应力
（原创实用版）
目录
1. x 射线等效残余应力的定义和意义
2. x 射线等效残余应力的测量方法
3. x 射线等效残余应力的应用
4. x 射线等效残余应力的优缺点
正文
x 射线等效残余应力是指材料在加工或者制造过程中，由于受到外力作用而产生的内部应力，这种应力在材料内部分布不均匀，且在材料表面无法直接观察到，但是可以通过 x 射线衍射技术进行测量和计算。
x 射线等效残余应力的测量方法主要是通过 x 射线衍射技术，这种技术可以测量出材料内部的晶格结构，从而推算出应力的分布情况。
具体操作步骤包括样品的制备、x 射线衍射数据的采集和数据处理等。
x 射线等效残余应力在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
它可以用于评估材料的强度和疲劳寿命，也可以用于分析材料的失效机制和优化制造工艺。
x 射线等效残余应力的优点在于它可以直接反映材料内部的应力状态，对于提高材料的使用性能和寿命有着重要的指导意义。
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残余应力检测方法
残余应力检测方法残余应力是指在物体内部或表面存在的应力状态，它是在物体制造、变形或加工过程中产生的，但在外力作用消失后仍然存在的应力。
残余应力的存在对材料的力学性能、耐久性能和稳定性能都有着重要的影响，因此残余应力的检测方法显得尤为重要。
一、X射线法。
X射线法是一种常用的残余应力检测方法，它利用X射线对材料进行透射或衍射，通过分析X射线的衍射角度和强度来确定材料中的残余应力状态。
这种方法具有非破坏性、高精度和广泛适用性的特点，可以对各种材料的残余应力进行准确的检测和分析。
二、光弹法。
光弹法是一种利用光学原理来测定材料内部应力状态的方法，它通过在材料表面或内部施加一定的载荷，观察材料的变形情况，从而推断出材料的残余应力状态。
光弹法具有高灵敏度、高分辨率和实时性好的特点，适用于各种材料的残余应力检测。
三、超声波法。
超声波法是一种利用超声波在材料中传播的速度和衰减情况来测定材料内部应力状态的方法，它通过对超声波的传播特性进行分析，可以准确地测定材料中的残余应力状态。
超声波法具有高灵敏度、高分辨率和实时性好的特点，适用于各种材料的残余应力检测。
四、磁致伸缩法。
磁致伸缩法是一种利用材料在磁场中的应力-应变特性来测定材料内部应力状态的方法，它通过对材料在磁场中的磁致伸缩效应进行测量和分析，可以准确地测定材料中的残余应力状态。
磁致伸缩法具有高灵敏度、高分辨率和实时性好的特点，适用于各种材料的残余应力检测。
五、电子衍射法。
电子衍射法是一种利用电子束在材料中的散射情况来测定材料内部应力状态的方法，它通过对电子的散射角度和强度进行分析，可以准确地测定材料中的残余应力状态。
电子衍射法具有高精度、高分辨率和实时性好的特点，适用于各种材料的残余应力检测。
综上所述，残余应力检测是材料科学领域中的重要课题，不同的残余应力检测方法各有特点，可以根据具体的应用需求选择合适的方法进行检测和分析。
随着科学技术的不断发展，残余应力检测方法也在不断完善和创新，相信在未来会有更多更高效的残余应力检测方法出现，为材料科学研究和工程应用提供更多的支持和帮助。
6章宏观残余应力的测定课件
图6-5 测定宏观应力的坐标系
即 是衍射晶面法线ON与试样表
面法线ON间的夹角
11
第二节 X射线宏观应力测定的基本原理
三、应力测定公式
根据弹性力学原理，对于一个连续、均质、各向同性的
物体，在平面应力状态下，z =0，z =3，按图6-5所示的坐标
据求2 - sin2直线的斜率M 此法适用于已知2 - sin2具有良好的线性关系或对测量精
度要求不高的场合
对于固定 的0- 45法， sin2 = sin2 45-sin2 0=0.5，则应
力计算公式简化为
= 2K2
21
第三节 宏观应力测定方法
一、同倾法
3) 晶面方位角 的选取
b. sin2法 2 测量必然存在偶然误差，故两点法会影响测 量精度。为此取几个(n≥4)方位测量，再用作图法或最小
第六章 残余应力的测定
本章主要内容 第一节 物体内应力的产生与分类 第二节 X射线残余应力测定的基本原理 第三节 宏观应力测定方法 第四节 X射线宏观应力测定中的一些问题
1
第一节 物体内应力的产生与分类
残余应力是一种内应力 内应力指产生应力的各种因素不复存在时，由于形变、体
积变化不均匀而残留在构件内部并自身保持平衡的应力 产生应力的各种因素不复存在指，外加载荷去除、加工完
14
第二节 X射线宏观应力测定的基本原理
四、应力常数K
M 是2 - sin2 直线的斜率。由于 K 是负值，若当M 0
时，应力为负，即压应力；当M 0时，应力为正，即拉应力
若 2 - sin2 关系失去线性，说明材料偏离平面应力状态，
三种非平面应力状态 的影响见图6-7
x射线残余应力测试原理
x射线残余应力测试原理宝子们！今天咱们来唠唠这个超酷的X射线残余应力测试原理呀。
咱先得知道啥是残余应力呢。
就好比你捏一个小泥人儿，你捏的时候给它施加了各种力，就算你把手松开了，这个小泥人儿里面其实还留着你捏它时候的那些力的影响，这在材料里就叫做残余应力啦。
那这个X射线咋就能把这残余应力给找出来呢？X射线呀，它就像一个超级小的侦探。
当X射线照到材料上的时候，就会发生衍射现象。
这衍射呢，就好像是X射线在材料的原子晶格里面玩了一场超级有趣的弹珠游戏。
原子晶格就像是一个有规则排列的小格子，X射线这个小弹珠打进去，就会按照一定的角度弹出来。
这里面的学问可大了呢。
正常情况下，如果材料没有残余应力，那X射线弹出来的角度啊，强度啊，都是有一定规律的。
但是一旦有了残余应力，这个原子晶格就像是被调皮的小怪兽给挤歪了或者拉变形了。
这时候X射线再进去玩弹珠游戏，弹出来的角度和强度就会发生变化啦。
比如说，要是残余应力是拉应力，就好像把原子晶格给拉长了一点，那X射线弹出来的角度就会跟没有拉应力的时候不一样，可能会变得大一点或者小一点，就看这个拉应力是怎么个拉法喽。
同理，如果是压应力，把原子晶格给压得紧凑了些，X射线的衍射情况又会是另外一种变化。
科学家们就通过测量X射线衍射角度和强度的这些变化，然后用超级复杂的数学公式来计算出残余应力到底有多大。
这就像是根据小弹珠弹出来的奇怪轨迹，倒推这个弹珠游戏场地（原子晶格）被搞成啥样了，从而知道之前施加了什么样的残余应力。
你可别小看这个残余应力哦。
在很多地方它都特别重要呢。
就像在机械制造里面，如果零件有不合适的残余应力，可能这个零件在使用的时候就会莫名其妙地坏掉。
就像你穿了一双不合脚的鞋子，走几步就难受得不行。
通过X射线残余应力测试，就可以提前知道零件的状态，就像给零件做了一个超级细致的健康检查。
而且呀，在建筑材料里也是一样的道理。
要是建筑材料里面残余应力没控制好，那建筑物可能就会有安全隐患呢。
残余应力测定的基本知识——第三讲磁性法和超声法测残余应力的基本原理和各种方法比较
残余应力测定的基本知识——第三讲磁性法和超声法测残余
应力的基本原理和各种方法比较
冉启芳;吕克茂
【期刊名称】《理化检验-物理分册》
【年(卷),期】2007(043)006
【摘要】@@ 介绍残余应力测定方法中的两种无损测定方法,即磁性应变法和超声声弹性法.这两种方法与其他的残余应力测量方法相比影响测量因素较多,有些问题有待研究解决.但是它们仍得到一定应用,也受到应力测量工作者的关注.最后对各种残余应力测量方法的特性进行了对比.
【总页数】5页(P317-321)
【作者】冉启芳;吕克茂
【作者单位】河南省无损检测分会,郑州,450052;邯郸爱斯特应力技术研究所,邯郸,056000
【正文语种】中文
【中图分类】O348
【相关文献】
1.小盲孔法和磁性法残余应力的比较 [J], 蔡杰
2.残余应力测定的基本知识第二讲 X射线应力测定的基本原理 [J], 张定铨
3.残余应力测定的基本知识——第四讲 X射线应力测定方法(一) [J], 吕克茂
4.残余应力测定的基本知识——第六讲残余应力与环境敏感开裂 [J], 郑文龙;施伟
力
5.残余应力测定的基本知识——第七讲机械法测残余应力 [J], 印兵胜;赵怀普;王晓洪
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X射线应力测定
ctg 0 0
在试样的应力状态一定的情况下，ε3不随ψ而变，故对sin2ψ求导 可得：
E
sin 3
E 2 ctg 0 21 sin 2
15
平面应力测定原理
上式中的2θ以弧度为单位。当以度为单位时，上式则为 E 2 16 ctg 0 2 21 180 sin 如令 ， E 2 K1 ctg 0 M 21 180 sin 2 则 σФ = K1M 17 式中K1为应力常数；M为2θ对sin2ψ的斜率，是计算应力的 核心因子，是表达弹性应变的参量。应力常数K1，随被测材 料、选用晶面和所用辐射而变化，表4-5中列入了部份材料的 K1值。由此可见（17）是虎克定律在X射线应力测量中的特殊 表达式，也是残余应力测定的最基本的公式。
一般情况下，材料的应力状态并非是单轴 应力那么简单，在其内部单元体通常处于 三轴应力状态。由于X射线只能照射深度 10-30μm左右的表层，所以X射线法测定 的是表面二维的平面应力。 根据弹性力学，在一个受力的物体内可以 任选一个单元体，应力在单元体的各个方 向上可以分解为正应力和切应力。
平面应力测定原理
X射线应力仪
X射线应力仪的结构示意图如 图4-9，其核心部份为测角仪。 应力仪的测角仪为立式，测角 仪上装有可绕试件转动的X射 线管和计数管（即辐射探测 器）。 通过ψ0调节使X射线管转动， 以改变入射线的方向。从X射 线管1发出的X射线，经入射光 阑2照到位于试样台3的试件4 上，衍射线则通过接收光阑5 进入计数管6。计数管在测角 仪圆上的扫描速度可以选择, 扫描范围为110~170°。
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LÜKe-mao
(Handan Str ess Technolo gies Co. L td. , Handan 056000 , China)
斜率 M j (操作方法与测定应力相同):
n
n
n
∑ ∑ ∑ 2θi
sin2 Χi - n (2θi sin2 Χi)
M j = i =1
i =1
i =1
n
n
∑ ∑ ( sin2 Χi)2 - n sin4 Χi
i =1
i =1
(18)
式中 n 为测定斜率选用 Χ角的数目 。 测试点应当
确定在梁的中心线上远离边界条件的某一点 , 应力
5 辐射 、衍射晶面与应力常数
5. 1 辐射和滤波片
X 射线管发射的 X 射线分为连续谱线和标识
谱线(图 19)。 X 射线衍射分析使用标识谱线 。 当
X 射线管电压达到并超过靶材的激发电压 V K 时 , 来自阴极的高速电子具有了充分的动能 , 能够撞出
靶原子内层(例如 K 层)电子而产生空穴 , 原子处于
理化检验 - 物理分册
专题讲座
P T CA (PA RT :A PH YS. T ES T . )
2007 年 第 43 卷 9
残余应力测定的基本知识
———第四讲 X 射线应力测定方法(三)
吕克茂
(邯郸爱斯特应力技术研究所 , 邯 郸 056000) 中图分类号 :T G 115. 22+2. 2 文献标识码 :A 文章编号 :1001-4012(2007)09-0462-07
(b) 等强度梁加载装置 图 21 等强度梁及加载装置 Fig. 21 T he equa tion intensity g ir der and lo ad equipment
测定应力常数的方法是 :给等强度梁施加一系
列不同的载荷 P j , 在每个载荷下 , 分别用 X 射线应
力测定仪在等强度梁上测定衍射角 2θ对 sin2 Χ的
46 2
图 19 钼靶 X 射线的谱线 Fig. 19 T he spectrum curve of X-ray using
molybdenum targ et
靶原子 K 层出现空穴而 产生的 X 射线叫 K 系谱 线, L 层电子跃迁到 K 层空穴所产生的 X 射线叫 K α辐射 , M 层电子跃迁到 K 层空穴所产生的 X 射 线叫 K β 辐射(图 19)。 所以 , 选择不同波长的辐射 就是选 用不同靶材的 X 射 线管 , 或 同一靶的 不同 辐射 。
元素 原子序数
λK α
λKβ
Cr
24
0. 229 09
0. 208 487
Fe
26
0. 193 73
0. 175 66
Co
27
0. 179 02
0. 162 079
Cu
29
0. 154 18
0. 139 22
注 :1) 滤波后的 K α与 K β 强度比为 600 ∶1 。
材料
滤波片 原子序数 吸收缘 λK / nm
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得很低 , 小于此缘时 μm 突然增高 。 实际上 , 这是因
为波长等于吸收缘的入射 X 光所具有的能量 恰能
撞出被射物质原子内层电子 , 并引起电子跃迁 , 产生
二次 X 射线 , 故而被射物质对入射 X 射线显现出强
方向与中心线一致 。 假定测试点的残余应力为 σr ,
则载荷应力与残余应力的代数和 σpj +σr 应与 X 射
线应力测定所得的斜率 M j 成正比 , 即 :
σpj +σr = K M j
(19)
式中 K 为应力常数 。
一般表达为 :
σp = K M - σr
(20)
式中 σr 和 K 为未知数 。这是个直线方程 , K 为直
在选用 K α 辐射的情况下 , 为了突出其单色化 效果 , 提高衍射线的 峰背比 , 应设法滤除 K β 辐射 , 并降低连续谱线的强度 。为此就要在光路中加装滤 波片 。
滤波是吸收缘效应的巧妙利用 。 所谓吸收缘效 应 , 即在材料对 X 光的质量吸收系数 μm 随入射 X 光波长 λ而变化的曲线上有一个突变缘(如图 20 虚 线所示), 波长大于此缘时质量吸收系数 μm 已经变
关于理论计算 X 射线应力常数问题 , 前人曾提 出不同的假设和计算模型[ 3] 。 文献[ 3] 根据统计波 动理论 , 推导出多晶体的弹性常数应取按 Vio gt 和 Reuss 两种假设计算所得结果的几何平均 值 , 并在 附录中列出了常用金属材料 、一些陶瓷材料和硬质 合金的应力常数 , 被国内外同行普遍采用 。
在面临很弱的衍射峰时 , 为了使得应力测试结 果具有足够的可信度 , 就必须设法提高衍射强度 , 或 增大探测器累计的计数 。 因为计数越高 , 则它所包 含的相对误差就越小 。
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从另一个角度来说 , 衍射强度也带来了被测材
K α滤波后强度变化
厚度1) /m m
I /I0
V
23
0. 226 90
0. 016
0. 50
Mn
25
Fe
26
0. 189 64 0. 174 33
0. 016 0. 018
0. 46 0. 44
Ni
28
0. 148 80
0. 021
0. 40
5. 2 衍射晶面的选择
选择衍射晶面的根本依据是布拉格定律 :
E1 -
E2
=
hc λ
(14)
式中 c 为光速 。同一系(例如 K 系)标识谱线 , 其波 长 λ取决于靶材原子序数 Z , 它们之间的关系符合
莫塞莱定律 :
1 λ
= K(Z
-
σ)
(15)
式中 K 和 σ均为常数 。所谓标识谱线 , 其含义就在
于它的波长与靶材原子序数的一一对应的关系 。 因
收稿日期 :2007-08-11 作者简介 :吕克茂(1941 -), 男 , 高级工程师 。
6 测量条件的选择
6. 1 衍射强度问题与管电压 、管电流的选择 6. 1. 1 衍射强度问题
衍射强度指的是探测器在某个接收角上单位时 间内采集到的 X 光子数 , 也就是探测器单位时间内 输出给计算机的脉冲数 。 衍射强度是随机变量 , 必 然带有随机误差 。 从仪器制造的角度 , 提高 X 射线 管电压 、电流的稳定度和探测器的稳定性 , 可以减小 衍射强度的随机波动 , 但是要想使它完全恒定是不 可能的 。
σp
=
B
6
0
L H2PFra bibliotek= GP
(17)
46 3
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式中 G 称作等强度 梁系数(这里提 供一个参考 尺 寸 :L =300 mm , B0 =50 m m , H =6 mm , 计算得 G =1) 。
(a) 等强度梁 主 、俯视图
5. 3 应力常数问题
应当指出 , 式(16)的 E 和 ν应是材料中指定相 、
指定晶面(hk l)应力应变关系的参量 。 在多数情况
下这里的 E 和 ν与机械法测得的多晶材料的 E 和 ν
在数值上有很大差别 。 而且一般材料的这些参量对
合金元素含量及组织结构不敏感 , 但是式(16)中的
E 和 ν不仅与晶面指数有关 , 而且与材料的成分 、塑 性变形历史以及热处理状态等因素有关[ 1] 。 所以如
料的金属物理信息 。 对于相同的材料 , 在相同的衍
射晶面和衍射几何条件下 , 一旦发觉衍射强度的明
显变化就应进行分 析 。 必要时再 配合使用其他 手
段 , 寻求材料内部组织结构的特性 , 以及它们对材料
X 射线应力测定常用辐射及滤波片的有关数据
Fig. 20 T he action of filtering patch
见表 1 。
表 1 不同 X 射线管所用的滤波片
T ab. 1 T he filtering pa tch fo r different X-ray tube
阳极靶
标识谱线波长 /nm
果要追求与载荷应力完全一致的残余应力值 , 可以
采取试验手段测定应力常数 。
为此 , 用与待测应力工件的材质工艺完全相同
的材料制作成等强度梁 , 如图 21a 所示 。 右端 V 型
槽处于两条斜边延长线的交点上 。图 21b 是等强度
梁加载装置示意图 。如果载荷为 P , 则等强度梁上
面的载荷应力 σp 按下式计算 :
激发状态 , 外层(例如 L 和 M 层)电子向空穴跃迁 ,
以使原子恢复常态 ;跃迁电子的能级之差以 X 光量 子的形态辐射出来 , 便是标识谱线 。 其频率 υ与能
级之差(E1 - E2 )成正比 , 即 :
E1 - E2 = hυ
式中 h 为普朗克常数 。
(13)
若用 X 射线波长 λ表达 , 则 :
线的斜率 。对式(20)求导 , 得 :
K = σp M
(21)
由一系列的载荷应力 σpj 和实测数据 M j , 用最 小二乘法可以求得应力常数 K :