X射线衍射在残余应力分析中应用
x射线衍射测量残余应力实验指导书
X射线衍射方法测量材料的残余应力一、实验目的与要求1.了解材料的制备过程及残余应力特点。
2.掌握X射线衍射（XRD）方法测量材料残余应力的实验原理和方法。
二、了解表面残余应力的概念、分类及测试方法种类, 掌握XRD仪器设备的操作过程。
三、实验基本原理和装置..1.X射线衍射测量残余应力原理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。
材料中内应力分为三大类。
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。
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, 一般导致衍射强度下降。
第II类及第III类内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, 我们测得是残余应力是指第一类残余应力。
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。
原理见图1。
由于X射线穿透深度很浅, 对于传统材料一般为几十微米, 因此可以认为材料表面薄层处于平面应力状态, 法线方向的应力(σz )为零。
当然更适用于薄膜材料的残余应力测量。
图1 x 射线衍射原理图图2中φ及ψ为空间任意方向OP 的两个方位角, εφψ 为材料沿OP 方向的弹性应变, σx 及σy 分别为x 及y 方向正应力。
残余应力的测试标准
残余应力的测试标准残余应力是指在物体内部或表面存在的一种应力状态，它是在物体内部或表面上由于加工、焊接、热处理等工艺过程中产生的应力。
残余应力的存在会对材料的性能和使用寿命产生一定的影响，因此对残余应力进行测试是非常重要的。
下面将介绍残余应力的测试标准及相关内容。
1. 测试方法。
残余应力的测试方法有很多种，常见的包括X射线衍射法、光栅法、中子衍射法、电子衍射法等。
其中，X射线衍射法是应用最为广泛的一种方法。
通过X射线衍射仪器可以测定材料内部的应力状态，得到残余应力的大小和分布情况。
2. 测试标准。
在进行残余应力测试时，需要遵循一定的测试标准，以保证测试结果的准确性和可靠性。
国际上常用的残余应力测试标准有ASTM E837-13、ISO 2360:2003、GB/T 2970-2016等。
这些标准对于测试方法、设备精度、样品制备、测试程序、数据处理等方面都有详细的规定，使用者可以根据实际情况选择合适的标准进行测试。
3. 测试样品。
在进行残余应力测试时，选择合适的测试样品对于测试结果的准确性至关重要。
通常情况下，可以选择金属材料、焊接接头、热处理件等作为测试样品。
对于不同材料和工艺的测试样品，需要根据标准要求进行制备和处理，以保证测试的有效性。
4. 测试结果。
残余应力测试的结果通常以应力大小和分布图形式呈现。
通过对测试结果的分析，可以了解材料内部或表面的应力状态，为进一步的工艺改进和材料设计提供参考依据。
同时，测试结果也可以用于评估材料的质量和可靠性，对于产品的使用和维护具有重要意义。
5. 应用领域。
残余应力测试在航空航天、汽车制造、电子设备、建筑结构等领域都有着广泛的应用。
通过对材料残余应力的测试，可以有效地预防材料的疲劳破坏、断裂和变形，提高产品的使用寿命和安全性，对于保障工程质量和产品质量具有重要意义。
6. 结语。
残余应力的测试标准对于保证测试结果的准确性和可靠性至关重要。
通过遵循相关的测试标准和方法，可以得到准确的残余应力测试结果，为材料的设计和工艺改进提供科学依据。
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射线衍射技术在薄膜残余应力测量中的应用
关键 词 ： 残余应 力 ； 平行 光镜 ； 细 管 ； 毛 同步 辐射 源 Ｘ 射线 ： 二维探 测 器 中图分类号 ： ＴＧ１ ５ ２ １． ２ 文献标 识 码 ： Ａ
文章 编号 ：０ １９ ３ （０ ７ １ —７ ５０ １ ０ —７ １ ２ ０ ） １１ ４ —５
随着 转 靶 和 同 步 辐 射 Ｘ 射 线 源 等大 功 率 Ｘ射 线
Ｘ 射线 穿透 深度 很 浅 （ 于传 统 材 料一 般 仅 为几 十微 对 米 ） 因此 可 以认 为 材 料 表 面 处 于 平 面应 力 状 态 ， 时 ， 这 不 同方位 角 下 测 量 得 到 衍 射 晶 面 的 Ｘ射线 衍射 峰 会 发 生相应 的移动 ；（ ｋ ） ｈ １ 晶面 间距 ｄｋ ｓ ２ 成线 Ｉ ｉ ｈ与 ｎ
维普资讯
杨
帆 等 ： 射 线衍 射 技术 在 薄 膜 残 余 应 力 测 量 中 的 应 用 Ｘ
Ｘ射 线 衍 射 技 术 在 薄 膜 残 余 应 力测 量 中 的应 用
杨 帆 ， 维栋 蒋建 清 费 ，
（１ 东 南大 学 材料 科 学与工 程学 院 ， ． 江苏 南 京 ２ １ ８ ； １ １ ９ ２ 哈 尔滨 工 业大 学 材料 科 学与工 程学 院 ， 龙江 哈尔 滨 １ ０ ０ ） ． 黑 ５ ０ １
ｔｕ 、 ｒｍ） 中子衍 射 法 （ ｕｒ ｎｄｆ ａ ｔ ｎ 、 痕 法 （ｎ Ｎｅ ｔｏ ｉ ｒｃｉ ） 压 ｆ ｏ ｉ— ｄ ｎａｉｎ ｍｅｈ ｄ 和 Ｘ 射 线 衍 射 法 （ —ａ ｉ ｒｃ ｅ ｔｔ ｔ ｏ ） ｏ Ｘ ｒｙ ｄｆ ａ— ｆ
性 关 系 ， 时可 以通 过 拟合 ｄｋ ｓ 曲线求 得材 料 此 ～ ｉ ｈ Ｉ ｎ 中的残余 应 力 。ｓ 法 测 量残 余 应力 的基 本公 式 如 ｉ ｎ
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。
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。
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。
X射线衍射法残余应力测试
目录1.概述 (2)1.1 X射线残余应力测试技术和测量装置的进展 (2)a.测试技术的进展 (3)b.测量装置的进展 (4)1.2测试标准 (5)2、测定原理及方法： (6)2.1二维残余应力 (6)2.1.1原理 (6)2.1.2方法 (9)2.2三维残余应力 (15)2.2.1沿深度分布的应力测定一剥层法 (16)2.2.2 X射线积分法(RIM) (17)2.2.3 多波长法 (20)3、X射线残余应力测定法的优、缺点 (21)4、一些应用 (22)参考文献： (23)X射线衍射法残余应力测试原理、计算公式、测试方法的优缺点、目前主要应用领域。
1.概述X射线法是利用X射线入射到物质时的衍射现象测定残余应力的方法。
包括X射线照相法、X射线衍射仪法和X射线应力仪法。
1.1 X射线残余应力测试技术和测量装置的进展早在1936年，Glocker等就建立了关于x射线应力测定的理论。
但是当时由于使用照相法，需要用标准物质粉末涂敷在被测试样表面以标定试样至底片的距离，当试样经热处理或加工硬化谱线比较漫散时，标准谱线与待测谱线可能重叠，测量精度很低，因此，这种方法未受到重视，直到二十世纪四十年代末还有人认为淬火钢的应力测定是不可能的。
只有在使用衍射仪后，X射线应力测定才重新引起人们的重视，并在生产中日渐获得广泛应用。
美国SAE在巡回试样测定的基础上，于1960年对X射线应力测定技术进行了全面的讨论。
日本于1961年在材料学会下成立了X射线应力测定分会，并在1973年颁布了X射线应力测定标准方法。
a.测试技术的进展在二十世纪五十年代，X射线应力测定多采用0°~ 45°法(又称两次曝光法)，这种方法在dψϕ与sin2ψ有较好的线性关系时误差不大，但当试件由于各种原因，dψϕ与sin2ψ偏离离直线关系时，0°~ 45°法就会产生很大误差。
为了解决这个问题，德国E.Macherauch在1961年提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使x射线应力测定的实际应用向前迈进了一大步。
X射线衍射在焊接件残余应力的测量
X 射线衍射测量焊接件残余应力一 基本测量原理X 射线是一种电磁波，具有波粒二象性。
其波长在0.001—10nm 能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。
1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X 射线的空间衍射光栅,即当一束 X 射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。
分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。
这一预见随即为实验所验证。
1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg ，W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl 、KCl 等的晶体结构,还提出了作为晶体衍射基础的著名公式──布拉格定律：λθn d =sin 2 式中λ为X 射线的波长，n 为任意正整数。
金属材料一般都是多晶体，在单位体积中含有数量极大，取向任意晶粒，因此在空间任意方向都能观察到任一选定的{hkl}晶面。
无盈利存在时，各个晶粒的同一{hkl}晶面族的面间距都为0d 。
当存在有平行于表面的张引力作用于该多晶体时，各个晶粒的晶面间距将发生不同程度的变化，但这些变化都是有规律的晶面间距的变化反映为衍射角的改变，X 射线衍射应力测定就是通过测量衍射角θ2相对于晶面方位（ψ：衍射面法线与试件表面法线的夹角）的变化率计算试件表面的残余应力。
用X 射线衍射法测量宏观应力，需要在平面应力状态假设下进行，即垂直试样表面的正应力和切应力都为零。
根据晶面间距的变化，可以计算出相应的{hkl}晶面应变值θθε∆-=∆=-=cos 0d d d d d根据上述应变，加以适当的刚度条件，则应力值计算M K E ∙=∙ψ∂∂∙∙+=ΦΦ180)(sin)2(cot )1(220πθθμσ式中，Φσ是x 方向的应力；K 是应力常数；0ψ是入射X 射线与试样表面法线的夹角；ψ是试样表面法线与衍射晶面法线的夹角；E 是弹性模量；μ是泊松比；0θ是材料在无应力状态下X 射线的衍射角；Φθ是材料在应力作用下X 射线衍射角。
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。
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射线衍射测量残余内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内应力σφ。
X射线残余应力测定方法的原理与应用
残余应力是第一类内应力的工程名称。
残余应力在工件中的分布一般是不均匀的，而且会对工件的静强度、疲劳强度、形状尺寸稳定性和耐蚀性等产生显著的影响。
因此，残余应力的测定非常重要。
残余应力测定方法可分为有损检测法和无损检测法。
有损检测法是通过机械加工的方式将被测工件的一部分去除，局部残余应力得到释放从而产生相应的应变和位移，根据相关力学原理推算工件的残余应力。
常用的有损检测方法有钻孔法与环芯法。
无损检测法是利用残余应力会引起材料中某一物理量（如晶面间距、超声波在材料中的传播速率或磁导率等）的变化，通过建立此物理量与残余应力之间的关系，测定相关物理量从而计算出残余应力。
常用的无损检测方法有X射线衍射法、中子衍射法、磁性法与超声法，其中，X射线衍射法因其原理较为成熟、方法较为完善，是目前在国内外应用最为广泛的方法，其测试设备也越来越完善，既有功能齐全的实验室仪器，也有适用于现场测量的便携式仪器，还有适于特殊场合的专用检测装置。
采用X射线衍射法测定残余应力，最早是由俄国学者在1929年提出，把材料的宏观应变等同于晶格应变。
1961年德国学者基于这个思路研究出sin2ψ法，使得X射线衍射测定残余应力逐渐成为成熟的、具有可操作性的测试技术。
X射线衍射测定残余应力技术经过60余年的发展，已开发出多种不同的测量方法，目前最主要的有sin2ψ法与cosα法两种。
1X射线衍射残余应力测定方法分类为了掌握X射线衍射残余应力测定技术，有必要对其方法进行归纳，具体如下：(1) X射线衍射残余应力测定方法可分为sin2ψ法、cosα法。
(2) sin2ψ法按照残余应力计算方法分类，可分为2θ法、d值法、应变法。
(3) sin2ψ法按ψ与2θ的几何关系分类，可分为同倾法、侧倾法。
(4) 按X射线管、计数管扫描方式可分为固定ψ0法，固定ψ法。
(5) 侧倾法又可分为标准的侧倾法、修改的侧倾法、侧倾固定ψ法。
(6) 测定剪切应力τφ采用的正负ψ测定法。
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-STRESSXRD 2009-01-10 21:07:39 阅读719 评论3 字号：大中小订阅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。
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射线衍射测量残余内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射线衍射仪 残余应力
x射线衍射仪残余应力残余应力是指在物体内部或表面存在的一种力。
在材料制备、加工或使用过程中，由于温度变化、机械载荷或相变等原因，会导致材料内部或表面发生应力分布的变化。
这种应力分布在去除外部载荷后仍然存在，称为残余应力。
残余应力的存在对材料的性能和稳定性产生重要影响，因此对残余应力的测量和分析具有重要意义。
x射线衍射是一种常用的测量残余应力的方法。
通过将x射线照射到材料上，然后测量射线经过材料后发生的衍射现象，可以获得材料内部的应力分布信息。
x射线衍射仪是用于实现这一目的的仪器设备。
x射线衍射仪由发射装置、衍射装置和检测装置组成。
发射装置主要用于产生x射线束，通常使用x射线管作为发射源。
衍射装置用于将x射线束照射到样品上，并收集衍射光。
检测装置用于测量衍射光的强度和角度，从而得到样品的衍射图样。
在使用x射线衍射仪进行残余应力测量时，首先需要准备样品。
样品的准备包括切割、抛光和清洗等步骤，以保证样品表面的平整度和干净度。
然后将样品放置在衍射装置中，调整衍射仪的参数，如入射角、衍射角和衍射距离等，以获得清晰的衍射图样。
得到衍射图样后，需要进行衍射图样的解析和数据处理。
通过测量衍射角和计算衍射峰的位置和强度，可以推导出材料的晶格参数和残余应力。
其中，晶格参数反映了材料的结构特征，残余应力则可以通过衍射峰的位移和展宽来得到。
残余应力的测量结果可以用于评估材料的性能和可靠性。
残余应力的存在会导致材料的变形和损伤，影响材料的力学性能和寿命。
因此，合理控制和管理残余应力对于材料的制备和使用具有重要意义。
通过x射线衍射仪的测量，可以及时发现和监测材料中的残余应力，为材料的设计和使用提供科学依据。
除了残余应力的测量，x射线衍射仪还可以用于其他领域的研究和应用。
例如，通过测量晶体的衍射图样，可以推导出晶体的结构信息，对于材料的研究和开发具有重要意义。
此外，x射线衍射仪还可以用于研究材料的相变行为、表面膜的结构等。
x射线衍射仪是一种重要的工具，可以用于测量材料中的残余应力。
残余应力测试报告
残余应力测试报告1. 引言残余应力是物体在经历了外力作用后，消除外力作用后仍然存在的内部应力状态。
残余应力测试是一种评估材料或构件内部应力状况的方法，对于判断材料的工艺性能以及结构的可靠性具有重要意义。
本报告旨在对进行残余应力测试的方法、测试结果以及结论进行详细的描述。
2. 测试方法在本次残余应力测试中，我们使用了非破坏性测试方法进行测试，具体测试方法如下：1.X射线衍射法：X射线衍射法是一种常用的测试方法，可通过测量材料中的晶体结构来估计残余应力的大小和分布。
在测试中，我们使用了X射线衍射仪对待测试材料进行扫描，并分析衍射图谱来获得残余应力的信息。
2.中子衍射法：中子衍射法与X射线衍射法相似，但使用的是中子束而不是X射线束。
中子具有与材料发生相互作用时不同于X射线的特性，因此中子衍射法可以提供不同的测试结果。
我们在本次测试中也使用了中子衍射法来对测试样品进行分析。
3.光栅法：光栅法是一种基于光学原理的残余应力测试方法。
通过测量材料表面反射光的偏移来获得残余应力的信息。
在测试中，我们使用了专用的光栅仪器来对测试样品进行测试。
3. 测试结果经过以上测试方法的应用，我们获得了如下的测试结果：1.X射线衍射法：通过X射线衍射仪对样品进行测试后，我们得到了样品不同区域的衍射图谱。
进一步分析衍射图谱，我们获得了样品中的残余应力分布情况。
测试结果显示，在样品的表面以及深入一定厚度的地方都存在着不同程度的残余应力。
2.中子衍射法：使用中子衍射仪器对样品进行测试后，我们得到了样品的中子衍射图谱。
通过分析图谱，我们发现样品的不同位置存在着不同的残余应力大小。
尤其是在样品的焊接处以及表面附近的区域，残余应力较高。
3.光栅法：通过光栅仪器对样品进行测试，我们观察到样品表面的光栅条纹发生了偏移。
根据光栅条纹的偏移情况，我们可以推测样品的残余应力分布情况。
测试结果显示，在样品的边缘处以及焊接部位都存在着较大的残余应力。
4. 结论根据以上测试结果，我们得出了以下的结论：1.测试样品在进行加工和焊接过程中产生了残余应力，并且这些残余应力在不同区域存在着差异。
残余应力xrd原理
残余应力xrd原理
残余应力XRD原理
残余应力是指材料在加工或使用过程中，由于内部应力的存在而导致的材料内部的应力状态。
这种应力状态会对材料的性能和寿命产生影响，因此对于材料的残余应力进行研究是非常重要的。
X射线衍射（XRD）是一种常用的研究材料结构和性质的方法。
在XRD实验中，X射线通过材料后，会被材料中的原子散射，形成衍射图案。
这个衍射图案可以用来确定材料的晶体结构和晶格常数等信息。
在材料中存在残余应力时，这些应力会影响材料的晶体结构，从而影响XRD衍射图案。
因此，通过分析XRD衍射图案中的残余应力信息，可以得到材料的残余应力状态。
具体来说，XRD实验中，可以通过测量材料的衍射峰的位置和宽度来分析材料的残余应力。
当材料中存在残余应力时，衍射峰的位置会发生位移，而衍射峰的宽度则会变宽。
这是因为残余应力会导致晶体中的晶面发生畸变，从而影响衍射峰的位置和宽度。
通过对XRD衍射图案中的衍射峰位置和宽度的分析，可以得到材料中的残余应力大小和方向。
这些信息对于材料的性能和寿命的研究非常重要。
残余应力XRD原理是一种非常重要的材料研究方法。
通过分析XRD衍射图案中的残余应力信息，可以得到材料的残余应力状态，从而为材料的性能和寿命研究提供重要的参考。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
X射线衍射在材料分析中的应用
一、X射线衍射原理
X射线照射晶体,电子受迫振动产生相干散射,同一原子内各电子散射波相互干涉形成原子散射波。
由于晶体内各原子呈周期排列,因而各原子散射波间也存在固定的位相关系而产生干涉作用,在某些方向上发生相长干涉,即形成了衍射波。
由此可知,衍射的本质是晶体中原子相干散射波叠加(合成)的结果。
二、X射线衍射在材料分析中的应用
X射线衍射分析方法在材料分析与研究工作中具有广泛的用途：
1)物相分析：物相分析是指确定材料由哪些相组成和确定各组成相的含量。
物相是决定或影响材料性能的重要因素,因而物相分析在材料、冶金、机械等行业中得到广泛应用。
物相分析有定性分析和定量分析2 种：
①相定性分析的目的是检测固体样品中的相组成,采用未知样品衍射图谱与标
准图谱比较的办法. 如果衍射图谱相同即可确定为该物相。
但如果样品为多相混合试样时,衍射线条谱多,谱线可能发生重叠,就需要根据强度分解组合衍射图谱来确定。
②物相定量分析就是确定物质样品中各组成相的相含量. 根据衍射强度理论,物质中某相的衍射强度Ii与其质量百分数Xi 成如下关系
.Ii = KiXi/ Um
其中, Ki 为由实验条件和待测相而共同决定的常数；Xi 为质量百分数；Um 为待测样品的平均质量吸收系数,与Xi 有关。
根据Um 的校正提出一系列物相定量分析方法,如内标法、K 值法、直接对比法,一般相定量分析误差可控制在5%以下；
2)结晶度：X 射线衍射图谱中,在一些情况下,结晶物质的图谱和非晶物质图谱重叠. 结晶度定义为结晶部分质量与总的试样质量之比的百分数. 目前非晶态合金用处很多,如软磁材料等. 而结晶度直接影响其材料的性能、损耗等. 测定结晶度方法主要是根据结晶相的衍射图谱面积与非晶相图谱面积的比,也可根据衍射线位置来确定结晶度；
3)残余应力分析：将产生应力的各种外部因素去除后,物体内部依然存在的应力称为残余应力. 在固体样品中,固体处于弹性极限内,该物质将随所受外力的大小而发生形变,从微观的角度来讲其晶面间距d 将发生改变,因此, 可根据d 值变化来测量残余应力σ.由于残余应力测试的特殊性,所以必须在X 射线衍射仪基础上加应力附件测试；
4) 微晶大小：X射线衍射图中峰宽β表现了构成物质的晶粒大小,峰宽化的原因除了晶粒的大小还有晶粒内部的非均匀应变. 使用Scherrer 公式和Hall 公式可计算微晶大小和非均匀应变；
5)晶体取向的测定：又称为单晶定向,是指测定晶体样品中晶体取向与样品外观坐标系的位向关系通过建立合适的外坐标系之后,对样品进行所要求的晶面或晶向的方位测定材料的性质与它的物相组成、结晶度和结晶粒子的大小、材料内部微观应变都有密切关系。
三、实验设计：DD3镍基单晶高温合金喷丸层残余应力的X射线衍射分析
试样制备与测试方法：
试验材料：DD3镍基单晶高温合金
化学成分:质量分数 (/％) 9.6Ｃo、8.9Ｃr、6.6Ｗ、4.3Ａl、2.9Ｔi、3.4T ａ、2.1Ｍｏ
制备及热处理：
将其进行1250℃×４ｈ空冷＋870℃×32ｈ空冷的热处理后,其组成相为固溶体相和θ’相,晶体结构为立方晶系采用线切割加工出块状试样。
尺寸为20ｍｍ×10ｍｍ×4ｍｍ(单晶), [１１１] 晶向为试样的表面法线方向,即单晶 (１１１) 面与试样表面平行,对试样原始线切割面进行磨削加工,磨削深度超过0.5mm，然后进行喷丸处理。
采用直径为0.2ｍｍ的陶瓷丸，喷丸强度为 0.15ｍｍA型试片，确保覆盖率在200％以上。
使用ＤmaxrＣ型X射线衍射仪,铜靶,K 辐射测定[3 3 1]衍射晶面。
结合电化学腐蚀技术进行剥层，分别测试喷丸试样不同层深处单晶组分与多晶组分中的残余应力。
由图1，可见试样表面法线ｚ轴为晶体[1 2 3]方向，试样表面某特定方向ｘ轴，即晶体ｗ１ｗ２ｗ３方向，空间OP方向是 [ｈｋｌ] 晶面的法线方向。
１、叶片的断裂属于疲劳断裂，裂纹源始于叶片的进气边
２、叶片产生断裂的内因：所用材料与常规设计材料不符，且采取的热处理工艺不当；外因：叶片表面颗粒冲蚀产生了凹坑。
图1所示是X 射线衍射应力测定法的基本工作原理。
X射线衍射法测定某种晶体材料的残余应力，是根据晶面间距的变化来计算材料应力的。
通过O 点,沿试件表面应力测定方向的 X 轴, 垂直试件表面方向的 Z 轴,与 Z 轴呈 U角有一条斜线, 它对应的X射线衍射角为2H U x ,则X 方向的应力可利用下式计算:
式中, E 为材料的弹性模量( MPa) , L为材料的泊松比, H 0为无应力状态下材料的X 射线衍射角, 2H U x为衍射角, U为被测表面法线与衍射晶面法线间的
夹角, U0为入射X 射线与被测表面法线的夹角[7, 9, 11]。
实验研究获得的X 射线衍射残余应力测定结果,其应力分布在总趋势上与理论分析和其他方法的测定结果基本一致。
四、结束语
综上所述,X 射线衍射在材料分析中具有广泛的应用，它不仅可以用来进行材料的物相分析和残余应力的分析,还可以对材料的结晶度、微晶大小以及晶体取向进行测定。
随着技术手段的不断创新和完善,X 射线衍射在材料分析领域必将有更广阔的发展前景。
五、参考文献
[1]陈艳华须庆姜传海嵇宁，DD3镍基单晶高温合金喷丸层残余应力的Ｘ射线衍射分析中国期刊全文数据库2012/03
[2]李黎习宝田杨永福 X射线衍射法测定圆锯片的适张残余应力北京林业大学学报 2005/03 中国期刊全文数据库
[3]杨帆费维栋蒋建清 X射线衍射技术在薄膜残余应力测量中的应用功能材料 2007/11 中国期刊全文数据库。