X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究
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。
残余应力X射线测定方法的研究现状
应该指出, R IM 法的方程 (9) 虽然是以应变表
达的, 实际上, 对应力也应该是有效的, 因此完全可
以改写成如下形式
∫Ρij (z ) e-
z
Σdz
〈Ρij 〉=
∫e-
z
Σdz
(15)
·21·
陈玉安等: 残余应力 X 射线测定方法的研究现状
第23卷第1期 2001年1月
无损检测 NDT
V o l. 23 N o. 1 Jan. 2 0 0 1
综 述
残余应力 X 射线测定方法的研究现状
陈玉安, 周上祺 (重庆大学, 重庆 400044)
摘 要: 综合评述当前广泛应用于众多领域的几种 X 射线残余应力测定方法, 包括其测定原理、 计算方法和应用领域, 最后就 X 射线残余应力测定方法的发展提出了几种设想。
·19·
陈玉安等: 残余应力 X 射线测定方法的研究现状
ΡΥ, 即被测试样 (各向同性材料) 的表面应力。
Ε7 Υ =
∃d
d
=
d7Υ- d0 d0
根据布拉格定律 nΚ= 2d sinΗ得
Ε7 Υ = - co tΗ0 (Η7 Υ - Η0)
(4)
因此, 由上述四式经过变换即可得
ΡΥ = -
E 2 (1 +
Μ) co tΗ0
5(2Η) 5( sin27
)
(5)
令
K1= -
E 2 (1 +
Μ) co tΗ0 M
=
5(2Η) 5( sin27 )
则
ΡΥ = K 1M
(6)
式中 K 1 ——应力常数
M ——2Η对 sin27 的斜率
显然, 只要求出 2Η对 sin27 的斜率, 便可计算
X射线衍射方法残余应力的原理与方法stress
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射线衍射法测量残余应力的相对误差及不确定度评定
X射线衍射法测量残余应力的相对误差及不确定度评定张杰;付雪松;刘崇远【摘要】利用原位拉伸机进行单轴连续加载,对X射线法测量钛合金残余应力的应力增量进行验证;依据JJF 1059.1-2012标准,对钛合金高应力标样(-659±35)MPa 的测量不确定度进行评定.结果表明,X射线衍射法测得残余应力的增量与理论计算应力增量有较好的一致性,随着应力水平的增加,应力增量的相对误差保持在11％以内.以测量重复性、应力常数K、应力因子M为不确定度分量对测量不确定度进行了评定,所得扩展不确定度为±32 MPa.【期刊名称】《宇航材料工艺》【年(卷),期】2018(048)004【总页数】4页(P71-74)【关键词】钛合金;X射线衍射;残余应力;误差;不确定度【作者】张杰;付雪松;刘崇远【作者单位】中国航空制造技术研究院,北京100024;大连理工大学材料科学与工程学院,大连116085;大连理工大学材料科学与工程学院,大连116085【正文语种】中文【中图分类】TG115.220 引言残余应力的产生和存在对结构件的强度、刚度、断裂韧度、损伤容限、疲劳性能和耐蚀性等性能产生重要影响，是结构完整性评价的重要指标[1-2]。
随着人们对残余应力认识水平的提高，相继提出了一系列的测量方法[3-10]，其中X射线衍射法作为一种无损测试方法，因具有理论严谨，方法成熟，测试高效方便等特点，己广泛应用于科学研究和工业生产的各个领域之中[11-12]。
由实验误差理论得知，一切测试都有误差的存在，对于使用X射线衍射法进行残余应力研究的人员来讲，X射线衍射法本身的测量精度以及用X射线法进行残余应力测试的误差为多少是常常被提及和讨论的问题[13]。
误差的定义是指测量结果与被测量真值之差，由于人类认识的局限性和测试方法的局限性，在绝大多数情况下真值是未知的，目前国际上约定一致的做法是，使用测量不确定度描述测量结果的分散性[14]。
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。
X射线衍射测定残余应力解析
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。
x射线衍射仪测量残余应力的原理方法和实验
X射线衍射方法测量残余应力的原理与软件使用方法Huangjw2006.6.22什么是残余应力？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sin 2ψ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。
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。
211085687_航空用钛合金疲劳性能测试试样的残余应力测试技术
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2023年 1月上 世界有色金属 193
1.4.2 磁噪声法 当 零 件 的 残 余 应 力 发 生 变 化 时，探 测 线 圈 会 检 测 到 噪
1 无损检测技术 1.1 X 射线衍射法
X 射线衍射法主要是利用布拉格方程，依据不同晶粒的 晶面间距随应力大小发生变化的规律来确定残余应力的性 质和大小。X 射线衍射法测定的是距表面几到十微米内的表 层残余应力，它的优点是无损检测，测量速度和精度高，能 测量小区域应力 [3,4]。X 射线衍射法需要使用 X 射线衍射仪 或者 X 射线应力分析仪进行测量，设备价格昂贵。 1.2 中子衍射法
4 其他技术 除了上述残余应力测试技术外，随着人们对残余应力测
试技术研究的不断深入，测试方法也不断创新发展，近年来 涌现出一些新型测试方法 ：包括裂纹柔度法、纳米压痕法、 激光超声波法、扫描电子显微镜法、核磁共振法、穆斯堡尔 效应法等 [3,17-20]，这些都为科研与生产提供了更加便利的手 段。不过，由于不同的测试方法适用于不同的材料和领域， 而且各种测试方法各有利弊，再加上这些方法所用仪器设备 昂贵、部分实验条件复杂，只局限于实验室内部应用。这些 都成为制约残余应力测试技术发展的主要因素。
声发生的变化。磁噪声法利用噪声信号的变化计算残余应 力。优点是测试速度快，适合现场检测，缺点是只适用于铁 磁性材料 [9，10]。目前，测试设备已经研制成功，还未工程化 应用。 1.4.3 磁声发射法
此法与磁噪声法相似，只是用声发射技术来检测，因此 而得名。缺点是只适用于铁磁性材料 [11]。目前，已经开发出 多功能磁弹性仪，还在设备比对阶段。 1.5 同步辐射法
背反射增效激光X形焊缝焊接残余应力的数值分析
背反射增效激光X形焊缝焊接残余应力的数值分析0 序言钛合金由于具有轻质、高强、耐蚀等优点，在航天航空等领域中得到了广泛的应用[1]. 激光焊接是钛合金薄板最为常用的连接成形方法之一[2]. 在激光焊接过程中，为了减小变形常希望获得对称的X形焊缝[3]. 目前，获得X形焊缝常见的激光焊接方法主要有两种，一是常规高阈值激光焊，二是背反射增效激光焊[4]. 背反射增效激光焊与常规激光焊的主要区别在于：其在施焊过程中，在薄板背面增加距离一定的金属垫板，利用薄板全熔透瞬间进入背面的激光束作用在垫板上以类似激光反射的形式重新作用回背面焊接区. 该方法最显著的特点是其在低阈值单热源作用下获得了高阈值单热源或双热源的焊接效果，而且具有很好的焊接成形性，尤其是背面焊缝光滑、平整且呈少无氧化状态[5].而常规激光焊要想获得X形焊缝就需要更大的能量，即俗称的高能量阈值，这种高能量阈值会引起焊接接头组织恶化，导致焊接接头残余应力及梯度增大[6]. 鉴于背反射增效激光焊是一种新型高效激光焊接方法，故有必要开展其焊接残余应力分布及变化规律的研究.以数值模拟的方法来分析焊接应力应变，可以定量地分析焊接行为的整个动态变化，能够近于准确地反映热弹塑性应力和应变的非线性变化等复杂变化过程，已成为研究焊接残余应力的一种重要手段[7-11]. 故采用数值模拟的方法来研究背反射增效激光焊接残余应力分布及变化规律. 文中，以1.5 mm厚的TC4钛合金薄板为对象，建立了背反射增效激光焊接成形过程的三维瞬态有限元模型，基于熔池温度场通过间接耦合方式获得了其X形焊接成形的应力场，并以相同条件下的常规激光焊接即施焊薄板背面无反射垫板为对比分析其残余应力，进而探究钛合金薄板背反射激光X形焊接残余应力的分布及变化规律.公路的发展对我国的经济发展起到了极大的促进作用，针对公路在建设过程中出现的软土路基问题，目前通过强夯的技术得以解决。
通过对强夯技术的原理以及施工过程中的七大步骤的详细介绍，希望能够对其他公路建设工作起到借鉴作用。
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。
残余应力检测试用X射线衍射仪校准测试方法ASTME915
残余应力检测试用Ｘ射线衍射仪校准测试方法ASTME915Designation: E 915 – 96 (Reapproved 2002)Standard Test Method forVerifying the Alignment of X-Ray Diffraction Instrumentationfor Residual Stress Measurement1This standard is issued under the fixed designation E 915; the number immediately following the designation indicates the year oforiginal adoption or, in the case of revision, the year of last revision. A number in parentheses indicates the year of last reapproval. Asuperscript epsilon (e) indicates an editorial change since the last revision or reapproval.1. Scope1.1 This test method covers the preparation and use of a flatstress-free test specimen for the purpose of checking thesystematic error caused by instrument misalignment or samplepositioning in X-ray diffraction residual stress measurement, orboth.1.2 This test method is applicable to apparatus intended forX-ray diffraction macroscopic residual stress measurement inpolycrystalline samples employing measurement of a diffractionpeak position in the high-back reflection region, and inwhich the u, 2u, and c rotation axes can be made to coincide(see Fig. 1).1.3 This test method describes the use of iron powder whichhas been investigated in round-robin studies for the purpose ofverifying the alignment of instrumentation intended for stressmeasurement in ferritic or martensitic steels. To verify instrumentalignment prior to stress measurement in other alloys,base metal powder having the same crystal structure as thealloy should be prepared in similar fashion and used to checkinstrument alignment at the appropriate diffraction angle.1.4 This standard does not purport to address all of thesafety concerns, if any, associated with its use. It is theresponsibility of the user of this standard to establish appropriatesafety and health practices and determine the applicabilityof regulatory limitations prior to use.2. Referenced Documents2.1 ASTM Standards:E 11 Specification for Wire-Cloth Sieves for Testing Purposes23. Significance and Use3.1 This test method provides a means of verifying instrumentalignment in order to quantify and minimize systematicexperimental error in X-ray diffraction residual stress measurement．This method is suitable for application to conventionaldiffractometers or to X-ray diffraction instrumentation of eitherthe diverging or parallel beam types.3, 43.2 Application of this test method requires the use of a flatspecimen of stress-free material that produces diffraction in theangular region of the diffraction peak to be used for stressmeasurement. The specimen must be sufficiently fine-grainedso that large numbers of individual crystals contribute to thediffraction peak produced. The crystals must provide intensediffraction at all angles of tilt, c, which will be employed (seeNote 1).NOTE 1—Complete freedom from preferred orientation in the stressfreespecimen is, however, not critical in the application of the technique.4. Procedure4.1 Instrument Alignment:4.1.1 Align the X-ray diffraction instrumentation to be usedfor residual stress measurement in accordance with the instructions supplied by the manufacturer. In general, this alignmentmust achieve the following, whether the u, 2u, and c axes are variable or fixed (see Fig. 1):4.1.1.1 The u, 2u, and c axes shall coincide.4.1.1.2 The incident X-ray beam shall be centered on the cand 2u axes, within a focusing range, which will conform to the desired error and precision tolerances (see sections 5 and 6).4.1.1.3 The X-ray tube focal spot, the c and 2u axes, and the receiving slit positioned at 2u equals zero degrees shall be ona line in the plane of diffraction. Alternatively, for instrumentation limited to the back reflection region, the diffraction angle2u shall be calibrated.4.1.1.4 The proper sample position shall be established,using whatever means are provided with the instrument, suchthat the surface of the sample is positioned at the u and c axes, within the focal distance range which will conform to the desired error and precision tolerances (see sections 5 and 6).4.1.1.5 The angle c must be determined accurately.4.2 X-Ray Optics:4.2.1 When the Ka characteristic radiation doublet is usedfor stress measurement, it is desirable to select incident and receiving X-ray beam optics that will produce maximum separation of the Ka1 − Ka2 doublet. Perform stress measurements on the stress-free specimen employing the Ka1 diffractionpeak at all c angles investigated. Because resolution of theKa doublet may vary with the angle c, and because some instrumentation may be incapable (due to fixed X-ray optics) ofobtaining resolution of the doublet, care must be taken not toresolve the doublet at some c angles while blending thedoublet into a single peak at other c angles.4.3 Selection of Powder for a Stress-Free Iron Specimen:4.3.1 Use iron powder with a particle size greater than 1 μm(4 3 10− 5 in.) (See Note 2.)NOTE 2—Annealed armco iron powder of <45 μm (325 mesh) has been found suitable.4.3.2 Annealing of the powder in vacuum reduces diffractionpeak width, thereby increasing diffraction peak resolution.This is generally desirable (see Note 3). Powders in the form of plastically deformed filings may be used, but will producebroader diffraction peaks. In the event that an instrumentincapable of re solution of the Ka1 − Ka2 doublet is beingemployed, it may be desirable to deliberately obtain plastically deformed powders which insure that partial resolution of theKa doublet does not occur. Extremely fine powders have alsobeen shown to produce line broadening, sufficient to suppress resolution of the Ka doublet.NOTE 3—It may be advantageous to anneal an oxide-forming powder in a reducing atmosphere rather than in vacuum to avoid problems from surface contamination. It is not necessary to anneal ceramic powders since these materials do not tend to show line broadening from plastic deformation.4.4 Stress-Free Specimen Preparation:4.4.1 A permanent stress-free specimen may be prepared bymounting the powder on the face of a microscope slide or in ashallow powder tray (of the type used for powder diffractionwork on a diffractometer) using a 10 % solution of nitrocellulose cement5 diluted with acetone as a suitable amorphous binder. Place several drops of the solution on a clean microscope slide or in a sample tray, and sprinkle the powder into the binder. The powder may be spread and leveled with a second microscope slide. When a uniform flat surface has been produced by alternately wetting with the binder solution and wiping with a second slide, set the specimen aside and allow it to dry for several hours. Excess amounts of the binder may cause it to peel away from the surface of the microscope slide. Rewetting of the surface with acetone and redrying may eliminate this difficulty. Make the surface of the specimen as flat as possible so that the specimen surface is clearly defined. 4.4.2 A temporary specimen may be rapidly prepared using petroleum jelly as an amorphous binder. Place a small quantity of petroleum jelly on the face of one microscope slide and press it against a second slide to extrude the petroleum jellyinto a uniform flat film. Remove the second microscope slide with a wiping action taking care to keep the surface layer of petroleum jelly thin and flat. Holding the petroleum jellycoated slide at a steep angle to a vertical line, sprinkle the iron powder from a sufficient height above the slide so that the powder strikes the coated surface and either adheres or is deflected away. Do not allow the powder to pack and build up on the surface.4.4.3 The surface area of the powder must be of sufficientsize to intersect the entire incident X-ray beam at all c anglesto be used during stress measurement.4.5 Instrument Alignment Check:4.5.1 Position the stress-free specimen on the X-ray diffractionapparatus (see 4.1.1.4). In the event that a mechanical gagewhich contacts the surface of the specimen is used forspecimen positioning, a thin metal shim may be placed in frontof the powder surface to protect it. Place this gage against theface of the metal shim, and adjust the positioning to account forthe inclusion of the shim in front of the gage such that thesurface of the powder is at the correct distance from thereference point of the gage for stress measurement.NOTE 4—Failure to place the powder surface directly over the center of rotation of the c and 2u axes induces a systematic specimen displacement error.4.5.2 Without adjusting the specimen position, perform five successive stress measurements using the method and correction procedures normally employed for the instrument. Toavoid systematic error in the verification process when Karadiation is being used, care must be taken to either completelysplit or blend the Ka1 − Ka2 doublet (see 4.2).NOTE 5—Values for accuracy and precision of the various angles and displacements are not specified herein. These may be considered to be met collectively when overall measurement errors and tolerances are within those specified in Sections 5 and 6.5. Calculations and Interpretation of Results5.1 Systematic Error:5.1.1 Reduce the X-ray diffraction data obtained from thefive measurements in whatever manner is normally employedfor the X-ray diffraction instrumentation in use, and include all corrections normally applied to raw X-ray diffraction data.Calculate the simple arithmetic mean and standard deviationabout the mean for the five measurements. If the mean value iswithin 14 MPa (2.0 ksi) of zero, the instrument and specimenpositioninggage can be considered to be properly aligned. Inthe event that the mean differs from zero by more than 14 MPa(2.0 ksi), repeat 4.1 and 4.5.5.2 Random Error:5.2.1 Experience has shown that the standard deviation ofthe five measurements should be within approximately 6.9MPa (1.0 ksi). In the event that the standard deviation of thefive measurements exceeds 14 MPa (2.0 ksi), the stressmeasurementtechnique employed and the instrumentationshould be investigated for sources of random error affecting themeasurement precision. Random error due to counting statisticsmay result from failure to take sufficient time during themeasurement to obtain accurate intensity information, and thusto accurately determine the diffraction peak positions. Methodsare available3 for estimating the standard deviation of themeasured stress due to the errors involved in counting andcurve fitting to determine peak positions. Mechanical sourcesof error such as loose bearings and ways in the apparatus mayresult in significant random error.6. Precision and Bias6.1 The precision of this method will be dependent upon thetype of X-ray diffraction instrumentation employed and themethods of data reduction used in stress measurement. Thepreliminary results of round-robin investigations using thismethod indicate that instrument alignment within 14 MPa (2.0ksi) (see 5.1) can be achieved for both standard diffractometersand two types of X-ray diffraction instrumentation designed forstress measurement in the back reflection region only. Instrumentalprecision measured by this method (see 5.2) has beenfound to be less than 66.9 MPa (1.0 ksi).6.2 The accuracy of this method is considered to be absolute because the specimen is stress-free. Deviation of results obtained in performing this method, provided the specimen has been properly prepared and maintained, can be attributed to the instrumentation under investigation.7. Keywords7.1 alignment; residual stress; x-ray diffraction。
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。
sic纤维增强ti17合金复合材料轴向残余应力的拉曼光谱和x射线衍射法对比研究
sic纤维增强ti17合金复合材料轴向残余应力的拉曼光谱和x射线衍射法对比研究拉曼光谱和X射线衍射法是常用的研究材料内残余应力的方法。
下面是对比研究这两种方法在研究SIC纤维增强TI17合金复合材料轴向残余应力方面的应用。
1. 拉曼光谱方法：拉曼光谱可以通过测量材料中分子振动引起的光散射来分析材料的结构、应力分布和晶体质量。
对于复合材料中的SIC纤维增强TI17合金，拉曼光谱可以提供纤维和基体之间残余应力的信息。
当纤维与基体之间的应力不平衡时，拉曼峰的频移和宽度变化可以用来定量测量材料的残余应力。
此外，拉曼光谱还可以提供材料中的晶格应变和畸变等信息。
2. X射线衍射法：X射线衍射是一种通过测量材料中X射线的衍射图案来研究材料结构和晶体学参数的方法。
对于复合材料中的SIC纤维增强TI17合金，X射线衍射可以提供晶体的定量分析和残余应力的计算。
通过观察衍射峰的形状和位置变化，可以推断出材料中的残余应力以及其分布情况。
同时，X射线衍射可以提供材料的晶格参数、晶体质量和相变等信息。
对比研究：拉曼光谱和X射线衍射法在研究SIC纤维增强TI17合金复合材料轴向残余应力方面具有相似的优点和应用范围。
它们都可以提供关于纤维和基体之间应力分布和残余应力量级的信息。
然而，它们也存在一些差异。
首先，拉曼光谱可以提供更详细的信息，例如纤维和基体之间的应力分布情况、晶格应变和畸变等。
而X射线衍射法则主要用于测量晶体质量、晶格参数和残余应力。
其次，拉曼光谱对材料的限制较少，对于非晶态和非晶态材料也可以进行研究。
而X射线衍射法主要适用于晶体材料。
最后，从实验方法来看，拉曼光谱相对简单易行，不需要进行样品预处理，而X射线衍射则需要进行样品制备和较为复杂的实验操作。
综上所述，拉曼光谱和X射线衍射法都可以用于研究SIC纤维增强TI17合金复合材料轴向残余应力，它们在研究方法、信息获取的详细程度和实验操作等方面有所差异。
根据具体需要和研究目的，可以选择合适的方法或将两种方法结合使用来分析残余应力的特性。
X射线衍射在残余应力分析中的应用
X射线衍射在残余应力分析中的应用杨国彬（测101）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克定律由残余应变计算得到的。
关键词 X射线衍射残余应力 XRD1引言 X射线衍射在残余应力分析中具有重要的作用。
X射线应用在残余应力的分析中，是科技的一项重大突破。
其中在：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中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）检测由于全回火引起的残余应力（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）研究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高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。
2应用举例（1）DD3镍基单晶高温合金喷丸层残余应力的X射线衍射分析１试样制备与测试方法试验材料为ＤＤ３镍基单晶高温合金其化学成分质量分数％为９．６Ｃｏ８．９Ｃｒ６．６Ｗ４．３Ａｌ２．９Ｔｉ３．４Ｔａ２．１Ｍｏ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′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３３１衍射晶面单晶弹性柔度系数Ｓ１１＝７．６８５×１０－１２ｍ２Ｎ－１Ｓ１２＝－３．０６７×１０－１２ｍ２Ｎ－１Ｓ４４＝７．７５２×１０－１２ｍ２Ｎ－１Ｘ射线弹性常数Ｋ＝－５１９Ｎｍｍ－２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５由图１可见试样表面法线ｚ轴为晶体ｎ１ｎ２ｎ３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。
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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研究论文RESEARCH钛合金具有强度高、高低温性能好、耐腐蚀等许多优点，在航空航天工业中广泛用于承力结构件的制造[1-3]。
在铸造、锻造、焊接及各类切削加工过程中，工件均会由于受外力和温度的作用而引起残余应力。
残余应力的产生、叠加及释放过程造成零件内部应力状况的重新分布，可能影响零件的尺寸和形位精度以及零部件的装配精度，降低零件的抗疲劳强度、抗应力腐蚀及抗蠕变开裂的能力，最终影响到机器设备的性能与使用寿命[4-6]。
X射线残余应力测试作为一种材料表面残余应力的快速无损检测方法已经被广泛认知，对于钛合金的最佳测试参数也有很多研究[7-11]。
工程应用中，由于零件结构复杂多样性的特点（齿轮根部、焊缝表面等），致使残余应力在测试过程中不能以最佳条件测量。
因此，研究复杂结构件的X射线应力测试能力变得十分重要。
本研究通过可知应力的标准试样，模拟复杂钛合金结构件的测试条件，以检验X射线法残余应力测试方法在极限条件下的适用性。
1 X射线残余应力测试原理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σφ。
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。
为此需利用弹性力学理论求出σφ的表达式。
由于Ｘ射线对试样的穿入能力有限，只能探测试样的表层应力，这种表层应力分布可视为二维应力状态，其垂直试样的主应力σ3≈0（该方向的主应变ε3≠0）。
由此，可求得与试样表面法向成Ψ角的应变εψ的表达式为：εψ=1+υEσψsin2ψ−υE(σ1+σ2)（1）式中，σ1、σ2为沿试样表面的主应力，E、υ是试样的弹性模量、泊松比。
X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究姚 罡,张 杰,陆业航,李众城（中国航空制造技术研究院，北京 100024）[摘要] 利用四点弯曲机加载的钛合金板材试样及高应力钛合金标样模拟结构件表面测试状态，研究X射线法测试复杂钛合金构件表面残余应力的适用性。
结果表明：表面曲率及β角扫描范围对测试结果影响不显著；径向测试面倾角大于20°时测试重复性急剧变差，超过30°时结果不可使用，轴向测试面测试结果随倾角增大而减小，30°时减小超过20%。
关键词：残余应力；钛合金； X射线法Applicability Research on Measuring Residual Stress of Titanium Alloy by X-Ray TestYAO Gang, ZHANG Jie, LU Yehang, LI Zhongcheng( A VIC Manufacturing Technology Institute, Beijing 100024, China )[ABSTRACT] Applicability of surface residual stress on the complex components of TC4 titanium alloy using X-ray testing is researched by simulating the test surface state of structure based on four points bending machine loading of tita-nium alloy plate specimen and high strength titanium alloy standard sample. The datum show that surface curvature and range of beta angle do not significantly affect the results. When the radial test surface inclination is larger than 20 °, the test repeatability is drastically changed, and the result is not available when more than 30°. The result cannot be applied as sur-face inclination is greater than 30°. The result decreases with increasing axial angle, which decreases more than 20% when axial angle is 30°.Keywords: Residual stress; Titanium alloy; X-ray testDOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.14.093932017 年第 14 期 ·航空制造技术94航空制造技术·2017 年第 14 期研究论文RESEARCHεψ的量值可以用衍射晶面间距的相对变化来表示，且与衍射峰位移联系起来，即：εψ=∆d d=−cot θ0 θψ−θ0 （2）式中，θ0为无应力试样衍射峰的布拉格角，θψ为有应力试样衍射峰位的布拉格角。
于是将上式代入并求偏导，可得：σΦσΦ=−E 2(1+υ)cot θ0π180∂(2θ)∂(sin 2ψ) （3）令：K =−E 2(1+υ)cot θ0π180，M =∂(2θ)∂(sin 2ψ)则：σΦ=K ·M （4）式中，K 是只与材料本质、选定衍射面HKL 有关的常数，当测量的样品是同一种材料，而且选定的衍射面指数相同时，K 为定值，称为应力系数。
M 是（2θ）-sin 2ψ直线的斜率，对同一衍射面HKL ，选择一组ψ值，测量相应的（2θ）、ψ，以（2θ）-sin 2ψ作图，并以最小二乘法求得斜率M ，就可计算出应力σφ（φ是试样平面内选定主应力方向后，测得的应力与主应力方向的夹角）。
2 试验条件及方法结构件表面的特点可归纳为3点：（1）叶片等表面为曲面的构件（见图1（a））；（2）齿轮根部深、槽等窄小空间（见图1（b））；（3）台阶等径向和轴向倾斜测试表面（见图1（c）、（d））。
测试曲面、倾斜面构件时，X 射线的束斑会发生变形，造成衍射峰畸变。
测试深槽等窄小空间时，β角的扫描范围会减小，在进行拟合计算时产生较大偏差。
为模拟测试上述3种状态的测试条件，试验选用Proto iXRD 便携式残余应力仪，使用侧倾法、φ2mm 准直器、Cu 靶进行测试。
选用102mm×19mm×1.5mm 矩形TC4板材试片，使用四点弯曲机在弹性范围内对试片进行加载弯曲，利用游标卡尺记录试片弧高，同时使用残余应力仪及电测法（应变量×E ）记录各个弧高条件下表面应力的数值，对比应力变化值之间差异，检验曲面检测的适用性。
选用（-659±35）MPa 高应力钛合金粉末压制的标样进行径向和轴向各倾斜角度的残余应力测试及重复性测试，检验倾斜面检测适用性。
选用同样的高应力标样，在同样倾斜角度的情况下调整β角扫描范围进行残余应力测试及重复性测试，检验狭小空间检测适用性。
测试时选用11个入射角，并加3°摇摆。
3 试验结果与讨论3.1 曲面检测适用性TC4钛合金矩形试样宏观弹性模量E =110GPa，每个弧高值用X 射线法测量3次取平均值，具体测试结果如表1所示。
图2为两种测试方法在不同弧高条件下所得应力变化值，纵坐标表示X 射线法实测表面残余应力值以及利用应变片读数×弹性模量计算所得应力值，横坐标为曲率半径对应的微应变。
从图2中可以看表1不同曲面X射线残余应力增量测试结果图1 结构件表面特点Fig.1 Characteristics of structure surface（a）曲面 （b）窄小空间（c）径向倾斜面 （d）轴向倾斜面图2 电测法与X射线法残余应力对比Fig.2 Comparison of residual stress by electric and X-ray残余应力增量值/M P a微应变952017 年第 14 期 ·航空制造技术研究论文RESEARCH出，电测法与X 射线法测试的应力-应变曲线斜率基本一致；测试重复性较好，最大差异约10MPa ；每个曲率半径对应的应力误差均比电测值低5%~20%；X 射线测试的应力数据线性度为0.995。
因此可以判断外加载荷条件下，X 射线法测试曲率半径在0.36~2.45m 范围内的曲面时适用性较好。
3.2 倾斜面适用性测试（-659±35）MPa 的钛合金粉末压制标样的径向和轴向在倾斜角0°~40°范围内的X 射线残余应力，径向倾斜测试结果见表2，轴向倾斜结果见表3。
每个角度分别进行了5次重复性测试，从图3的测试重复性对比中可以看出径向倾斜角在0°~20°的范围内数据重复性较好，重复性偏差（│最大值-最小值│）在40MPa 以内；当倾斜角度超过20°时，测试重复性急剧变差；30°时的重复性偏差约为220MPa，倾斜角为40°时测试数据已经失真，不能使用。
比较探测器在不同倾斜角度记录下来的衍射峰可以看出，当倾斜角度较小时（10°），衍射峰拟合曲线较好（见图4（a）），但40°倾斜角时的X 射线残余应力仪上探测器记录的衍射峰已经不能拟合（见图4（b））。
可见，当测试面倾角在20°以下时，数据的可靠性较好，超过30°时的数据已经不可以使用。
轴向不同倾斜面的X 射线残余应力测量值和径向差异很大，轴向每个角度的测量重复性偏差较小，但测量值随轴向倾斜角度增大而减小，倾斜30°以上时减小比例表2径向不同倾斜面X射线残余应力测试结果表3轴向不同倾斜面X射线残余应力测试结果表4 不同β角扫描范围的X射线残余应力测试结果图3 径向不同倾角测试重复性对比Fig.3 Comparison of different angle test repeatability 测试面倾角/（°）X 射线残余应力测量值/M P a图5 不同倾角测试重复性对比Fig.5 Comparison of different angle test repeatabilityβ角扫描范围/（°）X 射线残余应力测量值/M Pa图4 不同倾斜角时采集的衍射峰Fig.4 Diffraction peaks at different angles （b）40°探测器通道数峰背比128 256 384 512（a）10°探测器通道数峰背比128 256 384 5120.120.08 0.04 00.120.080.040研究论文RESEARCH超过20%，测量值不可使用。