最新X射线应力测定总结课件PPT.ppt

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1、X射线应力测定总结X射线应力测定金属材料及其制品在冷、热加工（如切削、装配、冷拉、冷轧、喷丸、铸造、锻造、热处理、电镀等）过程中，常常产生残余应力。残余应力对制品的疲劳强度、抗应力腐蚀疲劳、尺寸稳定性和使用寿命有着直接的影响。研究和测定材料中的宏观残余应力有巨大的实际意义，例如可以通过应力测定检查消除应力的各种工艺的效果；可以通过应力测定间接检查一些表面处理的效果；可以预测零件疲劳强度的贮备等等。因此研究和测定材料中的宏观残余应力在评价材料强度、控制加工工艺、检验产品质量、分析破坏事故等方面是有力的手段残余应力残余应力是材料及其

2、制品内部存在的一种内应力，是指产生应力的各种因素不存在时，由于不均匀的塑性变形和不均匀的相变的影响，在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力。通常残余应力可分为宏观应力、微观应力和点阵静畸变应力三种，分别称为第一类应力、第二类应力和第三类应力。单轴应力测定原理在理想的多晶体材料中，晶粒大小适中均匀，取向任意。当无应力作用时各个晶粒同一（HKL）晶面的间距不变，为d0。当受到应力作用时，各个晶面间距因其与应力轴的夹角和应力大小而变化。上述分析可见，在应力σy作用下与试样表面垂直的晶面间距do扩张为dn。若能测得该晶面间距的扩张量Δd

3、=dn-do，则应变εy=Δd/do，根据弹性力学原理，应力为：σy=Eεy=EΔd/do(1)单轴应力测定原理似乎问题可以解决。但从试验技术讲，X射线残余应力测定尚无法测得这个方位上的晶面间距变化。但由材料力学可知，从z方向和x方向的变化可以间接推算y方向的应变。对于均匀物质有εx=εz=-νεy(2)ν为材料的泊松比。对于多晶体试样，总有若干个晶粒中的(hkl)晶面与表面平行，晶面法线为N，在应力σy作用下，这一晶面间距的变化（缩小）是可测的，如晶面间距在应力作用下变为dn，则z方向反射面的晶面间距变化Δd=dn-do，则ε

4、z=（dn-do）/do(3)单轴应力测定原理将（2）、（2）代入（1）可以算得σy。通过这种方法我们可以测定y方向的应力。Z方向的晶面间距的变化可以通过测量衍射线条位移Δθ获得。平面应力测定原理一般情况下，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。平面应力测定原理适当调整单元体的方向，总可以找到一个合适的方位

5、，使单元体的各个平面上切应力为零，仅存在三个相互垂直的主应力σ1、σ2、σ3。对于平面应力来说（见图4-6），只存在两个主应力σ1、σ2与试样表面平行，垂直于表面的主应力σ3=0。但是垂直于表面的主应变ε3不等于零。对各向同性的材料，有：平面应力测定原理此时ε3可由平行于试样表面的晶面间距d值的变化而测得，即：上式可见，此时测得的是平面内两个主应力的和（σ1+σ2），但我们需要的是平面上某个方向上的应力如图中与σ1夹角为φ的OB方向的应力σφ。测定这一方向应力的思路是首先测定与试样表面平行的晶面的应变ε3，再将试样或入射线旋转ψ

6、角，测定与试样表面成ψ角晶面的应变εψ，通过ε3和εψ，根据弹性力学原理可求出φ方向的应力σФ。下面来推导求算应力的表达式。平面应力测定原理当切应力为零，仅存在三个相互垂直的主应力σ1、σ2、σ3时。空间任一方向ψ（图中的OA方向）的正应力为：σψ=a12σ1+a22σ2+a32σ3平面应力测定原理式中α1、α2、α3为σψ对应方向的方向余弦。有：4同理，任一方向的正应变为：εψ=a12ε1+a22ε2+a32ε35而描述主应力和主应变两者关系的广义胡克定律为：6平面应力测定原理将（4）代入（3）有：7因σ3=0，由（6）式得：

7、8当ψ=90°时，σψ变为σФ，由（7）式得：9因10在σ3=0的条件下，将（6）式代入（10）式得11将（8）和（9）式代入（11）式得：12平面应力测定原理由式可见，εψ不仅与ε3的大小有关，即与平面应力(σ1+σ2)的大小有关，还与ψ方向有关。晶粒取向不同，在σФ的作用下，εψ将是不同的。应变εψ可以用衍射晶面间距的相对变化表示，即13式中θ0为无应力时试样（HKL）晶面衍射线的布拉格角，θψ为有应力时，且在试样表面法线与与晶面法线之间为ψ角时的布拉格角。（13）代入（12）得：14在试样的应力状态一定的情况下，ε3不随ψ

8、而变，故对sin2ψ求导可得：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16如令，则σФ=K1M17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