XRD宏观残余应力测定1

X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法STRESSXRD 0110 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。

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。

第六章宏观残余应力的测定一、物体内应力的产生与分类残余应力是一种内应力，内应力是指产生应力的各种因素不复存在时（如外加载荷去除、加工完成、温度已均匀、相变过程中止等），由于形变、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。

目前公认的内应力分类方法是1979年由德国的马克劳赫﹒E提出的，他将内应力按其平衡范围分为三类：）：在物体宏观体积内存在并平衡的内应力，此类应力的释放，第一类内应力（σⅠ会使物体的宏观体积或形状发生变化。

第一类内应力又称“宏观应力”或“残余应力”。

宏观应力的衍射效应是使衍射线位移。

图1（书上6-2）是宏观残余应力产生的实例。

一框架与置于其中的梁在焊接前无应力，当将梁的两端焊接在框架上后，梁受热升温，而框架基本上处于室温，梁冷却时，其收缩受框架的限制而受拉伸应力，框架两侧则受中心梁收缩的作用而被压缩，上下横梁则在弯曲应力的作用之下。

图1 宏观残余应力的产生（a）焊接前、b）焊接后））：在数个晶粒的范围内存在并平衡的内应力，其衍射效应主要第二类内应力（σⅡ是引起线形的变化。

在某些情况下，如在经受变形的双相合金中，各相处于不同的应力状态时，这种在晶粒间平衡的应力同时引起衍射线位移。

图2（书上6-3）表明第二类应力的产生，拉伸载荷作用在多晶体材料上，晶粒A、B上的平行线表示它们的滑移面，显然A晶粒处于易滑移方位，当载荷应力超过临界切应力将发生塑性变形，而晶粒B仅发生弹性变形，载荷去除后，晶粒B的变形要恢复，但晶粒A只发生部分恢复，它阻碍B的弹性收缩使其处于被拉伸的状态，A本身则被压缩，这种在晶粒间相互平衡的应力在X射线检测的体积内总是拉压成对的出现，且大小因晶粒间方位差不同而异，故引起衍射线的宽化。

图2 第二类应力的产生）：在若干原子范围内存在并平衡的应力，如各种晶体缺陷（空第三类内应力（σⅢ位、间隙原子、位错等）周围的应力场。

此类应力的存在使衍射强度降低。

通常把第二类和第三类应力称为“微观应力”。

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。

xrd 应力测试原理XRD 应力测试原理一、引言X射线衍射（X-Ray Diffraction，简称XRD）是一种广泛应用于材料科学领域的非破坏性测试方法，可以用来研究晶体结构、晶格常数、晶体取向和残余应力等信息。

本文将介绍XRD应力测试的原理和基本步骤。

二、XRD应力测试原理XRD应力测试是基于布拉格方程（Bragg's Law）的原理进行的。

布拉格方程描述了入射X射线与晶体晶面之间的相互作用关系。

当入射X射线与晶体晶面满足布拉格方程时，会发生共面干涉，产生衍射信号。

三、布拉格方程布拉格方程可以表示为：nλ = 2dsinθ其中，n为衍射级数，λ为入射X射线的波长，d为晶面间距，θ为衍射角。

四、应力引起的晶面间距变化晶体中的应力会引起晶面间距的变化。

根据胡克定律，应力与应变之间存在线性关系。

当晶体受到外力作用时，晶体中的原子会发生位移，导致晶面间距的变化。

因此，通过测量晶体中晶面间距的变化，可以间接推断出晶体中的应力信息。

五、应力测试步骤1. 样品准备：将待测试的样品切割成适当尺寸，并进行表面处理，以确保样品的表面光洁度和平整度。

2. 仪器调试：调整XRD仪器的参数，如入射角、发射角、入射深度等，以适应不同样品的测试需求。

3. 测量数据：通过XRD仪器发射X射线，并接收衍射信号。

记录衍射图谱，包括衍射角和相对强度。

4. 数据分析：根据布拉格方程，计算晶面间距，并绘制应力-晶面间距曲线。

5. 应力计算：根据已知晶体结构和材料参数，利用应力-晶面间距曲线，将晶面间距的变化转化为应力值。

六、应力测试的应用领域XRD应力测试在材料科学领域有广泛的应用。

主要应用于以下方面：1. 金属材料研究：通过测试金属材料中的残余应力，可以评估材料的强度、韧性和耐久性。

2. 薄膜应力测试：薄膜在制备过程中容易产生应力，通过XRD应力测试可以帮助优化薄膜的成长过程。

3. 焊接接头质量评估：焊接过程中产生的残余应力会对焊接接头的性能产生影响，通过XRD应力测试可以评估焊接接头的质量。

---------------------------------------------------------------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。

实验 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本结构特点和主要技术特性；2．掌握0-45°法及sin 2ψ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晶面间距有规律的变化，在X 射线衍射实验中，晶面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2θ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。

即垂直表面的正应力σ33及切应力σ13 ，σ23均为零，这时与主应力成任意φ方向上的应力σφ为：ψ变动平面与试样表面的交线即为所测应力方向。

若所测2θ~ sin 2Ψ关系非线形，说明垂直于表面应力σ33，σ13 或σ23 ≠0。

若试样中存在织构，也将出现非线性。

为获得一系列已知的ψ方向，可选取不同的入射方式，即固定ψ0 法、固定ψ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。

它用立柱和横梁支撑，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，以适应测量实际工件的需要。

测角器上装有计数管座，X 射线管座、扫描变速机构、标距杆座及光阑（其构造参见教科书中附图）。

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较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置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soller 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ψ0 = 30° 处，这时标距杆垂直试样表面，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。

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。