XRD--残余应力测试

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。

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。

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。

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

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射线法测残余应力试验方案一、试验目的。

咱们为啥要做这个X射线法测残余应力的试验呢？简单来说，就是想知道那些经过加工或者处理后的材料里面还藏着多少“内部压力”。

这残余应力可重要啦，如果控制不好，可能会让材料在使用过程中突然出问题，就像一颗隐藏的小炸弹一样。

所以咱们得把这个残余应力给找出来，好好研究研究。

二、试验材料和设备。

1. 试验材料。

咱们得先找一些有代表性的材料来做试验。

比如说，金属材料可以选铝合金或者钢材，这两种材料在工业上可常见啦，就像大街上到处能看到的汽车和大楼里的钢梁，很多都是用它们做的。

如果想再丰富一点，也可以加上一些陶瓷材料或者复合材料。

这些材料各有各的特点，残余应力的情况肯定也不一样，这样咱们的试验结果就更全面啦。

2. 试验设备。

X射线应力分析仪：这可是咱们的主角，它就像一个超级侦探，可以用X射线把材料内部的应力情况给侦查出来。

要找一台精度高、稳定性好的分析仪，就像找一个厉害的侦探一样重要。

样品夹具：这个夹具的作用就是把咱们的样品稳稳地固定住，让X射线可以准确地对它进行检测。

夹具的设计要根据样品的形状和大小来，就像给每个样品定制一个专属的小椅子一样。

计算机：它和X射线应力分析仪是好搭档，用来记录和分析检测到的数据。

计算机就像一个聪明的小秘书，把分析仪发现的各种信息都整理得井井有条。

三、试验样品准备。

1. 样品尺寸和形状。

对于金属材料的样品，咱们可以把它们加工成小方块或者小圆柱的形状。

尺寸的话，边长或者直径大概在10 20毫米左右就挺合适的，厚度可以是5 10毫米。

这样的尺寸既方便操作，又能保证X射线检测的准确性。

要是陶瓷材料或者复合材料，形状可以更灵活一点。

比如陶瓷可以做成薄片的形状，复合材料可以根据它原本的结构特点，截取合适大小的块状样品。

2. 样品加工和处理。

在加工样品的时候，可一定要小心哦。

尽量采用精密的加工方法，减少加工过程中引入新的残余应力。

比如说用数控加工中心来加工金属样品，这样可以精确地控制加工的参数，就像一个细心的工匠在雕琢一件艺术品一样。

残余应力xrd原理
残余应力XRD原理是通过X射线衍射技术来测量材料内残余应力的方法。

在材料制备或加工过程中，材料会受到各种力的作用，从而产生残余应力。

这些应力会导致材料的力学性能发生变化，因此了解和控制残余应力对于材料的应用非常重要。

在残余应力XRD测量中，X射线通过材料时，被材料晶体中的原子散射，并形成衍射图样。

在没有任何应力的情况下，衍射图样会呈现出一定的规律性，即所谓的布拉格定律。

而当材料存在残余应力时，晶体结构会发生畸变，从而改变衍射图样的规律性。

通过测量这些差异，可以得出材料中的残余应力大小和方向。

残余应力XRD技术广泛应用于金属材料、陶瓷材料、高分子材料等领域。

它可以用于研究材料加工过程中的残余应力分布情况、评估材料的应力状态和研究材料的力学性能等方面。

- 1 -。

x射线测残余应力计算公式一、X射线测残余应力基本原理。

1. 布拉格方程。

- X射线照射到晶体材料时，会发生衍射现象。

布拉格方程为2dsinθ = nλ，其中d是晶体的晶面间距，θ是衍射角，n是衍射级数（通常取n = 1），λ是X射线的波长。

- 当材料存在残余应力时，晶面间距d会发生变化，从而导致衍射角θ的改变。

通过测量衍射角的变化，可以计算出残余应力。

二、残余应力计算公式。

1. 平面应力状态下的公式。

- 对于各向同性材料，在平面应力状态下，根据弹性力学理论和X射线衍射原理，残余应力σ_φ的计算公式为：σ_φ=-(E)/(2(1 + ν))cotθ_0(π)/(180)(∂(2θ))/(∂sin^2)φ- 其中，E是材料的弹性模量，ν是材料的泊松比，θ_0是无应力状态下的衍射角，2θ是测量得到的衍射峰对应的衍射角（通常取衍射峰的半高宽对应的角度），φ是测量方向与应力方向的夹角。

2. 简化假设下的常用形式。

- 在一些实际应用中，假设材料的弹性常数E和ν为已知常数，并且在测量过程中，θ_0通过标准样品或理论计算得到。

此时，可以通过测量不同φ角度下的2θ值，然后对(∂(2θ))/(∂sin^2)φ进行数值计算（例如采用最小二乘法拟合测量数据），进而得到残余应力σ_φ的值。

3. 多晶材料的情况。

- 对于多晶材料，由于其晶体取向是随机分布的，需要采用特定的测量方法和数据处理手段。

通常采用的是sin^2φ法，即通过测量多个φ角度（如φ =0^∘,15^∘,30^∘,45^∘等）下的衍射角2θ，然后根据上述公式计算残余应力。

在多晶材料中，上述公式仍然适用，但在数据处理和误差分析方面需要更加谨慎，因为多晶材料的晶体结构和织构等因素会对测量结果产生影响。

环氧树脂的残余应力测试方法
残余应力是指材料内部的剩余应力，它会对材料的性能和使用寿命产生重要影响。

在环氧树脂应用中，了解和控制残余应力的分布是至关重要的。

因此，我们需要一个有效的测试方法来评估环氧树脂中的残余应力。

一种常用的测试方法是X射线衍射（XRD）技术。

该方法是通过照射材料表面，并测量X射线经过材料后的衍射图案来确定材料中的应力分布。

在环氧树脂中，通过选取合适的衍射角度和衍射峰的位置，可以获得材料中的残余应力信息。

另一种测试方法是红外热成像（IRTI）技术。

这种方法通过测量材料表面的红外辐射热图像来获得材料中的温度分布，进而推断残余应力的分布情况。

在环氧树脂中，因为应力会引起材料的热导率和膨胀系数的变化，通过红外热成像可以间接地得到残余应力信息。

还可以使用激光剪切仪来测定环氧树脂中的残余应力。

激光剪切仪是一种能够测量材料内部残余应力的非接触式测试设备。

它通过施加外部剪切力，测量材料表面的位移和应变来计算残余应力。

在环氧树脂中，由于材料的剪切刚度与残余应力有关，这种方法可以提供准确的残余应力信息。

X射线衍射、红外热成像和激光剪切仪都是常用的测试方法，用于评估环氧树脂中的残余应力。

选择合适的测试方法取决于实际需求和资源情况，通过这些方法可以更好地理解和控制环氧树脂的性能和使用寿命。

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s in2ψ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。