实验七宏观残余应力的测定

1、实验七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木结构特点和主要技术特性；2. 掌握（m5°法及siw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品面间距有规律的变化，在x射线衍射实验中，品血间距 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2（）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。即垂直表面的止应力。33及切应力0 13, 0 23均为零，这时与主应力成任意“方向上的应力0 4为:e2(1 + v)(cot0)711806(20)dsin2 0=km屮

2、变动平面与试样表面的交线即为所测应力方向。若所测2（）sin®关系非线形，说明垂直于表面应力。33, s3或sh0。若试样屮存在织构，也将出现非线性。为获得一系列己知的屮方 向，可选取不同的入射方式，即固定叭）法、固定w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 撐，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 实际匚件的需要。测角器上装冇计数管屎，x射线管屎、扫描变速机构、标距杆朋及光阑

3、（其构造参见教科书屮附 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鮫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 准位宜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seller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 = 30°处,这时标距杆垂直试样表血，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。专用应力仪测角器的扫描范围较小，约为2 0=110

4、76;170° o这主要是因为应力测定基于晶面 间距的测量，而面间距的测量应取高角度较准确，另的变化范围太小，以致测量不准或根木无 法实施。现也有新型应力仪改用侧倾法（仅适应于网定w法）。2. 测量位置变动机构此部分使测角器上下移动、绕立柱旋转、改变x射线入射角和使测也头倾斜，这是一些机械 构件，可参见实物。3. x射线应力仪的测试步骤和操作1）试样的准备（表而处理）x射线的有效穿透深度在10 u的数最级，因而试样表面的处理对测量结果影响很人。试样表 面应去除汕污和氧化皮，再用电解抛光或化v腐蚀方法将农而加工层去掉。然后在测点做好标 记。2）选用适当的光管选择光管的原则与衍射仪相同。

5、但有一点要特别注意，即被测品而须在应力仪限定的2 0角度区 间有足够强且互不重證的衍射峰，在某些情况下可选用心线的衍射峰。3）试样安置将准备好的试样测试面朝上放在测介器下，使应力测最方向平面与计数管扫描平曲平行（同 倾法）或垂直（侧倾法）。4）一般应力仪的操作规则%1 接通应力仪的总电源，打开稳压器开关，待稳压器输出电压表白动升至220v。黄色指示灯亮；%1 通x射线管冷却水；%1 将管流、管压逆时针调到最低位置，按“通灯”按扭。“灯丝”指示灯亮；%1 按“升高”按扭。“高压”亮，管压、管流自动升高至10kv-3嗣的部位，开始“老化”（或称“吋效”，“除气”），“老化”完成后，管压、管流升至预

6、定的位置；%1 确定计数率计工作条件（计数管高压、计数率最程、时间常数等）；%1 接通计数率计及联机计算机的电源，开始“扫描”并记录数据。四、实验步骤1. 利用x射线应力测定仪对试样表面确定方向进行测试（采用0-45°法及sh?屮法）；2. 用半高宽法确定衍射峰位；3. 用最小二乘法计算宏观内应力。五、实验报告要求1. 简述宏观应力测定的基木原理及x射线应力测试仪的衍射几何特点;2. 测试条件、数据及用0-45°法与si屮法计算的过程和结果。x射线衍射分析习题1. 试计算，当管电压430kv时（1）电子撞击靶时的速度和动能；（2）发射的x射线连续谱的短波限及其光量子的上限能

7、量。2. x射线衍射实验室屮，为保护工作人员，应用1mm厚的铅屏，试计算这样的铅屏对于卞列辐射的透射系数,(1) moka 辐射；(2) 50kv操作的x光管所发射的短波限。3. 为了使cuig和ck”的强度比为100/1 (设原來ik/k仟5/1),采用ni滤片(1) 求滤片的厚度；(2) 求此滤片对cuk.谱线的透射系数。4. 为使cu靶的k“线透射系数为k线透射系数的1/6,求滤丿i ni的厚度(在ni的"处，伽 有&2倍的突变)5. 试计算空气对于c1k辐射的质量吸收系数(设空气屮含有8()w刖和2()皿的o),并计算 cik通过200mm空气的透射系数。6. 卜列两

8、组晶面(1) (110), (121),(312)(2) (110),(311), (113)每一组是否属于同一晶带，若属于同一晶带，求其品带轴。7. 渗碳体(氏3©是正交晶系，点阵常数为a=425 a , b=5089 a , c=6743 a ,试画出它的(100)； , (110)；,和(ill)；倒易平面上的倒易点(画出原点周围四个平行四边形)。8. a、b分别为晶体中相邻二晶面上的原子，试求在图示的1、2、方向上得到衍射的条件。9. 用c(k照射组织为马氏体+奥氏体的试样，求马氏体(211),奥氏体(220)和(311)而射线峰的强度圆子r (假定马氏体：体心立方，aw=2

9、.91 a ,奥氏体：面心立方，aa=3.64a ,测量温度为27 °c ) «10. a1的点阵常数a=4.05 a ,如入射线为c“ka,按晶面间距由大到小丿序列出前三个反射 血的指数及反射角数据。11若6厶射线垂直于晶带轴100入射到一a-fe单晶体匕试川ewald图解法求出使(001)而发牛:射线吋入射线的方向，并绘岀衍射线的方向。12. 试用倒易点阵原理估算用6&和crka照射cu多品试样吋，分别能得到哪儿根衍射 线？1 11 11 31 313. 兹有某止方系晶体，其每个单位晶胞含有位于0丄上，-0-, -0-, 0-的四个24242424同类原子。(1

10、) 试导出其旧2的简化表达式；(2) 这种晶体属于哪-种bravais点阵？14. 用cuka辐射在直径57.3 mm相机中，摄得一张德拜相，试计算其kai，ka?双线在0=1（t, 5°, 85。处的分离度数（a20 ）和谱线的分离距离（al、mm）。15. 试用布拉格方程的微分式说明在高角度区（1）不同晶面的衍射线间距拉开;（2）k, k双线易于分离。16. 用背射平板柑机测定w粉的点阵常数，从底片上测量w的400衍射环直径25=51.20 mm,采用n«c/为标样，其640衍射坏直径2lg=36.4mm ,若此二衍射坏均由cukai , 辐射引起，试求w粉的点阵常数（nk7：面心立方，a=5.64oa ）17. 用cuka辐射摄得某元素的粉末相，在高角区的si0值为0.503 , 0.548 , 0.726, 0.861, 0.905试标定各衍射线的指数。18. 个承受上下方向纯弹