淬火钢的宏观内应力测定—南理工

淬火钢的宏观内应力测定

班 级： 9131161502 学 号： ************ * 名： * * *

南京理工大学 材料科学与工程学院

2016．5. 30

实验 宏观内应力测定

一、实验目的：

进行宏观内应力的测定 二、实验仪器：

D8AA25 X射线衍射仪 三、实验原理：

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。内应力按其平衡范围分为三类：

第一类内应力（σⅠ）：在物体宏观体积内存在并平衡的内应力，此类应力的释放，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。

第二类内应力（σⅡ）：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。 第三类内应力（σⅢ）：在若干原子范围内存在并平衡的应力，如各种晶体缺陷（空位、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”

宏观应力在物体中较大范围内均匀分布，产生的均匀应变表现为该范围内方位相同的各晶粒中同名（HKL）面晶面间距变化相同，并从而导致了衍射线向某方向位移（2θ角的变化），这就是X射线测量宏观应力的基础。X射线衍射法通过

测量弹性应变求得应力值。对理想的多晶体（晶粒细小均匀、无择优取向），在无应力的状态下，不同方位的同族晶面间距是相等的，而当受到一定的宏观应力

时，不同晶粒的同族晶面间距随晶面方位及应力的大小发生有规律的变化，（书上图6-4）。可以认为，某方位面间距d相对于无应力时的变化

(dd0)/d0d/d0，反映了由应力所造成的面法线方向上的弹性应变，即：

d/d0。显然，在面间距随方位的变化率与作用应力之间存在一定函数关系。因此，建立待测残余应力与空间某方位上的应变之间的关系式是解决应力测量问题的关键。

四、实验步骤

1. 需要将线光源换为点光源，因此，首先将电压及电流分别调节至20及5.，关掉 X 射线高压发生器。

2. 将高压发生器上的四个螺丝松半圈后采用衍射仪窗内左侧壁悬挂着的大圆头扳手工具，对 X 光管头进行转动，逆时针方向转至转不动时即可，再拧紧四颗螺丝。此步骤将线光源换为点光源

3. 安装 UBC 底座。底座上有两个接线槽，槽中的接线柱容易弯曲，因此安装过程中，将卡槽与凸出相对，小心安装。

4. 用较短的光斑准直器（1 毫米或者 0.5 毫米）安装在 UBC 底座上。完成光源安装步骤。对应力测量，我们建议采用尤拉环样品台和侧倾法测量模式（图1）。

图1

5. 将高压发生器打开，将电压、电流设置到 40kV 与 40mA。使用双激光定位确定样品的高度和测量位置。

6. 参数设置：前置 Twin 0.5 度；次级 Twin 5.8mm ； 林克斯探测器（1 维模式，3 度），去掉入射和衍射光路里面的所有轴向索拉狭缝。

7. 选择 Coupled 2theta/theta 扫描模式，例如为 35°至 150°，步长为 0.02°。从衍射谱中找到衍射峰位靠后而且较强的峰，用 use zoom 确定扫描范围。（注：应力测量应该用高角度的衍射峰，越高越好）。

8. 在 XRD wizard 中进行测试参数设置： （1）打开 XRD wizard软件，点击 New —〉 stress 在出现的界面上，如果没有需要改的参数，点击 OK 即可。（2）在达芬奇界面上，前置 Twin 选择狭缝光路，0.5 度；后置 Twin 选择固定 5.8mm 开口；探测器可以选择一维固定扫描（fixed scan）或连续扫描，取决于衍射峰的宽度。(3). 在 detector selection 上选择 PSD LYNXEYE， PSD electronic window 选择 Use default。（4） Detector 界面设定探测器的能量分辨率，根据材料的要求选择能量窗口，例如 Cu 靶 Fe 样品选择 0.18 下限

（5） Generator 界面设定电压和电流（40kV 和 40mA）。（6）在 Scan type 界面上，首先设定测量的角度范围，步长以及每步时间；mode选择 Side-inclination 测量方式。分别设定 chi 倾斜范围一般设定 Start 从 0 开始，Stop 设为 45°，即样品的倾斜角度为0-45°，选择 Increment 为 9°，即每隔 9°进行一次数据采集；设定 phi 轴角度，对于非各向异性的应力样品一般设置 start 为 0°，stop 为 180°，increment 为 180°，即只在 0°及 180°进行测试 (7)设定完毕后将设置测量脚本存为 bsml 格式。例如存为 Fe-211-stress.bsml。

9. 在 start job 测量界面中调入 bsml，设定数据名称，点击 start开始应力测试。 实验结果：

五、实验的认知和反馈

在金相组织内，当夹杂物、析出物及相变出现不同相时，由于体积变化及热应力的作用，将可能产生相当大的微观残余应力。

残余应力是一种弹性应力，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系。所以，残余应力总是材料中发生了不均匀的弹性变形或不均匀弹塑性变形的结果。