布魯克X射線衍射儀應用之應力測試

Q這篇文章主要講的什麽內容？A

應力測試你已經知道的和不知道的，這裏都有講，閱讀後你一定能get到新的技能！

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應力的產(chan) 生

 應力的產(chan) 生是因為(wei) 材料中發生了不均勻的彈性變形或者彈塑性變形造成的。原因來自於(yu) 三個(ge) 方麵：

    1、冷熱變形時沿截麵塑性變形不均勻

    2、零件加熱、冷卻時，體(ti) 積內(nei) 溫度分布不均勻

    3、加熱、冷卻時，零件界麵內(nei) 相變過程不均勻​

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▲VANTEC-500 Detector

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應力的分類

根據德國學者馬赫勞赫對應力的分類如下：

        第|類內(nei) 應力稱為(wei) 殘餘(yu) 應力。是存在於(yu) 較大材料區域範圍（很多晶粒範圍）內(nei) 的應力，是各個(ge) 晶粒數值不等的內(nei) 應力在很多晶粒範圍內(nei) 的平均值。衍射譜線的位移。

        第||類內(nei) 應力稱為(wei) 微觀應力。是在較小材料其餘(yu) 範圍內(nei) （一個(ge) 晶粒或晶粒內(nei) ）的應力：既可能造成衍射譜線的寬化，也可能造成衍射譜線的位移。

        第|||類內(nei) 應力稱為(wei) 晶格畸變應力或者超微觀應力。存在於(yu) 極小區域範圍內(nei) （幾個(ge) 原子間距內(nei) ）。帶來衍射譜線強度的降低。

​第|類內(nei) 應力稱為(wei) Macrostress，第||類內(nei) 應力和第|||類內(nei) 應力稱為(wei) Microstress。

        Macrostress可通過X射線衍射方法根據衍射峰位置的移動測得。Microstress可根據峰寬和峰強的變化通過TOPAS軟件擬合得到。

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殘餘(yu) 應力的測試方法及其假設

通常的測試的是第|類內(nei) 應力即殘餘(yu) 應力。測試時以及後續的分析都需要滿足下麵的條件：

       1、X射線光斑覆蓋多個(ge) 晶粒

       2、外加樣品形變與(yu) 晶格變化相一致

       3、X射線照射的薄層處於(yu) 平麵應力狀態，即沿樣品表麵法線方向的應力分量為(wei) 零。

       波長的選擇：盡量選擇長波長光源（例如Cr靶，Kα1=0.2289nm）進行測試。因為(wei) 長波長光源透射深度較小，可盡量避免應力隨樣品表麵深度方向發生的梯度變化。而在晶格應變一定的情況下，高角度衍射峰的位移更明顯，測試結果也更準確。更為(wei) 重要的是，樣品的置位誤差對高角度衍射峰的位置影響比低角度衍射峰小。

另外，

      1、粗晶樣品一般選擇短波長。

      2、若研究的加工影響層很薄，則應該選擇波長較長的X射線。

衍射峰的選擇：盡量選擇高角度（2Ɵ>90˚）多重性因子較高的衍射峰進行應力的測試。

根據殘餘(yu) 應力測試的歐洲標準，常見材料應力測試所使用的光源和衍射峰如下：

    測試時間：建議峰的強度在1000個(ge) 點數以上。測試應力的誤差跟測試時的半高寬和峰的強度都有關(guan) 係。峰強越高，誤差越小。

塊體(ti) 測試的測傾(qing) 法及結果：測傾(qing) 法是目前采用較多的測試應力的方法。跟其優(you) 點如下：

      1、不需要吸收矯正

      2、可使用較低衍射角測試應力

      3、可擴大ψ角的設置範圍，提高測試的準確性

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      如圖1所示：ε_ΨΦ與(yu) sin²_Ψ成線性關(guan) 係，斜率即是應力。圖2的情況是因為(wei) 出現了切向力。圖4是由於(yu) 材料中出現了織構。

      薄膜測試的掠入射方法及配置：當材料近表層存在陡峭應力梯度時會(hui) 出現圖3所示的情況。可采用薄膜應力的測試方法，即掠入射的方法進行。

      從(cong) 圖5可以看出，介於(yu) 140-145度之間的衍射峰隨著入射角度的改變而移動，說明樣品表層應力梯度的存在。使用Leptos軟件可以得到類似下圖的應力隨深度的變化圖：

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殘餘(yu) 應力的釋放

      殘餘(yu) 應力的釋放存在內(nei) 在驅動力。驅動力來源於(yu) 有殘餘(yu) 應力存在的材料都偏離了低能量穩定態。熱力學上高能量的組織狀態總將趨向於(yu) 低能量的平衡態。無外載的情況下室溫長期保存後機件的殘餘(yu) 應力基本沒有變化。

      1、殘餘(yu) 應力隨溫度的升高而不斷降低。金屬材料的加熱溫度超過再結晶溫度時，殘餘(yu) 應力*鬆弛。

      2、靜載荷或者循環載荷均可造成殘餘(yu) 應力的鬆弛。