文档介绍：淬火钢得宏观内应力测定实验报告实验目得1、了解金属材料内应力得分类与对材料性能得影响;2、掌握X射线衍射法测量金属材料宏观应力得原理与实验方法。实验内容测定金属材料宏观内应力。实验仪器设备与材料D8Advance型X射线衍射仪实验原理(一)、内应力得产生、分类及其影响当产生应力得各种因素(如外力、温度变化、加工过程、相变等)不复存在时,在物体内部存在并保持平衡得应力称为内应力。按存在范围得大小,可将内应力分为以下3种:①第一类内应力:在较大范围内存在并保持平衡着得应力。释放之,体积或形状发生变化。应变均匀分布,这样方位相同得各晶粒中同名HKL面得晶面间距变化就相同,从而导致衍射峰位向同一方向发生漂移。衍射效应:衍射峰位同一方向漂移。X射线仪测量得理论基础-漂移值。②第二类内应力:在数个晶粒范围内存在并保持平衡着得应力。释放之,有时也会引宏观体积或形状发生变化。应变分布不均匀,不同晶粒中,同名HKL面得晶面间距有得增加,有得减少,导致衍射峰位向不同方向发生漂移。衍射效应:衍射峰漫散宽化。X射线测量得理论基础—宽化值。③第三类内应力:在若干个原子范围存在并平衡着得应力。释放之,不会引起宏观体积与形状得改变。原子离开平衡位置,产生点阵畸变。衍射效应:、抗应力腐蚀、疲劳强度、静强度、硬度、;拉应力可促使裂纹开裂、对应力腐蚀与疲劳寿命产生不利影响。对宏观应力或残余应力研究很有实际意义,对其测量受学术界与工业界得关注。,提高疲劳寿命;又如低碳不锈钢经二精炼工艺,提高了抗晶间应力腐蚀性能;另还有小到钟表游丝,大到球灌、船舰、大桥桥梁、铁轨等等均需经相应得去应力工艺处理,充分发挥材料或构件自身潜力。因此,宏观应力得测定工作在确定工件得最佳工艺、预测工件使用寿命与分析工件失效形式等方面具有十分重要得意义。(二)、宏观应力得测定原理X射线穿透深度约10μm,材料表面应力通常处于平面应力状态,法线方向得应力()为零,测定得就是表面应力。宏观应力引起较大范围内引起均匀变形,产生均匀应变,使不同晶粒中得衍射面HKL得面间距同增或同减。一定应力状态引起得晶格应变与宏观应变就是一致得。应变通过X射线法测得得晶面间距变化求得。布拉格方程,d变化,θ变化,以此来度量宏观应变。根据弹性力学得广义虎克定律由宏观应变推知宏观应力(残余应力)。应力—单位面积上作用力,正值表示拉应力,负表示压应力; 用正交坐标系单位体积元表示,有九个应力组份,可用3X3矩阵表示称为应力张量;在力矩平衡条件下切应力组份必须相等。体积元完整应力描述只有六个独立变量(三个分正应力与三个切应力)。如右图图1 六个独立变量示意图由衍射角位移可测得应变,应力测量基于应变测量与己知材料得弹性常数。选高角衍射线测应变。在试样坐标系中,由倾角ψ与方位角φ表示多晶中有许多不同取向得晶粒中某晶粒晶靣得法线方向(衍射矢量方向),在此方向上测量晶格应变,并用以度量宏观应变。已知波长λ,,同一(hkl)晶面产生得衍射峰衍射角2θ应该相等. 应力σ存在时,位于不同倾角ψ处同一(hkl)产生得衍射峰2θ角变化、面间距变化、不同倾角ψ处得宏观应力在拉应力状态,晶面方位倾角ψ越大,晶面间距d越大,衍射角2θ就越小;在压应力状态,晶面方位倾角ψ越大,晶面间距d越小,衍射角2θ就越大;不同方位角为φ,倾角为ψ方向应变不同如图3。晶面间距d随着晶面方位角Ψ增大而递增或递减,表明材料表面存在拉应力或压应力,递增或递减得急缓程度就反映了应力值得大小变化如图4。图3 倾角为ψ方向应变示意图图4衍射晶面方位角与应力方向平面X射线穿透深度小,仅薄表层被照射,处于平面应力状态σ3=0,在ψ=90°时,根据应力应变基本关系式,由弹性力学可得: (式1) 表层应力、应变状态其中,为待测方向得方向余弦,大小分别为:(式2) 将式2与应力应变关系式代式1,并化简得得:(式3)由于考虑得就是平面应力,因此(式4)将式4代入式3,得(式5)对两边偏导得:(式6)因为式中与分别代表待测方向上得衍射面HKL在有与没有宏观应力时得面间距。由布拉格方程两边变分推得:则(式7)式中,与分别代表待测方向上得衍射面HKL在有与没有宏观应力时得衍射角。将式7代入式6化简得(式8)设可以把式8简化为:式中K——X射线应力常数,MPa/(°)M——在不同Ψ方向测定得衍射线角与直线关系得斜率。如果知道了X射线应力常数K,