宏观应力的测定专业知识讲座.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,主要内容,6.1,、残余应力的种类,6.2,、,X,射线测定宏观残余应力的特点,6.3,、,X,射线宏观残余应力,测定原理,6.4,、宏观应力测定方法,6.5,、用最小二乘法求,“,2,sin,2,”,6.6,、,0,45,法,6.7,、例题,6.1,残余应力的种类,根据内应力作用范围不同分为三类：,第一类残余应力又称宏观残余应力：,在晶体材料中许许多多晶粒范围之内存在并保持平衡的应力（或,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。,金属零件在,热处理、表面处理、塑性变形,加工等各种冷加工或在切削、装配、铸造、焊接等加工工艺以后都会产生此类残余应力。此类应力对,疲劳强度、抗蚀性、相变、硬度、磁性、电阻,等均有影响。,第二类残余应力又称微观内应力：在,几个晶粒的范围,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。,材料在变形加工以后，晶粒内部产生滑移，变形等晶格将产生弹性的弯曲、扭转等从而造成内应力。,第三类内应力又称为超微观内应力：,存在于晶粒内的几百或几千个,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“微观应力”。,三类残余应力分布示意图,三类残余应力都存在时，,衍射线将位移、变宽和强度下降,。,宏观残余应力产生的实例,宏观残余应力与构件的,疲劳强度、抗应力腐蚀能力和尺寸稳定性等密切相关,。如焊接引起的残余应力能使构件变形，在特殊介质中工作构件表面张应力会造成应力腐蚀，热处理或磨削产生的残余应力往往是量具尺寸稳定性下降的原因，,这些残余应力都是要尽量避免和设法消除,的；,残余应力的危害,某些情况下残余应力是有利的,如承受往复载荷的曲轴在轴颈表面有适当的压应力可提高其疲劳寿命。,因此测定残余应力对,控制各类加工工艺、检查表面强化或消除应力的工艺效果以及进行失效分析等都有重要意义。,6.2 X,射线测定宏观残余应力的特点,宏观残余应力的测定方法有：电阻应变法、机械引伸仪法、超声波法和,X,射线法。除了超声波法，其余的都是测定应力作用下的应变,(,），再按弹性定律计算应力（,）。,X,射线测定残余应力的优点：,1,）,X,射线测定表面残余应力为非破坏性试验方法为无损检测方法。,2,）,X,射线是根据,衍射线位移,测定应变。,3,）,X射线束的直径可以控制在,2,3nm,以内，故能测定很,小范围内的应变,，其它方法测定应变通常为,20,30mm,范围内的平均值。,4,）,X,射线测定的是试样表层大约,10m,深度内的二维应力,5,）可以测定材料中的第二类和第三类应力。,X,射线法,局限性,，设备昂贵，并且，,因受穿透深度所限，只能无破坏地测,表面应力。若测深层应力，也需破坏试样。,另外，精度受组织影响较大。,粗大晶粒、织构等会大大增大测量误差。,6.3 X,射线宏观残余应力测定原理,6.3.1,弹性应力应变关系,拉伸形变,E,为材料的杨氏模量，,为泊松比,（,1,）,（,2,）,z,x,y,应变,立方体积元上的正应力和切应力,在每一个面上有正应力和切应力，平衡条件下：,x,=,-x,xy,=,yx,所以，只用,6,个应力分量就可以确定物体任何一点的应力状态：,x,y,z,xy,yz,zx,而描述主应力和主应变两者关系的广义朋克定律为,（,3,）,、,与主应力的关系,a,1,、,a,2,、,a,3,分别为,与主应力的方向余弦,（,4,）,主应力已知的情况下，空间任一方向的主应力（主应变）为：,6.3.2,单轴应力测定原理,（,5,）,例如,:,在拉应力,y,作用下,下，试样沿,y,轴产生变形,，某晶粒中（,hkl),晶面,正好与拉伸方向垂直,无应力状态时，晶面,间距为,d,0,，在应力,y,作用下,d,0,扩展为d,1,.,测量垂直于,y,轴的晶面的面间距难以实现，而可以通过测量平行于,y,轴的应变，间接推得,y,方向应变。,在,z,方向反射面的晶面间距变化,d,d,n,-d,0,，则：,（,7,）,（,6,）,而,晶面间距的变化,d,是通过测量,衍射线位移,而得到。,则,y,=-,z,/,y,方向的应力为：,6.2.3,平面应力测定原理,受力物体表面上的应力,在,二维应力,下，主应力,1,、,2,与表面平行，垂直表层主应力为,3,0,，,但垂直于试样表面的应变,3,不为零，当材料各,向同性，,3,大小为,3,可以由平行于表面的某晶面间距,d,值变化求得,;,（,8,）,实际工作中常常需要测定的是工件表面上某一特定方向上的应力，如,的大小。如何测量？,如果测量,OB,方向的应力,，必须进行两次测量,一次测量垂直表面方向的应变,（与表面平行晶面的应变）（图,a,）,二次测量与表面任意方向的,角上,HKL,晶面的应变,（图,b,）,Ns,，,Np,(a),（,1,）首先测与表面相平行的（,hkl,）晶面的应变,3,，,（,2,）测量与表面呈任意的,角上（,hkl,）晶面的应变,（,3,）由,3,、,计算出,根据,弹性力学,理论，,OA,方向的应变为：,1,2,1,+,2,2,2+,3,2,3,式中,1,2,3,为,OA,方向相对于应变轴的,方向余弦,将式（,10,）代入式（,9,）,可得,：9,）,（,10,）,（,11,）,（,3,）,将（,3,）式带入（,11,），且考虑垂直工件表面的应力,3,=0,：,(12),OA,方向的应力和,1,、,2,、,3,关系为：,（,4,）,因,3,0,，,(sincos),2,1,+(sinsin),2,2,(13),当,=90,0,时，,变为,，于是：,1,cos,2,+,2,sin,2,(14),(14),式代入（,12,）式，得,1,cos,2,+,2,sin,2,(14),(12),(15),3,（书,6,9,式）,带入（,15,）式得,书（,6,12,）,1,、,X,射线衍射仪法测量应力几何关系,6.4,、宏观应力测定方法,当改变,角时，主应力（,1,2,）对,的贡献恒定不变；,应变量,只与,sin,2,呈线性关系。,则,求,sin,2,偏导：,又由于,的测定是,通过测定,2,来实现的，将它与,2,联系起来，由布拉格方程的微分形式得：,代入,(,在晶格常数精确测定一章推导过上式,）,代入,得,/180,是将,2,的度单位换成弧度以后加入的，当反射面（,hkl),和入射波长,一定时，式中,为常数，将其定为应力常数,K,1,，上式就成为直线形式，斜率,定义为,M,，则,K,1,M,通常有两种方法测定,M,：,1,、取,0,和,45,分别测量,2,，从而求得,045,法；,2,、取,0,、,15,、,30,和,45,分别测量,2,，,从而求,M,值，称为,sin,2,法,（,1,）,0,45,法,C,、计算,M,值,E,、计算,值,D,、计算,K,1,值,=K,1,M,(2)sin,2,法,X,射线先后从几个,不同的,角入射,，并分别测定各自的,2,角,，如,0,、,15,、,30,和,45,及,2,0,、,2,15,、,2,30,、,2,45,，,根据测试结果作,2,sin,2,的关系图。,将各个测试值连成直线，并用,最小二乘,求斜率,M,，将,M,代入,K,1,M,，即可求得应力,。,若,0,、,15,、,30,和,45,及,2,0,、,2,15,、,2,30,、,2,45,，,分别为,i,及（,2,）i,i,1,，,2,，,3,，,4,，按最小二乘法处理数据，则得,n,为测量点数,2,、应力仪衍射几何,其中：,（,/2,）,用应力仪,0,45,法测量应力计算公式：,6.7,影响测量精度的因素（自学）,一、试样表面,二、辐射的选择,三、吸收因子和角因子的校正,四、衍射峰位置的确定,四、衍射峰位置的确定,常用半高法和抛物线法,1,、半高法,2,、抛物线法,三点抛物线法：,抛物线方程：,(x-h),2,=P(y-k),P,为常数,h,和,k,是顶点的横坐标和纵坐标,将,I=y,2,x,2,m,=h,I,m,=k,代入上式得：,（,2,2,m,）,2,P,（,I-I,m,),将实验点代入上式：,2,2,2,2,1,2,3,2,2,a=I,2,-I,1,b=I,2,-I,3,3,、切线法,6.8 X,射线宏观应力的测定举例,采用,CoKaX,射线测,a,黄铜的宏观残余应力，测量（,400,）面衍射角，测量结果为：,0 45,2,151.00 150.67,用,0,45,法计算应力,。已知,a,黄铜的,E,910,9,Pa,，,0.35,用,0,45,法,=K,1,M,=-209.4,（,0.66)=138.204MPa/,作业,P107,3,题,思考题,学习了本课程以后，总结,X,射线衍射技术有哪些应用？,X,射线衍射技术,：,进行物相的定性和定量分析,点阵常数的精确测定,还可以测定材料晶粒大小、,测量宏观内应力,X,射线其它应用,X,射线衍射仪还可以测定钢中,晶体取向,(,织构如丝织构、板织构）,能谱仪就是利用,X,射线信号进行,成分分析,