[發明專利]基于X射線衍射全譜的多晶材料殘余應力測量方法

在審

• 申請號: 201410177546.4
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN105021331A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 詹科;鄭學軍;祝元坤;王丁;韓昊
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01N23/20;G06F19/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

技術領域

本發明涉及分析測試，尤其涉及一種基于X射線衍射全譜的多晶材料殘余應力測量方法。

背景技術

在材料生產、處理或加工過程中，由于材料的局部區域變形的不均勻性從而在材料中產生了殘余應力。適當的殘余應力分布可以成為有利因素提高材料的性能。例如通過噴丸強化技術，在金屬工件表面形成殘余壓應力場，可有效提高工件的使用壽命。因此，為了更好地利用殘余應力優化材料性能，就需要檢測和控制材料在生產中各個工序的殘余應力。

X射線衍射技術，理論基礎比較嚴謹，實驗技術日漸完善，無需破壞試樣是目前殘余應力分析的有效方法之一。然而該方法在測量殘余應力時，需要設置不同的測量傾斜角，同時對測試材料也有一定的限制。例如當多晶材料中存在織構時，傳統方法就很難實現。

經對現有技術文獻的檢索發現，M.Guagliano等人在《Engineering?Failure?Analysis，2002，Vol.9，No.2，pp147-158》(工程失效分析，2002年，9卷，第2期，第147-158頁)發表了“Contact?fatigue?failure?analysis?of?shot-peened?gears”論文，研究了殘余應力對齒輪疲勞壽命的影響，指出殘余應力值是分析齒輪強化效果的一個重要指標。P.J.Withers等人在《Materials?Science?and?Technology，2001，Vol.17，No.4，pp355-365》(材料科學與技術，2001年，17卷，第4期，第355-365頁)上發表了“Overview-Residual?stress?Part1-Measurment?techniques”論文，總結了X射線衍射法測量殘余應力的方法以及不足，如果材料中存在織構，傳統X射線衍射法測量殘余應力的結果將會產生較大誤差。

發明內容

本發明的目的，就是為了提供一種基于X射線衍射全譜的多晶材料殘余應力測量方法。

為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種基于X射線衍射全譜的多晶材料殘余應力測量方法，其具體步驟、工作過程和原理如下：

1、利用X射線衍射儀獲取多晶體材料的X射線衍射全譜

對于多晶材料，當X射線照射在多晶材料表面時，如果衍射角與衍射晶面符合布拉格衍射方程時，相應的衍射峰就會出現加強。多晶材料的衍射幾何如圖1所示。

2、建立多晶材料的應力-應變表達關系式

其原理是，設立樣品坐標系，讓X軸、Y軸位于樣品表面互相垂直，Z軸平行于樣品表面法線方向。對于橫向各向同性材料其沿樣品坐標系中的應力與應變關系可以表示為：

σ_x＝C₁₁ε_x+C₁₂ε_y+C₁₃ε_z

σ_y＝C₁₂ε_x+C₁₁ε_y+C₁₃ε_z

σ_z＝C₁₃ε_x+C₁₃ε_y+C₃₃ε_z??????(1)

式中，σ_x、σ_y、σ_z為應力，C₁₁、C₁₂、C₁₃、C₃₃為材料彈性系數，ε_x、ε_y、ε_z為沿樣品坐標系的應變，當表面為二維應力時，σ_z＝0，在此邊界條件下應力-應變關系表達式為：