残余应力的X射线衍射分析

残余应力对材料和部件的尺寸稳定性、抗应力腐蚀、疲劳强度、相变等性能有很大影响。一般认为压应力有益于提高构件的疲劳强度，拉应力可促使裂纹开裂、对应力腐蚀和疲劳寿命产生不利影响。因此，对残余应力研究很有实际意义，其测量受到学术界和工业界的广泛关注，测控残余应力以提高工件或材料的性能和使用寿命在工程应用上极为重要。

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内应力的分类与 X 射线衍射效应

内应力是指没有外力或外力矩作用而在物体内部存在并自身保持平衡的应力。依据对晶体的X射线衍射现象的不同，可将内应力分为三类：

• 第I类内应力：宏观尺寸范围内存在并保持平衡的应力，与之对应的应变导致原子间晶面间距变化，引起X射线谱线峰位移；
• 第II类内应力：几个晶粒范围内存在并保持平衡的应力，应力的作用与平衡范围较小，引起衍射谱线宽化；
• 第III类内应力：一个晶粒晶胞尺寸数量级范围内存在并保持平衡的应力，引起衍射谱线强度下降。

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什么是残余应力？

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 X射线衍射法测量残余应力的基本原理（sin²ψ法）

Ｘ射线衍射测量残余应力的基本原理是以测量衍射角的偏移为基础，得到应变，而后通过弹性力学计算得到残余应力。

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 XRD残余应力的测量方法

1 同倾法

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 X射线衍射应力测量参数选择

1 衍射峰

• 尽量选取高角度的衍射峰，特殊情况下，也可以选择低角度的衍射峰；
• 测量的范围要包括背底，以利于衍射峰位的确定, 一般大于3倍的半高宽；
• 测量的步长约为半峰宽的1/6或1/7；
• 测量的时间由衍射的强度决定，尽量使曲线平滑。

• Chi的步长可以选9度，所以 chi=0，9，18，27，36，45；
• 也可以等分sin²ψ ，例如0.1为步长；
• 测量点的数量比单峰的质量更重要，特别是2θ- sin²ψ曲线呈非线性变化的  情况下。

• 0，90，180，270 度可以获得σ11，σ22（二维应力）；
• Phi，Phi+180测量可以获得剪切应力；
• 0，45，90，180，225，270 度可以获得应力张量（三维应力）。

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 应用举例-碳钢的残余应力分析

1典型的仪器配置及测量参数

• 常规光源，2.2 kW Cr靶点焦斑
• 1mm准直管
• DS狭缝: 1度
• 尤拉环
• LynxEye XE-T探测器
• 扫描范围：152-160度（ Fe (211)衍射峰）
• Chi 倾斜-45、-36、-27、-18、-9、-0、0、9、18、27、36和45度
• 扫描步长: 0.2度
• 扫描速度: 2秒/步