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准直器和摇摆法对应力测量的影响

更新日期: 2024-02-20
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X射线衍射技术是目前研究物质微观结构有效的无损检测方法之一,在物理、化学、材料科学等领域中都得到了广泛应用。多晶材料在经过形变、相变等过程后,材料内部晶粒会发生晶格应变,晶格应变会使晶面间距发生变化。根据布拉格方程可知,晶面间距的变化会导致衍射角度的变化,通过测定特定晶面在不同方位角的衍射角变化,可以计算出材料的应力。

在相同测试条件下,对不同晶粒尺寸的材料进行测试,晶粒尺寸较大的材料会出现较大的线性偏差,导致其残余应力的测试结果不可靠。因此,不同晶粒尺寸的材料需选用合适的测试参数。

利用X射线衍射法测试材料的残余应力,需要足够多的晶粒参与衍射,才能得到准确、可靠的测试结果。增加参与衍射晶粒数目的方法有增大准直管直径法和摇摆法。准直管直径的大小决定了射出的X射线数量,增大准直管直径可以直接增大X射线照射在材料表面的面积。摇摆法是在探测器接收衍射信号的过程中,使X射线管和探测器在试样表面法线与应力测试方向所构成的psi平面内左右摇摆一定的角度,获得的衍射峰形是在摆动范围内的各个角度下获得衍射峰线性叠加的结果。

衍射峰曲线是由材料表面参与衍射的晶粒累加而成。细晶材料的晶粒尺寸较小,在测试面积相同的条件下,参加衍射的晶粒较多,衍射峰峰形饱满完整且对称性好,从而使其测试结果的线性偏差较小。较大晶粒材料在测试面积相同的条件下,参与衍射的晶粒较少,衍射晶面法线在空间不呈连续分布,无法得到挑高饱满的衍射峰峰形,对定峰的准确性有一定影响,从而影响数据拟合的准确性。

准直管直径和摆动角度对无应力粉末及细晶材料的残余应力测试结果影响不大,对较大晶粒材料的残余应力测试结果影响较大;增大准直管直径和采用摆动法可以增加参与衍射的晶粒数量,提高衍射峰的强度,有利于拟合计算;采用较大的准直管直径并增大摆动角度,可以改善较大晶粒材料衍射峰峰形及对称性,提高残余应力测试结果的准确性。



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