X射线衍射计算残余应力

 X射线衍射计算残余应力 

这里所说的残余应力也称为宏观应力。残余应力存在于宏观的尺度上，它与微观应力相对应。20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。后来日本成功设计出的X射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展作了巨大贡献。1961年德国的E.Mchearauch提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是zui常用的方法。它利用X射线为入射束，以晶面间距作为残余应变的度量。其基本原理是，当试样中存在残余应力时，晶面间距将发生变化，发生布拉格衍射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且移动距离的大小与应力大小相关。根据X射线宏观残余应力测试原理，用波长λ的X射线，先后数次以不同的人射角照射到试样上，测出相应的衍射角2θ，求出ψ对sin2ψ的斜率M，便可算出应力σ。在使用衍射仪测量应力时，试样与探测器θ一2θ关系联动，属于固定ψ法。通常ψ=0°、15°、30°、45°测量数次，然后作2θ一sin2ψ的关系直线，zui后按应力表达σ=K·Δ2θ/Δsin2ψ= K·M求出应力值。 

当ψ=0时，与常规使用衍射仪的方法一样，将探测器放在理论算出的衍射角2θ处，此时入射线及衍射线相对于样品表面法线呈对称放射配置。然后使试样与探测器按θ一2θ联动。在2θ处附近扫描得出的HKL衍射线的图谱。 

当ψ≠0时，将衍射仪测角台的θ一2θ联动分开。使样品顺时针转过一个规定的ψ角后，使探测器仍处于0。然后联上θ一2θ联动装置在2θ处附近进行扫描，得出同一条HKL衍射线的图谱。 

1 测量数据 

测量数据时，可以分开测量也可以用一个文件来保存多次测量。前者是用不同的文件来保存各次的测量数据，每个文件对应一个ψ角的测量结果。后者是在设置条件时使用一个文件，多个测量条件的方法，使不同ψ角的测量数据放在一个文件中（Jade6.0以上版本适用）。 

2 读入文件 

如果是使用分开保存的方法，应同时读入各个文件，如果是一个文件，读入文件时，几次测量的衍射线同时显示在窗口中。 

3 进入计算 

选择菜单“Options-Calculate Stress"命令，弹出如下的对话框

4 输入ψ角 

在Psi-Angle下面的各行单击，稍等一会，就出现一个输入框，在每行都输入相应的ψ角。 

5 曲线拟合 

单击“Fit One"或“Fit All"就可以拟合曲线单条曲线或拟合所有的衍射线。 

6 参数设置 

（1）抛物线拟合 

抛物线拟合方法（Parabolic Fit）是一个选择框，如果你选择了该项，Jade以抛物线方法来确定峰位，抛物线拟合的数据点数你要给定。 当衍射峰宽化严重而且没落于背底的情况下，抛物线拟合方法是较好的选择。 

如果没有选择抛物线拟合，Jade就按数据点来拟合曲线。 

（2）选择正确的峰 

在扫描范围内如果只有一个单峰，你单击“Fit All"按钮就能拟合全部的测量数据，但是，如果在扫描范围内有多个峰存在，你就要用光标来确定选择哪个峰作为计算应力的峰。你也可以在拟合列表中用zui小二乘法排除不需要的峰。 

（3）三轴应力 

三轴应力用zui小二乘法按公式来计算应力。 

20)sin(*%)(ψBAddd+=?

式中d0是ψ角=0时的峰位，如果测量三轴残余应力，应使d0值相等，而不是使用各个方向都不相同的测量值。你可以在“d0"前的选择项中选中，并输入一个d0值。测量结果的准确性与测量数据的可靠度有很大的关系。 

（4）误差 

误差的大小可以参考EDS数据。 

（5）双轴应力 

应选择公式XBY*=来计算。其中EStressBν+=1*，ν是样品的泊松比，E是样品的杨氏弹性模量。因此，图中的直线斜率为正是，表示拉应力（tensile stress）存在，斜率为负时，表示压应力（compressive stress）存在。 

（6）LPA修正 

如果选择测量的衍射峰的衍射角非常高，而且峰形非常漫散，会因为洛仑兹-偏振和吸收效应（LPA）而引起峰的偏斜，这时，需要对数据进行“洛仑兹-偏振-吸收"效应修正。 

修正公式为： 

θθψθ22sin)tantan1)(2cos1(?=LPA 

在对话框中，单击“LPA"按钮，在其左上角显示一个“*"符号，表示使用了LPA修正，LPA修正应在拟合之前使用。 

7 结果的打印、复制和保存 

Print——打印结果。 

Ctrl+Print——打印结果同时打印拟合图 

Copy——拟合图发送到剪贴板 

Copy（右击）——拟合数据列表发送到剪贴板 

Save——以图形文件(*.wmf) 格式保存结果图像 

Save（右击）——以文本文件(*.ksi)格式保存结果