一种利用X射线测量含织构材料残余应力的方法技术

一种利用X射线测量含织构材料残余应力的方法，涉及一种无损检测方法。钢铁、铜、铝等板带材在加工完成后，表面会产生较大的残余应力。由于织构的存在，导致经典的应力分析中间失去线性关系，使采用X射线测应力法的工作变得十分困难。本发明专利技术针对含强织构的板带材工件，首先测试工件的织构类型和体积百分比，然后测量对应取向下的杨氏模量和晶格畸变，再利用d

【技术实现步骤摘要】
一种利用X射线测量含织构材料残余应力的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用X射线衍射测量含织构材料残余应力的方法，适用于存在强织构的板带材工件，属于无损检测


技术介绍

[0002]金属板带材(钢铁、铜、铝和镁合金等)在经过锻造、冲压、轧制和焊接等加工后，由于不均匀的塑性变形、加热温度不均匀及不同相之间热膨胀量存在差异等原因，造成成品工件中存在较大的残余应力。使其在后续的机械加工过程难度增大或工件报废。另外，由于残余应力的存在，也大大缩短工件的使用寿命，增加了重大工程项目危险系数。消除工件残余应力的工作变得越发急迫和重要。要想消除残余应力的影响，首先要对于工件的应力进行精准、快速测量。目前，材料或工件的残余应力检测理论、工艺和技术手段等工作，发展还不够完善，急需新的理论和方法进行补充扩展。
[0003]目前，残余应力检测运用最重要及广泛的一种方法为无损检测。在工件的应力无损检测技术中，最普遍使用的是X射线衍射法。但目前通常的X射线衍射法只能无损测量无织构或弱织构的工件，存在强织构材料只能在实验室里通过全谱图进行复杂的计算。
[0004]专利技术专利CN105021331A介绍了一种基于X射线衍射全谱的残余应力测试方法，此方法较为精确；但该方法只推导了各向同性(无织构)材料的计算公式，且计算方法过于复杂。专利技术专利CN104502385A介绍了一种短波长X射线衍射的应力无损检测方法，该方法既可以测得材料表面的残余应力，也可以测得材料内部的残余应力；但该方法只适合织构不强的多晶体板状材料。上海交通大学的刘毓舒在《织构材料残余应力的ODF分析》一文中，基于织构ODF分析法，综述了一种适于含织构材料应力分析的数学方法；但这种ODF分析法太过繁琐，只适合实验室条件下测量，大大限制了它的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是通过分析织构对应力影响的特征，提供一种利用X射线测量含强织构材料残余应力的方法，该方法可以简便的测出强织构材料的残余应力。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种利用X射线测量含织构材料残余应力的方法，其特征在基于织构取向对应力的影响规律，操作和分析步骤如下：
[0008]1)首先利用X射线测定工件的织构类型和体积百分比含量，绘制(hkl)晶面的织构极图，比如(311)晶面织构极图；
[0009]2)测应力时，选择测试的衍射晶面为(hkl)，要与(hkl)晶面织构极图相对应，即如果工件选择(311)晶面织构极图进行分析，那么测应力的衍射晶面同样也要为(311)晶面；
[0010]3)在(hkl)晶面极图，某强织构取向所对应的角方向上，测出d
ψ-sin2ψ关系曲线，根据其较窄的线性关系，计算对应织构取向所对应角的点阵畸变常数d，并测量其对应织构取向下的杨氏模量E；
[0011]4)进一步定义并计算具有加权意义的杨氏模量和点阵畸变常数；
[0012][0013]其中，δ
i
是样品中对应某一特定i织构的体积分数，χ
i
是样品中对应某一特定i织构的杨氏模量或点阵畸变常数。当i＝0时，δ0表示样品中无明显取向部分的晶体体积分数，χ0表示样品中无明显取向部分的晶体杨氏模量或点阵畸变。为具有加权意义的杨氏模量或点阵畸变。
[0014]5)再则根据胡克定律，定义具有加权意义的斜率为：
[0015][0016]其中,K
′
uvw
和ε
uvw
分别表示样品在<uvw>晶向上的斜率和点阵畸变，<uvw>晶向表示为与RD(轧向)方向呈角上的织构取向。
[0017]6)进一步定义出具有加权平均意义，并与RD(轧向)方向呈角的残余应力计算公式：
[0018][0019]7)最终计算工件表面的二维残余应力值。
[0020]进一步的，其特征在于，为了减小实验误差，使窄的线性区域有足够多的数据点，倾斜角(Ψ)的间隔选择要求足够小，取1
°
或2
°
的正整数。
[0021]本专利技术原理是基于织构和衍射强度及残余应力间的关系特征，通过织构对衍射强度的影响，剥离出强织构材料(多晶金属钢铁、铜、铝、镁、钛等合金的板材、带材和棒材)中d
ψ-sin2ψ的线性区域，再通过定义加权杨氏模量和加权晶格畸变的方式，推导出具有加权意义的斜率最终求出具有加权意义的残余应力。
[0022]本专利技术为存在强织构材料的残余应力测量，提供一种简便的测量和计算理论，使强织构材料的残余应力能在工业上得到快速、简便操作测量成为可能。该方法免除了费工费时的无应力标样的制备，避免了复杂的多晶织构全谱图的计算过程，提高了效率和降低了误差，方便于高校、研究院和企业使用。另外，多晶织构材料工件的残余应力得到准确快捷的测量，可为重大工程应用中残余应力的控制和消除提供了帮助，提高工件的使用寿命。
附图说明
[0023]图1为含强织构材料的d
ψ-sin2ψ线性关系图。
[0024]图2为工件中残余应力的测量示意图。
[0025]图3为铜合金强织构材料的(311)晶面极图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于
所述内容。
[0027]实施例1
[0028]所测试样为经过冷轧大变形后含强织构的铜合金带材，其长度为100mm，其宽度为60mm，其厚度为0.5mm，工件表面预制了压应力场以提高耐疲劳性能。测试步骤与方法如下：
[0029]1)首先利用X射线测定工件的织构类型主要有B{011}<211>、C{211}<111>和R{124}<211>，其体积含量分别占有42.6％、32.1％和13.8％，绘制出了(311)晶面极图(图3)；
[0030]2)测应力时，选择测试的衍射晶面为(311)，并且倾斜角(Ψ)选择：在Ψ＝0
°-
90
°
范围内，间隔取1
°
；
[0031]3)如图3所示，在(311)晶面极图上，与RD呈39
°
方向测得d
ψ-sin2ψ的关系曲线，ψ为42
°
上存在C{211}<111>织构，在ψ＝42
°
附近曲线呈线性，测量并计算出样品中C{211}<111>织构的点阵畸变常数d＝1.644
×
10-3
，杨氏模量E＝165GPa；
[0032]4)进一步计算出具有加权意义的杨氏模量和点阵畸变常数；
[0033][0034]其中，δ
i
是样品中对应某一特定i织构的体积分数，χ
i<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用X射线测量含织构材料残余应力的方法，其特征在于，包括步骤如下：1)首先利用X射线测定工件的织构类型和体积百分比含量，绘制(hkl)晶面的织构极图；2)测应力时，选择测试的衍射晶面为(hkl)，要与(hkl)晶面织构极图相对应；3)在(hkl)晶面极图，某强织构取向所对应的角方向上，测出d
ψ-sin2ψ关系曲线，根据其较窄的线性关系，计算对应织构取向所对应角的点阵畸变常数，并测量对应织构取向下的杨氏模量；4)定义并计算具有加权意义的杨氏模量和点阵畸变常数；5)则根据胡克定律，定义具有加权意义的斜率6)进一步定义出具有加权平均意义，并与RD(轧向)方向呈角的残余应力7)最终得出工件表面的残余应力。2.根据权利要求1所述的一种利用X射线测量含织构材料残余应力的方法，其特征在于，步骤4)所述杨氏模量和点阵畸变常数计算公式为:其中，δ
i
是样品中对应某一特定i织构的体积分数，χ
i
是样品中对应某一特定i织构的杨...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈银莉，韦贺，王丽丽，余伟，苏岚，唐荻，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：