Способ рентгенодифрактометрического определения напряженного состояния поверхностных зон изделий или образцов из кристаллических или частично кристаллических материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к области рент- гекоструктурных исследований материалов, а более конкретно - к способам определения напряжений в поверхностных зонах изделий или образцов из кристаллических или частично кристаллических материалов.

Цель изобретения - повышение точности при исследовании изделий или образцов с сильно искаженной или крупнозернистой структурой поверхностного слоя и упрощение реализации.

Способ заключается в измерении угла отражения от выбранной системы кристаллографических плоскостей при заданном угле наклона и нескольких углах поворота, причем углы поворота задают путем деления полного круга углов поворота на целое число, не меньшее трех, формировании средней арифметической величины V измеренных при заданных углах поворота углов отражения и определении суммы нормальных напряжений (7ц +022) из выражения

ац+022 -«Д (-)

00 CJ

ю

00 Ч

75- Ј2 7J-Sin2 + Јi

где v0 - угол отражения от ненапряженного материала изделия или образца, V Угол наклона, ei и EZ - известные рентгенографические постоянные упругости материала изделия или образца.

При этом, при неизвестности V0 производят определение, средних арифметических величин углов отражения и v при двух постоянных углах наклона Vi и V сумму нормальных напряжений определяют из выражения

-ctg i ( + v#z) (iVi -) an + 022

1

1

Ј2 Ј ( - Slf/Va)

Кроме того, формирование средней величины угла отражения производят путем измерения в режиме интегрирования при всех заданных углах поворота и при полном обороте изделия или образца.

Пример осуществления 1.

Исследованию подвергали поликристалл никеля с крупнозернистой структурой, в которой средняя величина зерен, определенная металлографическим методом, составляет 22 мкм.

С помощью дифрактометра с детектором в виде счетчика при использовании излучения CuKai и дифракции на кристаллографических плоскостях (420) на образце, не имеющем собственных напряжений, определяют величину угла отражения v0 77,837°.

Затем образец подвергают механическому усталостному нагружению (одноосной нагрузке 300-ми циклами растяжение-сжатие при постоянной амплитуде пластической деформации Еа р 1, и разгрузке после максимального растяжения), вследствие чего возникают собственные напряжения. В соответствии с изобретением, сумму нормальных напряжений в плоскости поверхности (стц +022) определяют следующим образом.

Образец из обычного положения симметричного отражения наклоняли на угол ip 60° и измеряли углы отражения v под заданными углами поворота при использовании излучения Си Кои и отражения от плоскостей (420).

Эти заданные углы поворота получают путем деления полного круга угла поворота (р на три или четыре части. Для случая деления на три заданные углы поворота составляют ро - 0°, ро + 120° ро+240°. На измеренных при этих углах поворота величин углов отражения формируют среднюю арифметическую величину

V ( + Vifo + 120° + Wpo + 240°)/3 (1)

Эта величина v- 77,844°. Величина угла отражения связана со средней величи- ной деформации кристаллической решетки Т соотношением

-ctg v0(v-v0)e.(2)

Сумму нормальных напряжений (an +022) теперь можно определить из из- вестного уравнения линейной теории упругости

С711+022 -;т- --, (3)

Ј2 Јsln2V + ei

где Јi и Ј2 - рентгенографические постоянные упругости, соответственно равные для никеля Јi -1,48 10 6мм2/Ни Ј2 13,22 мм2/Н (4). Для описанного случая величина (an + сиг) -26,4 Н/мм2.

Во втором случае использован начальный угол поворота fo - 60° при том же делении полного круга углов поворота. Средняя арифметическая величина угла отражения, определенная для этого случая,

составляет 77,845°, а искомая сумма нормальных напряжений равна -30,1 Н/мм2.

В третьем случае использован начальный угол поворота уь - 30° при делении полного круга на четыре, т.е. измеряли углы

отражения при углах поворота ро - 30°, ро + 90°, р0 + 180°, фо + 270°. Средняя арифметическая величина v - 77,844°, и сумма нормальных напряжений составляет -26,4 Н/мм2.

В четвертом случае начальный угол поворота р0 45° при делении полного круга на четыре. Средняя арифметическая величина угла отражений составляет 77,844°, а сумма нормальных напряжений -26,4

Н/мм2.

Таким образом, имеет место хорошее совпадение получаемых результатов. Пример осуществления 2.

В том случае, когда не известен угол отражения V0 для ненапряженного состояния, сумму нормальных напряжений определяют за два измерительных цикла.

Первый измерительный цикл можно реализовать соответственно первому случаю первого примера осуществления, т.е. при угле наклона р - 60 и измерении угла отражения при углах поворота - 0°, фо +

+120°, ро + 240°. При этом определяют первую среднюю арифметическую величину угла отражения и соответствующую ей среднюю величину деформации кристаллической решетки Ј1, выражают в виде

eft

/И ctg lfyi-v#z

/vi + M/M - Vo ctg I У 2 У I vy,

(4)

В выражении (4) неизвестный угол V0 отражения в аргументе котангенса с хорошим приближением заменяется на среднюю арифметическую величину ,vft средних углов отражения, определенных в обоих измерительных циклах.

Во втором измерительном цикле угол наклона ft - 30°, а измерения углов отражения производятся при аналогичных условиях. При этом определяют вторую среднюю арифметическую величину vfa угла отражения, из которой формируют выражение для второй величины средней деформации кристаллической решетки fafa + УФ2

eft ctg I 2 1 v0 -ctg

frfr +Уфз ( 2 )

Ґ.

СГ11 +022

J Ј2 (Sin2 ft Sin2 ft)

- ctg 3 (yft +vtfaft (vft )

E2 т (Sin2 ft Sin2 ft)

(6)

Путем формирования разности (4) и (5) получают

В предпочтительном варианте исполнения способа формирование средней величины угла отражения производят путем измерения в режиме интегрирования при всех углах поворота, причем изделие или образец совершает во время измерения угла отражения непрерывный полный оборот. Формула изобретения 1. Способ рентгенодифрэктометриче- ского определения напряженного состояния поверхностных зон изделий или образцов из кристаллических или частично кристаллических материалов, заключаю

10

15

20

25

30

35

40

45

щийся в измерении угла отражения от выбранной системы кристаллографических плоскостей при заданном угле наклона и нескольких углах поворота вокруг оси, нормальной к поверхности в исследуемой точке образца, и определении суммы нормальных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при исследовании изделий или образцов с сильно искаженной или крупнозернистой структурой поверхностного слоя и упрощения реализации, углы отражения измеряют не менее чем при трех углах поворота, равномерно распределенных по полному кругу углов поворота, формируют среднюю арифметическую величину измеренных при заданных углах поворота углов отражения и сумму нормальных напряжений (7ц +052) определяют из выражения

011+С8а--с {у- - . TJ E2 - - sin2 V + ei

ь&

где v0 - угол отражения от ненапряженного материала образца или изделия;

ip- угол наклона;

EI и Ј2 - известные рентгенографические постоянные упругости материала изделия или образца.

2.Способ по (1.1,отличающийся тем, что при неизвестном VQ производят определение средних арифметических углов отражения и Щ% ПРИ ДВУХ постоянных углах наклона ft и ft и сумму нормальных напряжений определяют из выражения

- ctg (yft +vft) (yft )

jЈ2 If (sin2 ft - sin2 ft)

3.Способ по пп.1 и 2, отличающий- c я тем, что формирование средней величины угла отражения производят путем измерения в режиме интегрирования при всех заданных углах поворота и при полном обороте изделия или образца.

oit +022

Изобретение относится к рбласти рент- геноструктурных исследований материалов, а более конкретно - к способам определения напряжений в поверхностных зонах изделий или образцов из кристаллических или частично кристаллических материалов. Цель изобретения - повышение точности при исследовании изделий или образцов с сильно искаженной или крупнозернистой структурой поверхностного слоя и упрощение реализации. Для этого производят оп- ределение средней арифметической величины угла отражения при фиксированном угле наклона для нескольких углов поворота изделия или образца, полученных путем деления полного круга углов поворота на целое число, не меньшее трех, например на три иди на четыре, и по определенной величине на основе уравнений линейной теории упругости рассчитывают сумму нормальных напряжений в плоскости поверхности изделия или образца. В случае неизвестности величины угла отражения для ненапряженного состояния материала изделия или образца осуществляют два цикла измерений при различных углах наклона изделия или образца. 2 з.п. ф-лы.