Способ рентгенодифрактометрического определения напряженного состояния поверхностных зон изделий или образцов из кристаллических или частично кристаллических материалов

 

Изобретение относится к рбласти рентгеноструктурных 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 определение 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 23/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0ii +RZ

- е — э п д+ е

2 2 (21) 4725441/25 (22) 26.07,89 (46) 07.08.93. Бюл. ЬЬ 29 (71).Институт машиноведения им. А.А.Благонравова и Институт механики АН ГДР (72) Кемпфе Берндт, Бремер Клаус, Брехбюль Янс (DD), B.Ï.Åôaíîâ (SU), Кертель

Гюнтер, Вундерлих Улрикс и Ценкер Ролф (DD) (56) Патент ГДР М 259919, кл. G 01 N 23/20, 1985.

ОоПе Н., Hank Ч. Rontgenographische

Spannungsermlttlung fur Elgenspannungssysteme allgemelne Orlentlerung НТМ 31 (1976) 3, с.165 — 168, (54) СПОСОБ РЕНТГЕНОДИФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ

ЗОН ИЗДЕЛИЙ ИЛИ ОБРАЗЦОВ ИЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ИЛИ ЧАСТИЧНО КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к рбласти рентгеноструктурных исследований материалов, а более конкретно — к способам определеИзобретение относится к области рентгеноструктурных 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 кристал„„. Ж„„1832189 А1 ния напряжений в поверхностных зонах иэделий 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 определение 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 или на четыре, и по определенной величине на основе уравнений линейной те ории 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. лографических 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 Р измеренных при заданных углах поворота углов отражения и определении суммы нормальных напряжений {0/1 + 022) из выражения

1832189 где Ъ вЂ” угол отражения от ненапряженного материала иэделия или образца, ф — угол наклона, е1 и ez — известные рентгенографические постоянные упругости материала изделия или образца.

При этом, при неизвестности мо производят определение средних арифметических величин углов отражения Йф и мф при двух постоянных углах наклона ф и Q сумму нормальных напряжений определяют из выражения — ctg (— (Й/г + )) { — иф) он +o)z

1 1 г

2 2 — яг . — (sin ф — sin ф) 15

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 СоКа1 и дифракции на 30 кристаллографических плоскостях (420) на образце, не имеющем собственных напряжений, определяют величину угла отражения vp - 77, 837О.

Затем образец подвергают механиче- 35 скому усталостному нагружению (одноосной нагрузке 300-ми циклами растяжение-сжатие при постоянной амплитуде пластической деформации е Р - 1,5х10 и разгрузке после максимального растяже- 40 ния), вследствие чего возникают собственные напряжения. В соответствии с изобретением, сумму нормальных напряжений в плоскости поверхности (П11 + очаг) определяют следующим образом. 45

Образец из обычного положения симметричного отражения наклоняли на угол ф- 60 и измеряли углы отражения vпод заданными углами поворота при использовании излучения Cull и отражения от пло- 50 скостей (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 состав- 55 ляют р> - Оо, p> + 120 уъ+ 240О. На измеренных при этих углах поворота величин углов отражения формируют среднюю арифметическую величину =(pp+ p, + 1го +йр, +г4о )/3 (1)

Эта величина v- 77,844О. Величина угла отражения 1 связана со средней величиной деформации кристаллической решетки

7 соотношением

-стц vp(v-vp) =Е. (2)

Сумму нормальных напряжений (п + юг) теперь можно определить из известного уравнения линейной теории упругости 1+юг 1 1 (3) — яг — sin ф+ei г

2 2 где а1 и ez — рентгенографические постоянные упругости, соответственно равные для никеля а1 - -1,48 10 мм /Н и @= 13,22 10 мм2/Н (4). Для описанного случая величина (cr>i + о г) - -26,4 Н/мм .

Во втором случае использован начальный угол поворота ро - 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/мм .

В третьем случае использован начальный угол поворота ро - 30 при делении полного круга на четыре, т.е. измеряли углы отражения при углах поворота ро - 30О, p) + 90О, pp+ 180О, ро + 270О. Средняя арифметическая величина v - 77,844О, и сумма нормальных напряжений составляет

-26,4 Н/мм .

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

Н/мм .

Таким образом, имеет место хорошее совпадение получаемых результатов.

Пример осуществления 2.

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

Первый измерительный цикл можно реализовать соответственно первому случаю первого примера ос щдствления, т.е. при угле наклона p> - 60 и измерении угла отражения при углах поворота <р, -0, рь+

+120, + + 240 . При этом определяют первую среднюю арифметическую величину

7 угла отражения и соответствующую ей среднюю величину деформации кристаллической решетки А, выражают в виде

1832189 деформации кристаллической решетки

Е 2 - ctg Vо—

O11+ m2 — Е2 — 31п ф+Е1

1,1

2 2 где vp — угол отражения от ненапряженного материала образца или изделия; ф- угол наклона; е1 и е2 — известные рентгенографические постоянные упругости материала изделия или образца. — С1Д - - @ 1 (5) Составитель В.Тихонов

Техред М,Моргентал Корректор M.Àíäðóøåíêî

Редактор

Заказ 2607 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 еф1 =ctg - @ vo сщ - зу, (4) В выражении (4) неизвестный угол 1Ъ отражения в аргументе котангенса с хорошим приближением заменяется на среднюю арифметическую величину мф1, 1 ф средних углов отражения, определенных в обоих измерительных циклах.

Во втором измерительном цикле угол наклона ф - 30, а измерения углов отражения производятся при аналогичных условиях. При этом определяют вторую среднюю арифметическую величину уг15 ла отражения, из которой формируют выражение для второй величины средней„

Путем формирования разности (4) и (5) 25 получают

11+022 = — ez — (sin apl — з!п tpz)

1 .1 г

2 2 — àÖ ((+1 + йД)) (У1 - М)

° (6) f2 . (sln2ф — sin Q)

8 предпочтительном варианте исполнения способа формирование средней вели- 35 чины 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. 40

Формула изобретения

1. Способ рентгенодифрактометрического определения напряженного состояния поверхностных эон иэделий или образцов иэ кристаллических или частично кристаллических материалов, заключающийся в измерении угла отражения от выбранной системы кристаллографических

nJlocKocT8A при заданном угле наклона Iw нескольких углах поворота вокруг оси, нормальной к поверхности в исследуемой точке образца, и определении суммы нормальных напряжений, о тл и ч а ю щи и с я тем., что, с целью повышения точности при исследовании изделий или образцов с сильно иска жен ной или крупнозернистой структурой поверхностно о 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 Ризмеренных при заданных углах поворота углов отражения и сумму нормальных напряжений (F11 + а22) определяют иэ выражения

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при неизвестном vp производят определение средних арифметических углов отражения и юф при двух постоянных углах наклона ф и ф и сумму нормальных напряжений определяют из выражения сна Ьг (ф1 + ф2)) (1ф 1ф)

0» +%2 — — (з!и ф — sin ф)

1 .1

2 2

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс 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.