上海交通大学：《材料组织结构表征》课程教学资源（课件讲义）x射线内应力分析

七、X射线应力分析 ·应力-应变的基本特征 ·宏观应力 ·微观应变/应力 1

七、X射线应力分析 • 应力-应变的基本特征 • 宏观应力 • 微观应变/应力 1

残余应力 当产生应力的各种因素不存在时，（如 外力去除、温度已均匀、相变结束等)， 由于不均匀的塑性变形（包括由温度及 相变等引起的不均匀体积变化)致使材 料内部依然存在并且自身保持平衡的弹 性应力，又称内应力。 残余应力的起因和种类：生长应力；表 面应力；焊接应力；相变应力

残余应力 当产生应力的各种因素不存在时,(如 外力去除、温度已均匀、相变结束等)， 由于不均匀的塑性变形（包括由温度及 相变等引起的不均匀体积变化）致使材 料内部依然存在并且自身保持平衡的弹 性应力，又称内应力。 残余应力的起因和种类：生长应力;表 面应力;焊接应力;相变应力

残余应力的影响： ·残余应力的存在会对材料的疲劳强度、 尺寸稳定性造成不利影响； 0 在某些情况下，材料表面的压应力会提 高表面的疲劳强度

残余应力的影响： • 残余应力的存在会对材料的疲劳强度、 尺寸稳定性造成不利影响； • 在某些情况下，材料表面的压应力会提 高表面的疲劳强度

内应力的分类 第类应力，应力 的平衡范围为宏观 尺寸 。 第川类内应力，应 力的平衡范围为晶 粒尺寸 第川类应力，应力 的平衡范围为单位 晶胞 晶界 内应力分类的示意图

内应力的分类 • 第I类应力，应力 的平衡范围为宏观 尺寸 • 第II类内应力，应 力的平衡范围为晶 粒尺寸 • 第III类应力，应力 的平衡范围为单位 晶胞 4

第类内应力：属于宏观应力，在X射线辐照 区域内，各小晶粒所承受的内应力差别不大， 但不同取向晶粒中同族晶面间距存在一定差 异。 =0° =45° 180°-2 射 衍射 拉应力 同族 晶面 晶面间距d大 晶面间距d小 工二 拉应力 衍射角2B小 衍射角26大

• 第I类内应力：属于宏观应力，在X射线辐照 区域内，各小晶粒所承受的内应力差别不大， 但不同取向晶粒中同族晶面间距存在一定差 异

材料中宏观应力越大，不同方位同族 晶面间距或衍射角差异越明显，此为测 量宏观应力的理论基础。 =0° =45° 180°-2 射 衍射 拉应力 同族 晶面 晶面间距d大 晶面间距d小 二 拉应力 衍射角2B小 衍射角26大

材料中宏观应力越大，不同方位同族 晶面间距或衍射角差异越明显，此为测 量宏观应力的理论基础

均匀应变对衍射峰的影响 No lattice strain d Uniform lattice strain 精确测定峰位 7

均匀应变对衍射峰的影响 精确测定峰位 7

第II类内应力： 是一种微观应力，其作用与平衡范围 为晶粒尺寸数量级。在X射线的辐照区域 内，有的晶粒受拉应力，有的受压应力。 各晶粒的同族晶面具有一系列不同的晶 面间距。即使取向完全相同的晶粒，其 同族晶面的间距也不同。 同族 晶面 受压 受拉 受压 受拉

第Ⅱ类内应力： 是一种微观应力，其作用与平衡范围 为晶粒尺寸数量级。在X射线的辐照区域 内，有的晶粒受拉应力，有的受压应力。 各晶粒的同族晶面具有一系列不同的晶 面间距。即使取向完全相同的晶粒，其 同族晶面的间距也不同

各晶粒的同族(k0晶面具有一系列不同的晶 面间距dhk士△d值。 因此，在材料X射线衍射信息中，不同晶粒对 应的同族晶面衍射谱线位置将彼此有所偏移。 同族 晶面 受压 受拉 受压 受拉 d小 d大 d小 d小大

各晶粒衍射线将合成一个在20M士△20范围 内的宽化衍射谱线，如图所示。 材料中第Ⅱ类内应力（应变）越大，则X射线衍 射谱线的宽度越大，据此来测量这类应力（应变） 的大小