Page 32 - 理化检验-物理分册2023年第七期

黄丹蓝, 等: 准直管直径和摆动角度对残余应力测试结果的影响

均晶粒度等级为5.5级的较大晶粒面心立方材料进 每个点测试10次, 测试结果如表1所示。 3种材料
行残余应力测试。根据材料的晶体结构及晶面的多 的残余应力测试结果随准直管直径的变化情况如图
重性因素 [ 6 ] , X 射线靶材选用 Mn靶, 测量方法采用 1所示。由表1及图1可知: 当准直管直径不同时,
侧倾固定衍射晶面方位角 ψ 加摆动法, 定峰方法采 无应力粉末的残余应力测试结果波动较小, 且线性

用交相关法。测试晶面为( 311 ) 晶面, 角选用0° , 偏差小于10MPa , 标准差为 4.5MPa ; 当准直管直
ψ
15.5° , 22.2° , 27.6° , 32.3° , 36.7° , 40.9° , 45° 共 8 个方 径 不 同 时, 细 晶 材 料 的 残 余 应 力 测 试 结 果 为

位角。 185MPa~230MPa , 线性偏差小于 15 MPa , 标准

差为4.3MPa ; 当准直管直径不同时, 较大晶粒材料
2 试验结果与讨论
的残余应力测试结果波动较大, 标准差为5.1MPa ,
2.1 准直管直径对测试结果的影响 当准直管直径为2mm 时, 线性偏差为170MPa , 当

分别采用直径为2 , 3 , 4mm 的准直管对无应力 准直管直径为4mm 时, 随着参与衍射的晶粒变多,

粉末、 细晶材料、 较大晶粒材料进行残余应力测试, 数据离散程度变轻, 线性偏差为107MPa 。
表1 不同准直管直径下材料的残余应力测试结果

准直管直径为2mm 准直管直径为3mm 准直管直径为4mm
材料类型 平均值 / 标准差 / 线性偏 半高宽 / 平均值 / 标准差 / 线性偏 半高宽 / 平均值 / 标准差 / 线性偏 半高宽 /
MPa MPa 差 / MPa ( ° ) MPa MPa 差 / MPa ( ° ) MPa MPa 差 / MPa ( ° )
无应力粉末 0.95 4.5 5.7 1.81 -6.4 2.5 9.5 1.96 -2.6 3.4 7.9 2.09
细晶材料 231.0 4.3 11.1 3.56 202.5 4.7 6.8 3.67 185.5 4.2 5.9 3.75
较大晶粒材料 -51.3 5.1 170.5 1.56 -152.0 3.6 101.5 2.04 -69.3 3.9 107.1 1.96

由此可见, 增大准直管直径可以使参与衍射的
晶粒数目变多, 从而使衍射峰峰形更为饱满。准直
管直径的变化对无应力粉末和细晶材料的残余应力
测试结果影响较小, 对较大晶粒材料的残余应力测
试结果影响较大, 增大准直管直径可以降低测试结
果的线性偏差。
2.2 摆动角度对测试结果的影响
无应力粉末和细晶材料的晶粒尺寸较小, 在准
直管直径较小的情况下, 仍有足够多的晶粒参与衍
图1 3种材料的残余应力测试结果随准直管直径的变化情况
射, 而较大晶粒材料参与衍射的晶粒较少。在准直
衍射峰曲线是由材料表面参与衍射的晶粒累加 管直径较大时, 较大晶粒材料的残余应力测试结果
而成。细晶材料的晶粒尺寸较小, 在测试面积相同 的线性偏差仍然很大, 可以采用摆动法来进一步增
的条件下, 参加衍射的晶粒较多, 衍射峰峰形饱满完 加参与衍射的晶粒数目, 以降低其测试结果的线性
整且对称性好, 从而使其测试结果的线性偏差较小。 偏差。
较大晶粒材料在测试面积相同的条件下, 参与衍射 在准直管直径为2 , 3 , 4mm 的条件下, 对摆动

的晶粒较少, 衍射晶面法线在空间不呈连续分布, 无 角度为0° , 3° , 5° 的无应力粉末、 细晶材料、 较大晶粒
法得到挑高饱满的衍射峰峰形, 对定峰的准确性有 材料进行残余应力测试, 每个点测试10次, 测试结
一定影响, 从而影响数据拟合的准确性。 果如表2~4所示。 3种材料的残余应力测试结果
增大准直管直径可以使参与衍射的晶粒数目变 随摆动角度的变化情况如图2所示。由表2~4及
多, 进而增大入射 X 光线的发散度, 在测试面积内, 图2可知: 当摆动角度不同时, 无应力粉末的残余应
不同的晶粒衍射峰位会有不同的偏移量, 在增大测 力测试结果波动较小, 线性偏差小于10MPa , 标准

试面积后, 更多晶粒的衍射峰参与叠加, 从而造成总 差小于5MPa ; 当摆动角度不同时, 细晶材料的残余

衍射峰的宽度变大。在3种材料的应力测试中, 半 应力测试结果为185MPa~250MPa , 随着摆动角
高宽均随着准直管直径的增大而增大。 度逐渐变大, 参与衍射的晶粒数目增多, 残余应力的
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