22、X射线应力测定的sinΨ法
根据X射线应力测定基本方程式(15)
εJφ,ψ=(1/2)S2·σφ·sin2Ψ+ S1(σ1+σ2)
(16)
由于主应力之和(σ1+σ2)是应力不变量,所以上式的第二项为常量。上式表明,在平径角φ一定的任意截面内不同Ψ角方向的晶格应变εJφ,ψ与方位角Ψ的正弦平方(即sin2Ψ)线性相关。
若以测得的εJφ,ψ为纵坐标变量,以sin2Ψ为横坐标作图可得一条相关直线。
2、X射线应力测定的sin2Ψ法sin?2法测定应力的示意图mφ = εJφ,ψ/ sin2Ψ=(1/2)S2·σφ 即σφ= mφ/(1/2)S2=[1/(1/2)S2] (εJφ,ψ/ sin2Ψ)式(18)就是X射线应力测定中sin2Ψ法的基础。(17)(18)由于X射线衍射仪一般测得的是衍射角2θ,因此晶格应变的表达式(8)可改写为εJφ,ψ=-(1/2)cotθ。(2θφ,ψ-2θ。)(19)
代入式(18)可得
σφ=[1/(1/2)S2] (εJφ,ψ/ sin2Ψ)
={[1/(1/2)S2]·(-1/2)cotθ。} (2θφ,ψ/ sin2Ψ)(20)又由于X射线衍射仪测量出来的衍射角2θ往往用度为单位,在计算应力值时需换算成
弧度,故又得
σφ={[1/(1/2)S2]·(-1/2)cotθ。·(π/180)} (2θφ,ψ/ sin2Ψ)=K·M(21)其中
K=[1/(1/2)S2](-1/2)cotθ。(π/180)(22)K称为X射线应力常数,其单位为MPa/度。
M= 2θφ,ψ/ sin2Ψ (23)M是在不同Ψ方向测定的衍射线角位置2θφ,ψ与sin2Ψ直线关系的斜率。
如果知道了X射线应力常数K,又在-45°≤Ψ ≤+45°范围选择若干个Ψ方向测量衍射线角位置2θφ,ψ,作出2θφ,ψ与sin2Ψ之间的相关直线,并求出斜率M,就可以计算出σφ值。使用sin2Ψ法的前提条件是被X射线照射的材料表面区域处于平面应力状态,大多数情况下的实际测定对象是符合这个假定的。
3、X射线弹性常数
在X射线应力测定基本方程式(15)中包含了Voigt弹性常数(1/2)S2
和S1,它们是根据式(12)、(13)由宏观弹性模量E和泊桑比ν计算而得。E和ν适用于各向同性材料的应力应变关系。
由于X射线衍射的选择性,X射线衍射法测得的是某一晶体学方向的弹性应变。此时晶体的弹性各向异性将表现出来,若仍沿用Voigt弹性常数,由X射线衍射法测得的应力值和由弹性力学求得的应力值将不相等。有人做了如下实验,对一个碳钢试样施加420MPa的轴向拉伸应力,同时用Cr靶、K ?线、(211)面进行X射线应力测定,若取E=210×103MPa,ν=0.28 ,求得的应力值为:380MPa 。改用Co靶、K ?线、(310)面进行测定,E、ν仍用上述值,求得的应力值为467MPa。
3、X射线弹性常数
为此,X射线应力测定基本方程(15)中必须代之以所谓X射线弹性常数(1/2)S2(hkl)
和S1 (hkl),(hkl)为产生衍射的晶面的面指数。与此相应X射线应力常数表达式(22)应改写为
K=[(1/2)S2(hkl)]·(-1/2)cotθ。·(π/180)(24)X射线弹性常数(及X射线应力常数)考虑了晶体弹性各向异性对测试结果的影响,在
X射线应力测定中具有很重要的意义。为了获得它,可通过实验标定或理论计算两种途径获得。
对于经常测定的铁基材料,若采用Cr靶的K?线,衍射晶面选用(211)面,则X射线应力常数K的值为-318MPa/度。其它材料的X射线弹性常数和X射线应力常数可查阅有关文献。