Pomiar napr e za pomoc dyfrakcji promieni x i neutron w
Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 67

Pomiar naprężeń za pomocą dyfrakcji promieni X i neutronów PowerPoint PPT Presentation


  • 143 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Pomiar naprężeń za pomocą dyfrakcji promieni X i neutronów. Bolesław AUGUSTYNIAK. Trzy poziomy naprężeń w polikrysztale. s I makroskopowe, długo zasięgowe. s II wewnętrzne – o zasięgu wewnątrz ziarna. s III wewnętrzne – o zasięgu wokół defektów struktury (dyslokacje, wydzielenia).

Download Presentation

Pomiar naprężeń za pomocą dyfrakcji promieni X i neutronów

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Pomiar naprężeń za pomocą dyfrakcji promieni X i neutronów

Bolesław AUGUSTYNIAK


Trzy poziomy naprężeń w polikrysztale

sI makroskopowe, długo zasięgowe

sII wewnętrzne – o zasięgu wewnątrz ziarna

sIII wewnętrzne – o zasięgu wokół defektów struktury (dyslokacje, wydzielenia)


Definicja składowych naprężeń


Istota pomiaru stałej sieciowej i odkształcenia

Warunek Braggów


Istota pomiaru stałej sieciowej 2

Warunek Braggów

W monokrysztale uzyskuje się refleksy odpowiadające różnym odległościomd


Wpływ naprężeń na stałe sieciowe

W monokrysztale bez naprężeń stałe d są takie same....

Efekt działającego naprężenia s jednoosiowego: zmiana stałej sieciowe, zależnie od kierunku działania s

d1 < dO oraz d2 > dO


Oszacowanie przesunięcia piku

  • Uwaga:

  • dla e = 1*10-3 i cot Q =1

  • Q = 1*10-3 -> 0,06o

    o tyle przemieści się maksimum


Naprężenia jednoosiowe

Wartość odkształcenia materiału jest dodatnia dla kierunku równoległego do osi naprężeń i ujemna dla kierunku prostopadłego


Oznaczenia kierunków badania odkształceń

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Pomysł na pomiar e dla różnych ustawień powierzchni próbki względem osi goniometru

Skręca się powierzchnię lub skręca się oś goniometru


Różne położenia goniometru względem powierzchni próbki

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Naprężenia trójosiowe


Widma lamp rentgenowskich

The characteristic radiation: K series of a Cr tube and L series of a W tube

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Widma lamp rentgenowskich 2

The characteristic radiation: K series of a Cr tube and L series of a W tube

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Dyfraktometry - abc

X-ray optics in a powder diffractometer.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Korekta na dublet Ka1 / Ka2

Neglecting the doublet structure of the profiles may lead to uncertainties in the furtherevaluation. This situation may be avoided either by experimental or by subsequent data treatment methods

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Szerokość piku dyfrakcyjnego …zależy od mikrostruktury

Reflection profiles for steels with different carbon contents.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Nakładanie pików w układach wielofazowych

Superposition of reflections in two-phase HPSN

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Metody ocena położenia piku

Comparison of methods used for peak position determination

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Wybór lampy a widmo dyfrakcyjne

Interference lines of Au-powder obtained with different Kal- (closed column) andKbl- (open column) radiations.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Wybór lampy a widmo dyfrakcyjne

Interference lines of Fe obtained with different Kal- (closed column) andKbl- (open column) radiations.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Głębokość penetracji promieniowania X

63% penetration depth versus sin2y; material noted, different radiations and peaks.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Stacjonarne dyfraktometry do pomiarów naprężeń 1

Acentric open Eulerian cradle allowing for both residual stress and texture measurements (Huber 424 - 512.51 )

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Stacjonarne dyfraktometry do pomiarów naprężeń 2

Typical experimental arrangement of residual stress measurements on large

components using Philips ‘PW 3050/10' diffractometer with ceramic

tube and automated slit system.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Stacjonarne dyfraktometry do pomiarów naprężeń 3

Microdiffractometer with area detector, laser pointers and video microscope foradjustment of the measurement spot (Siemens 'PLATTFORM'-diffractometer with

'GADDS'-detector system)

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Wyniki badania


Liniowa funkcja D(sin2y)

TiN-layer-steel composite,

Cu-Ka radiation, {220}, fiber texture <11 l>


Naprężenia po piaskowaniu

The result is s11=1570+12 MPa, s22=-580+ 14 MPa, s33=-150+ 11 MPa

using the strain-stress-free lattice distance Do{ 114} = 0.091227 nm

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Anomalne wykresy D(sin2y)

Curved lines, splitting lines and oscillations

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Anomalie

Different lattice-strain distributions as originating from certain phenomena

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Tekstura po walcowaniu

rolled unalloyed steel, Cr-Ka radiation, {211 },

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Przykłady funkcji


Przykłady funkcji 2


Mikronaprężenia wewnętrzne –> poszerzenie linii dyfrakcyjnych

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Parametry szerokości linii dyfrakcyjnej

FWHM

Determination of the full width at half maximum of peak interference profile.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Korelacja szerokości linii z naprężeniami 1

Depth distributions of residual stresses and half-width values of differently groundSi3N 4 obtained with V Ks-radiation

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Korelacja szerokości linii z naprężeniami 2

Turning of hardened steel, German grade: 100 Cr Mn 6

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Makro i mikro naprężenia po deformacji plastycznej

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


LS i RS przy deformacji plastycznej

LS and RS of plastically elongated specimens of iron, AI-Cu-Mg alloy,copper and nickel,

Up to the elastic limit, the LS evaluated by X-rays correspond (besidesthe difference due to the at-that-time unknown influence of the elastic anisotropy) with thevalues of the specific load and Hooke's law. After passing the yield limit, the stressesdetermined with X-rays are smaller than the mechanical ones, and after unloading RS of opposite sign (compression) remain

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Makro i mikro naprężenia po deformacji plastycznej

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Układy ‘dwu-fazowe’

Phase stresses versus

applied stresses in Fe-Fe3C (C 130 steel)/

Phase stresses versus applied stresses in WC-Co compositions

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Układy ‘dwu-fazowe’ 2

AI and SiC lattice strain response parallel to the applied stress, measured using thethree Bragg's reflections indicated, in a composite sample of 20 vol.% SiC particulate in an AI(2014) matrix. The two solid lines are calculated using Young's moduli of E(AI) = 72 Gpa and E(SiC) = 420 GPa

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Dokładność badań – ‘ślepa próba’

Result of a round-robin test on a ground 100Cr6 steel. Dependences of ten specimens were determined by twelve

institutions; three of them measured two specimens.

The average values of all measurements are:

s11 = -460 + 40(11) MPa,

s22 = -668 + 39(11) MPa,

s13= -58 + 17(4) MPa.


Ograniczenia fizyczne


Problemy


Przykłady problemów


Przykłady problemów 2


Przykłady problemów 3


Przykłady problemów 4


Wykorzystanie 1 – utwardzanie laserowe


Wykorzystanie 2 - piaskowanie


Wykorzystanie 3 - spoina

Upper surface

Bottom surface

sL - równolegle

sT - prostopadle


Wykorzystanie 3 - spoina

Upper surface

Bottom surface

sL - równolegle

sT - prostopadle


http://www.stresstech.fi/content/en/11501/103/103.html

Aparatura

XSTRESS 3000 is a small, lightweight, accurate and safe X-ray diffractometer for measuring residual stresses and retained austenite contents.


Goniometr


X3000 w laboratorium


Kalibracja...


Specyfikacja techniczna Xstress 3000


Podsumowanie XRD

  • Zalety

  • - technika uznawana za wzorcową w dla wyznaczania naprężeń I, II i III rodzaju

  • 2. Wady

  • - czasochłonna (kilkanaście minut dla uzyskania jednej wartości poziomu naprężeń),

  • tylko wartości przypowierzchniowe (głębokość kilku mm)

  • trudności przy badaniu naprężeń dla materiałów niejednorodnych (tekstura) i powierzchni zakrzywionych,

  • wymagana jest ‘kalibracja’ – wyznaczenie położeń pików dla stanu ‘odprężonego’,

  • należy przygotować powierzchnie do badań


Dyfrakcja neutronów

Schematic drawing of a neutron diffractometer for stress measurements

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Wybór obszaru badań

Shape of the internal probe region created by different sets of slits in theincident and the diffracted beam. This is illustrated for a scatteringangle a = 90 deg which gives the best spatial resolution for given slits widths andtherefore is the standard choice.The volume V of the internal probe region is usually chosen in the range 5 to30 mm 3 to ensure reasonable counting rates. With high performance instrumentsand relatively thin samples (i.e. l mm3

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Głębokość badań

Diffraction intensity versus thickness of the sample for a = 90 deg for various metals.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Naprężenia po hartowaniu

lattice spacingsand residualstressmeasured in a cylinder made from a plain carbonsteel and observed widths of the {211} reflection line (German grade Ck45) quenched from T = 800 C in oil.

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Naprężenia po pełzaniu

Residual strains ex as determined by neutron diffraction in an Al2O3ceramic sample after a creep test . Note the small range of ex.

The bardenotes the spatial resolution (0.4 mm).

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Porównanie NRD i XRD

Latticeparametervs sin2tP as

measured in the direction of plastic

strain of a tensile test specimen

made of steel X2CrNiMoN225 (dupleks). The{220} reflection line was used both

in the neutron and the X-ray experiment.

The neutron valuesrepresent

averages over the whole cross section.

The X-ray values were obtained

by measurements on three surfaces

makingdifferentangleswith

the strain direction and plotted in

the system of co-ordinates of the

neutron experiment

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Porównanie NRD i XRD 2

Comparison between tangential (left) and radial (right) residual stressdistributions measured by neutron diffraction in the central part of anautofrettaged steel tube and by X-ray diffraction on the face of a ring cut out thetube

Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997


Podsumowanie badań z wykorzystaniem neutronów

  • (-) Bardzo kosztowne źródło neutronów (reaktor atomowy)

  • (+) możliwość badania rozkładu naprężeń WEWNĄTRZ materiału (w zakresie kilku cm)


  • Login