Способ определения первой инвариантной величины тензора деформации

 

Изобретение относится к рентгено- Структурному анализу материалов с кристаллической и частично кристаллической структурой и .может использоваться для определения первой инвариантной величины тензора деформации с целью оценки деформационного состояния образца. Цель изобретения - упрощение реализации и увеличение точности измерения. Для этого под постоянным углом наклона Ч .74° относительно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка определяют средний угол отражения 0 по всей окружности углов отражения. Измерения в производят либо в дискретном, либо непрерывном режиме. Первую инвариантную величину тензора деформаций рассчитывают по выражен и toЈi + ег + ез.- .- - 3 ctg BQ (- во ) где . &- угол отражения для недеформированного межплоскостного расстояния.; Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . (я)з G 01 N 23/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 t) 4753995/25 (22) 30.10.89 (46) 07.02.92, Бюл. М 5 (71) Институт машиноведения им. А.А.Благонравова(ЯО) и Институт механики АН ГДР(00) (72) Бернд Кемпфе, Рольф Ценкер, Детлеф

Михаэль, Гюнтер Кертель, Бернд Михель, Карстен Тренкнер (00), В.П.Ефанов и

А.Ю,Семенов (SU) (53) 548.734(088.8) (56) Тейлор А. Рентгеновская металлография. — M,: Металлургия, 1965, с. 363. 423. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРВОЙ ИНВАРИАНТНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ТЕНЗОРА ДЕФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к рентгеноструктурному анализу материалов с кристаллической и частично кристаллической

Изобретение о.гносится к рентгеноструктурному анализу материалов с кристаллической и частично кристаллической структурой и может использоваться для определения деформации в изделиях.

Первая инвариантная величина тензора деформации позволяет дать суммарную оценку деформационного состояния образца во всех направлениях. Первая инвариантная величина тенэора;деформации определяется в виде суммы деформаций в направлении составляющих главных напряжений, которая равна сумме деформаций в направлении осей любой другой декоратив, ной системы координат в той же точке:

Ю + Ф + йп = и + ег + ез . (1)

Известно, что в области методов рентгенографических измерений напряжений известно вызываемая напряжениями упругая

„„ Ж,, 1711048 А1 структурой и может использоваться для определения первой ин вариантной величины тенэора деформаций с целью оценки деформационного состояния образца; Цель изобретения — упрощение реализации и увеличение точности измерения. Для этого под постоянным углом наклона V -54,74О относительно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка определяют средний угол отражения 0 по всей окружности углов отражения. Измерения 0 производят либо в дискретном, либо непрерывном режиме, Первую инвариантную величину тенэора деформаций рассчитывают по выражениюе1 + pz + ез = — 3 ctg 64 (0 0о ) где 0 — угол отражения для недеформираванного межплоскостного расстояния. деформация к,р ф образца приводит к измеряемому изменению угла отражения

0 — 0o, где 0> — угол отражения для недеформированного межплоскостного расстояния; При этом упругая деформация г. р в направлении угла поворота о к направлению главного напряжения и под углом наклона Ч относитет ьно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка связана с изменением угла отражения соотношением с р V = — ctg 0o(0 q — й, ) . (2)

Указанный способ обеспечивает возможность определения упругих -деформации еф ф, но предварительно при допущении наличия двухосного напряженного состояния в приповерхностной области образца должно быть известно положение осей главных напряжений. При

1711048

20 этом условии можно при установке различных углов наклона и поворота измерить соответствующие углы отражения e qf u соответственно определить несколько величин упругих деформаций ер gs

Недостатком известного способа является необходимость проведения относительно большого количества измерений и предварительного знания положения осей главных напряжений. Измерение углов отражения производится при различных углах наклона, вследствие чего появляются систематические ошибки, особенно при наличии. широких рефлексов, например, от,образцов с сильно искаженной структурой, Кроме того, поскольку глубина проникновения рентгеновского излучения изменяется в зависимости от угла наклона, то при различных углах наклона возбуждаются различные по глубине слои образца, что также приводит к ошибкам, ; l

Цель изобретения - ynpoiqeHve способа и увеличение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения первой инвариантной величины тензора деформации в образцах из материалов с кристаллической или частично кристаллической структурой, заключающуюся в облучении образца пучком рентгеновского излучения, детектировании дифрагированного образцом излучения и измерении угла отражения от одного типа плоскостей кристаллической решетки образца при заданных углах наклона и поворота образца, угол наклона между нормалью к поверхности образца в точке падения первичного пучка и направлением измеряемой деформации выбирают равным

54,74О, при данном угле наклона измеряют средний угол отражения по окружности углов поворота и определяют первую инвариантную величину тенэора деформации из выражения е1 + e2 + e3 = — 3 erg 0о (0 0о ) где 0 — измеренный средний угол отражения по окружности углов поворота;

0Π— угол отражения для недеформированного межплоскостного расстояния.

В одном варианте измерение среднего угла отражения производят в дискретном режиме при равномерно распределенных по окружности углах поворота. При этом, количество точек измерения выбирают равным трем.

В другом варианте измерение средне о угла отражения производят в интегральном режиме по всем. углам поворота.

Кроме того, при неизвестном угле огргжения 0 для недформиоо»-энного меж25

55 плоскостного расстояния определяют разность величин первых инвариантных тензо ра деформации для исследуемого и эталонного образцов.

В основе выбора величины угла V =

54,74 лежит то, что при таком угловом положении все три положительных отрезка осей координат расположены симметрично относительно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка в мнимой полусфере над поверхностью образца.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследованиям подвергают образец призматической формы из стали 90 МпЧ8

Методом электроннолучевой закалки на исследуемой поверхности образца деформируют закаленную дорожку шириной 10 мм и глубиной 1,2 мм. Просходящее при этом мартенситное превращение структуры приводит к образованию состояния с сильными напряжениями сжатия в указанной дорожке. Со временем это состояние может существенно измениться вследствие процессов релаксации, структурных изменений и формирования микротрещин.

Исследование образца осуществляют излучением Сг К, и ри испол ьзова нии отражений от плоскостей (211).

Пример 1. Образец сначала устанавливают обычным образом в симметричной конфигурации на траектории пучка в рентгеновском дифрактометре таким образом, чтобы измеряемая точка находилась в середине закаленной дорожки. Затем образец из симметричного исходного положения поворачивают на угол наклона 54,74 .

При постоянном угле наклона Ч

54,74 производят измерения углов отражения 0>020з при трех углах поворота

p = p o, + 120 и p< + 240О, Полученные при измерении углы отражения составляют; 01 = 77,900; 02 = 78,018;

77,988О

С использованием выражения (2) и с учетом величины 0О = 77,805 первая инвариантная тензора деформации

e> +Z + ез = -1,85х10

Пример 2. Вместо дискретного измерения углов отражения при трех положениях производят интегрирующее измерение среднего угла отражения О, Для этого во время измерений образец медленно вращают с постоянной скоростью вокруг нормали к поверхности в точке падения первичного пучка и непрерывно измеряют угол 0 с помощью позиционно-чувствительного де- . тектора. Для получения статистически до"71104Ц постоянный угол наклона Ч = 54,74" к нормали к поверхности образца.

Предлагаемый способ позволяет простым и достаточно точным образом определять величину первой инвариантной тензора деформаций с целью оценки по ней напряженного состояния исследуемого образца.

Составитель B,Boðoìoâ

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.Шароши

Редактор Н.Гунько

Заказ 335 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 стоверной средней величины„особенно для крупнозернистых образцов, предпочтительно совершить несколько, полных оборо- . . тов образца. Измеренная величина О

77,961О, из (2) получаем 5

-з:

Е1 +62 + ЯЗ = -1,77х10

Пример 3. При проведении сравнительного контроля напряженного состояния знание угла отражения Оо не является необходимым. 10

В данном примере состояние примера

2 выбрано как эталонное состояние, т.е.

6=6, Указанный образец после электроннолучевой закалки выдеоживают в течение 2 мес, после чего производят измерение среднего угла отражения в режиме интегрирования и получают величину О = 77,535О.

При этом изменение Ля первой инвариантной величины тензора деформаций со20 ставляет :Д

Ч +Чу

Ле1 — — 3 cot (),(ч — v„)— (t

=+484х10 25

С целью осуществления рутинных измерений описанным способом целесообразно применение специализированного дифрактометра, снабженного круговой направляющей, коаксиальной с нормалью к. 30 поверхности образца в точке исследования и фиксированной относительно образца. На круговой направляющей через равные угловые интервалы размещены три микрофокусные рентгеновские трубки и три 35 позиционно-чувствительных детектора, Геометрические параметры выбраны так, что для всех рентгеновских трубок имеет место

Формула изобретения

Способ определения первой инвариан. тной величины тензора деформации в образцах из материалов с кристаллической или частично кристаллической структурой, заключающийся в облучении образца пучком рентгеновского излучения, детектирова нии дифраги рован ного образцом излучения и измерении угла отражения от одного типа плоскостей кристаллической решетки образца при заданных углах наклона и поворотаобразца, отличающийся тем, что. с целью упрощения осуществления и увеличения точности измерения, угол наклона между нормалью к поверхности образца в точке падения первичного пучка и направлением измеряемой деформации выбирают равным 54,74О, при данном угле наклона и углах поворота в диапазоне 360 измеряют углы отражения, определяют их среднее значение 0, а первую инвариантную величину тензора деформации определяют из выражения е + E2 + ез = — 3 сся 0p (Π— до ) где 0<> — угол отражения для недеформированного состояния материала;

Оо — измеренный средний угол отражения по окружности углов поворота.