1 Pomiar naprężeń za pomocą dyfrakcji promieni X i neutronówBolesław AUGUSTYNIAK
2 Trzy poziomy naprężeń w polikrysztalesI makroskopowe, długo zasięgowe sII wewnętrzne – o zasięgu wewnątrz ziarna sIII wewnętrzne – o zasięgu wokół defektów struktury (dyslokacje, wydzielenia)
3 Definicja składowych naprężeń
4 Istota pomiaru stałej sieciowej i odkształceniaWarunek Braggów
5 Istota pomiaru stałej sieciowej 2Warunek Braggów W monokrysztale uzyskuje się refleksy odpowiadające różnym odległościom d
6 Wpływ naprężeń na stałe siecioweW 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
7 Oszacowanie przesunięcia pikuUwaga: dla e = 1*10-3 i cot Q =1 Q = 1*10-3 -> 0,06o o tyle przemieści się maksimum
8 Naprężenia jednoosioweWartość odkształcenia materiału jest dodatnia dla kierunku równoległego do osi naprężeń i ujemna dla kierunku prostopadłego
9 Oznaczenia kierunków badania odkształceńStructural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
10 Pomysł na pomiar e dla różnych ustawień powierzchni próbki względem osi goniometruSkręca się powierzchnię lub skręca się oś goniometru
11 Różne położenia goniometru względem powierzchni próbkiStructural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
12 Naprężenia trójosiowe
13 Widma lamp rentgenowskichThe 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
14 Widma lamp rentgenowskich 2The 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
15 Dyfraktometry - abc X-ray optics in a powder diffractometer.Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
16 Korekta na dublet Ka1 / Ka2Neglecting the doublet structure of the profiles may lead to uncertainties in the further evaluation. 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
17 Szerokość piku dyfrakcyjnego …zależy od mikrostrukturyReflection profiles for steels with different carbon contents. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
18 Nakładanie pików w układach wielofazowychSuperposition of reflections in two-phase HPSN Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
19 Metody ocena położenia pikuComparison of methods used for peak position determination Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
20 Wybór lampy a widmo dyfrakcyjneInterference lines of Au-powder obtained with different Kal- (closed column) and Kbl- (open column) radiations. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
21 Wybór lampy a widmo dyfrakcyjneInterference lines of Fe obtained with different Kal- (closed column) and Kbl- (open column) radiations. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
22 Głębokość penetracji promieniowania X63% penetration depth versus sin2y; material noted, different radiations and peaks. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
23 Stacjonarne dyfraktometry do pomiarów naprężeń 1Acentric open Eulerian cradle allowing for both residual stress and texture measurements (Huber ) Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
24 Stacjonarne dyfraktometry do pomiarów naprężeń 2Typical 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
25 Stacjonarne dyfraktometry do pomiarów naprężeń 3Microdiffractometer with area detector, laser pointers and video microscope for adjustment of the measurement spot (Siemens 'PLATTFORM'-diffractometer with 'GADDS'-detector system) Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
26 Wyniki badania
27 Liniowa funkcja D(sin2y)TiN-layer-steel composite, Cu-Ka radiation, {220}, fiber texture <11 l>
28 Naprężenia po piaskowaniuThe result is s11= MPa, s22= MPa, s33= MPa using the strain-stress-free lattice distance Do{ 114} = nm Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
29 Anomalne wykresy D(sin2y)Curved lines, splitting lines and oscillations Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
30 Anomalie Different lattice-strain distributions as originating from certain phenomena Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
31 Tekstura po walcowaniurolled unalloyed steel, Cr-Ka radiation, {211 }, Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
32 Przykłady funkcji
33 Przykłady funkcji 2
34 Mikronaprężenia wewnętrzne –> poszerzenie linii dyfrakcyjnychStructural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
35 Parametry szerokości linii dyfrakcyjnejFWHM Determination of the full width at half maximum of peak interference profile. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
36 Korelacja szerokości linii z naprężeniami 1Depth distributions of residual stresses and half-width values of differently ground Si3N 4 obtained with V Ks-radiation Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
37 Korelacja szerokości linii z naprężeniami 2Turning of hardened steel, German grade: 100 Cr Mn 6 Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
38 Makro i mikro naprężenia po deformacji plastycznejStructural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
39 LS i RS przy deformacji plastycznejLS 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 (besides the difference due to the at-that-time unknown influence of the elastic anisotropy) with the values of the specific load and Hooke's law. After passing the yield limit, the stresses determined 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
40 Makro i mikro naprężenia po deformacji plastycznejStructural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
41 Układy ‘dwu-fazowe’ Phase stresses versusapplied 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
42 Układy ‘dwu-fazowe’ 2 AI and SiC lattice strain response parallel to the applied stress, measured using the three 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
43 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 = (11) MPa, s22 = (11) MPa, s13= (4) MPa.
44 Ograniczenia fizyczne
45 Problemy
46 Przykłady problemów
47 Przykłady problemów 2
48 Przykłady problemów 3
49 Przykłady problemów 4
50 Wykorzystanie 1 – utwardzanie laserowe
51 Wykorzystanie 2 - piaskowanie
52 Wykorzystanie 3 - spoinaUpper surface Bottom surface sL - równolegle sT - prostopadle
53 Wykorzystanie 3 - spoinaUpper surface Bottom surface sL - równolegle sT - prostopadle
54 Aparatura http://www.stresstech.fi/content/en/11501/103/103.html XSTRESS 3000 is a small, lightweight, accurate and safe X-ray diffractometer for measuring residual stresses and retained austenite contents.
55 Goniometr
56 X3000 w laboratorium
57 Kalibracja...
58 Specyfikacja techniczna Xstress 3000
59 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
60 Dyfrakcja neutronów Schematic drawing of a neutron diffractometer for stress measurements Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
61 Wybór obszaru badań Shape of the internal probe region created by different sets of slits in the incident and the diffracted beam. This is illustrated for a scattering angle a = 90 deg which gives the best spatial resolution for given slits widths and therefore is the standard choice. The volume V of the internal probe region is usually chosen in the range 5 to 30 mm 3 to ensure reasonable counting rates. With high performance instruments and relatively thin samples (i.e. l mm3 Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
62 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
63 Naprężenia po hartowaniulattice spacings and residual stress measured in a cylinder made from a plain carbon steel 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
64 Naprężenia po pełzaniuResidual strains ex as determined by neutron diffraction in an Al2O3 ceramic sample after a creep test . Note the small range of ex. The bar denotes the spatial resolution (0.4 mm). Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
65 Porównanie NRD i XRD Lattice parameter vs sin2tP asmeasured 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 values represent averages over the whole cross section. The X-ray values were obtained by measurements on three surfaces making different angles with 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
66 Porównanie NRD i XRD 2 Comparison between tangential (left) and radial (right) residual stress distributions measured by neutron diffraction in the central part of an autofrettaged steel tube and by X-ray diffraction on the face of a ring cut out the tube Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Viktor Hauk, Elsevier, 1997
67 Podsumowanie badań z wykorzystaniem neutronów(-) Bardzo kosztowne źródło neutronów (reaktor atomowy) (+) możliwość badania rozkładu naprężeń WEWNĄTRZ materiału (w zakresie kilku cm)