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X射線衍射法(XRD)可以檢測鑄件的殘余應(yīng)力嗎?

來源:北京華歐世紀(jì)光電技術(shù)有限公司   2025年07月17日 16:45  

X射線衍射法(XRD)可以檢測鑄件的殘余應(yīng)力?,且是目前工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的無損檢測方法之一。其適用性及關(guān)鍵要點如下:


一、技術(shù)原理與適用性

  1. ?基本原理?
    殘余應(yīng)力會導(dǎo)致鑄件內(nèi)部晶格發(fā)生畸變,改變晶面間距(d值)。X射線照射到材料表面時,發(fā)生衍射現(xiàn)象,通過測量不同方位角的衍射峰位移(衍射角2θ變化),結(jié)合布拉格定律(2d sinθ = nλ)和彈性力學(xué)公式,可計算出殘余應(yīng)力的大小和方向?。

  2. ?對鑄件的適用性?

    • 若鑄件晶粒?粗大?(>100 μm)、存在?強織構(gòu)?(晶粒取向集中)或?多相結(jié)構(gòu)?(如鑄鐵中的石墨相),可能導(dǎo)致衍射峰重疊或強度過低,影響精度?24。

    • 僅能檢測?表層應(yīng)力?(穿透深度約 ?10–30 μm?),深層應(yīng)力需結(jié)合電解拋光逐層剝離?。

    • 鑄件需為?多晶材料?(如金屬鑄件),且晶粒尺寸宜在 ?10–100 μm? 范圍內(nèi)?。

    • 材料需具備?足夠結(jié)晶度?,能產(chǎn)生清晰的衍射峰。

    • 表面曲率不宜過大(測試點區(qū)域宜為平面或大曲率曲面)?。

    • ? ?適用條件?:

      • 鑄件需為?多晶材料?(如金屬鑄件),且晶粒尺寸宜在 ?10–100 μm? 范圍內(nèi)?。

      • 材料需具備?足夠結(jié)晶度?,能產(chǎn)生清晰的衍射峰。

      • 表面曲率不宜過大(測試點區(qū)域宜為平面或大曲率曲面)?。

    • ?? ?局限性?:

      • 若鑄件晶粒?粗大?(>100 μm)、存在?強織構(gòu)?(晶粒取向集中)或?多相結(jié)構(gòu)?(如鑄鐵中的石墨相),可能導(dǎo)致衍射峰重疊或強度過低,影響精度?24。

      • 僅能檢測?表層應(yīng)力?(穿透深度約 ?10–30 μm?),深層應(yīng)力需結(jié)合電解拋光逐層剝離?。


 二、檢測過程中的關(guān)鍵考量

  1. ?試樣預(yù)處理要求?

    • 表面需清潔無涂層,若有防護(hù)層(如油漆),需通過?電解拋光?去除,避免機械處理引入附加應(yīng)力?。

    • 測試點需平整,曲面區(qū)域需調(diào)整X射線光斑尺寸以適應(yīng)曲率?。

  2. ?參數(shù)設(shè)置與精度控制?

    • 需已知材料參數(shù):?晶體結(jié)構(gòu)、衍射晶面指數(shù)、X射線彈性常數(shù)?等?。

    • 采用 ?sin2ψ法?(同傾法或側(cè)傾法)進(jìn)行多角度測量,設(shè)備需滿足 ?ASTM E915?、?GB/T 7704-2017? 等標(biāo)準(zhǔn)精度要求(如重復(fù)性誤差<±7 MPa)?。


三、實際應(yīng)用中的注意事項

  1. ?結(jié)果準(zhǔn)確性影響因素?

    • ?應(yīng)力梯度?:表層存在劇烈應(yīng)力變化時,需多點測量取均值?。

    • ?織構(gòu)干擾?:若各ψ角衍射峰強度比>3,表明織構(gòu)較強,需校正算法?。

    • ?設(shè)備校準(zhǔn)?:儀器需定期校驗ψ角旋轉(zhuǎn)中心偏差(<±5%)?。

  2. ?工程案例參考?

    • 已成功用于?航空發(fā)動機葉片?(鈦合金鑄件)、?齒輪齒根?等復(fù)雜構(gòu)件的殘余應(yīng)力檢測,通過冷膨脹工藝引入壓應(yīng)力的效果評估?。

    • 在?汽車鑄件?(如曲軸、輪轂)中,用于優(yōu)化熱處理工藝,減少變形風(fēng)險?。


 四、結(jié)論與建議

?X射線衍射法適用于大多數(shù)金屬鑄件的表層殘余應(yīng)力檢測?,尤其在航空航天、汽車制造領(lǐng)域技術(shù)成熟。若您的鑄件符合以下條件可優(yōu)先選擇:

  • 晶粒細(xì)小均勻(無粗晶或強織構(gòu));

  • 需無損、高精度(±10 MPa)的表層應(yīng)力分析;

  • 具備標(biāo)準(zhǔn)試樣預(yù)處理條件。

對于深層應(yīng)力或粗晶鑄件,建議結(jié)合?中子衍射法?(穿透深度高)或?盲孔法?(有損)作為補充?。

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