Способ определения первой инвариантной величины тензора деформации

ЬСТВУ К АВТОРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт машиноведения им. А.А.Благонравова(ЯО) и Институт механики АН ГДР(00)(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 декоративной системы координат в той же точке:е) + кл + ки = О + е 2 + ез . Я Известно, что в области методов рентгенографических измерений напряжений известно вызываемая напряжениями упругая 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 Ч -54740 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 выражениюе 1 + ю + ез = - 3 с 19 Й ( 0- 00 ) где 0 - угол отражения для недеформированного межплоскостного расстояния,деформация к,р Ч) образца приводит к измеряемому изменению угла отражения 0 - 00, 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 относитеьно нормали к поверхности образца в точке падения первичного пучка связана с изменением угла отражения соотношениеме р ц) = - стд О,( 0 г, ч - 00 ) . (2) Указанный способ обеспечивает возможность определения упругих деформации еф Ч), но предварительно при допущении наличия двухосного напряженного состояния в приповерхностной области образца должно быть известно положение осей главных напряжений, При20 этом условии можно при установке различных углов наклона и поворота измерить соответствующие углы отражения е р и соответственно определить несколько величин упругих деформаций ер ЧгНедостатком 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,Цель изобретения - упроцение 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 54,74 О, при данном угле наклона измеряют средний угол отражения по окружности углов поворота и определяют первую инвариантную величину тенэора деформации из выраженияо+а+аз = - Зст 90 О 0 - 0 О) где 0 - измеренный средний угол отражения по окружности углов поворота;0 О - 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 среднео угла отражения производят в интегральном режиме по всем. углам поворота,Кроме того, при неизвестном угле огргжения Ос, для неддформиооэнного меж 25 30 35 40 45 50 55 плоскостного расстояния определяют разность величин первых инвариантных тензо- ра деформации для исследуемого и эталонного образцов.В основе выбора величины угла Ч = 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 МпЧ 8 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 Кь и ри использовании отражений от плоскостей 211).П р и м е р 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 0020 з при трех углах поворота Р =о фо + 120 и ро + 240 О, Полученные при измерении углы отражения составляют; 01 = 77,900 О; 02 = 78,018 О; % 77,988 ОС использованием выражения (2) и с учетом величины 0 о = 77,805 первая инвариантная тензора деформациие 1 + я 2 + ез = -1,85 х 10П р и м е р 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"711048 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 В,ВороновТехред М.Моргентал Корректор М.Шароши Редактор Н,Гунько Заказ 335 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нгб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 стоверной средней величиныособенно для крупнозернистых образцов, предпочтительно совершить несколько, полных оборо- . . тов образца. Измеренная величина О 77,961 о, из (2) получаем 5-з:е 1 + е 2 + яз = -1,77 х 10П р и м е р 3, При проведении сравнительного контроля напряженного состояния знание угла отражения Во не является необходимым, 10Вданном примере состояние примера 2 выбрано как эталонное состояние, т.е.Указанный образец после электроннолучевой закалки выдерживают в течение 2 мес, после чего производят измерение среднего угла отражения в режиме интегрирования и получают величину Й = 77,535. При этомизменение Ья первой инвариантной величины тензора деформаций со 20 стэвляет :ЛЧ +ЧЧЬе 1= - 3 сот( Д.ч - ч. ) = =+4,84 х 10 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 54,74 о, при данном угле наклона и углах поворота в диапазоне 360 измеряют углы отражения, определяют их среднее значение О, а первую инвариантную величину тензора деформации определяют из выраженияе + е 2 + Яз = - 3 ст 9 Оо ( О - до ) где Оо - угол отражения для недеформированного состояния материала;Оо - измеренный средний угол отражения по окружности углов поворота.