JP2015045502A - X-ray stress measurement tool, and x-ray diffraction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試験片保持ステージに載置された試験片の表面に種々の角度からX線を照射して、荷重負荷状態での試験片の応力変化を検出したり、X線応力定数を測定するためのX線応力測定用治具、およびこの治具を搭載したX線回折装置に関するものである。 The present invention irradiates the surface of the test piece placed on the test piece holding stage with X-rays from various angles to detect changes in the stress of the test piece under load and to measure the X-ray stress constant. The present invention relates to an X-ray stress measurement jig for performing the above and an X-ray diffractometer equipped with the jig.
X線による残留応力の測定法として、sin2ψ法が広く用いられてきたが、この方法は、原理的に平面応力を仮定しているため、深さ方向の応力成分が測定できないという欠点があった。2008年ごろ回折X線を2次元検出器で捉え、デバイリングの変化から深さ方向の応力を検出する二次元(2D)法が開発され、X線の照射直径が、最小0.05mmでの応力テンソルが実測できるようになった。 The sin 2 ψ method has been widely used as a method for measuring residual stress by X-ray, but this method assumes a plane stress in principle, so that the stress component in the depth direction cannot be measured. there were. Around 2008, a two-dimensional (2D) method was developed to detect diffracted X-rays with a two-dimensional detector and detect stress in the depth direction from changes in the Debye ring. The tensor can be measured.
試験片が無歪みのときは、デバイリングは円形であるが、残留応力があると歪みが生じて楕円形となる。2D法は、このデバイリングの変形の一部分から全応力成分を算出する応力測定、解析法であり、高感度の二次元検出器により点ではなくデバイリング全体を測定できるので、従来の装置では測定不可能であった回折強度の弱い試験片や粗大粒試験片、強く配向した試験片および3軸応力状態の試験片でも、迅速に精度良く求めることができるという利点がある。 When the test piece is unstrained, the Debye ring is circular, but if there is residual stress, distortion occurs and becomes elliptical. The 2D method is a stress measurement and analysis method that calculates the total stress component from a part of this Debye ring deformation, and can measure the entire Debye ring instead of a point with a highly sensitive two-dimensional detector. There is an advantage that even a test piece having a low diffraction intensity, a coarse grain test piece, a strongly oriented test piece, and a test piece in a triaxial stress state, which were impossible, can be obtained quickly and accurately.
X線応力測定用治具を改良したものとして、特許文献1に記載されたものがある。このものは、その明細書の図3に示されたように、X線回折装置に搭載する応力保持装置(X線応力測定用治具)であって、その図1に示された構造のものである。このものは、少なくとも一対の楔13,14が設置されて、各楔13,14により荷重方向が変換される機構を有している。しかし、この応力保持装置は、その図2に示されるように、一対の負荷作用ピン(上)11と一対の負荷作用ピン(下)16が、矩形板21の水平な板面に対して平行に設けられており、曲げ荷重を中間部材24(試験片保持ステージ)の上下方向に負荷するので、左右の梁23の先端が邪魔になって、X線の入射可能範囲は158°以下に限定されてしまうという欠点がある。
As an improvement of the X-ray stress measurement jig, there is one described in
ところで、図8に示すように2D法においては、試験片が載置された試験片保持ステージを、0〜90°傾斜させたうえで(すなわち、垂直軸に対するあおり角ψ=0〜90°で)、試験片保持ステージを0〜360°水平回転させて(すなわち、垂直軸に対する回転角φ=0〜360で°)、試験片にX線を照射する。しかし、前記したような梁23が試験片保持ステージに存在すると、例えば図9に示すように、この梁23が邪魔になって、試験片に照射したX線を検出器まで到達させることができない。また、梁23が邪魔になってX線が試験片に当たらないことがある。したがって、広いあおり角ψおよび回転角φにわたって、2D法による応力を測定することができないという問題があった。 As shown in FIG. 8, in the 2D method, the test piece holding stage on which the test piece is placed is tilted by 0 to 90 ° (that is, the tilt angle ψ = 0 to 90 ° with respect to the vertical axis). ) The test piece holding stage is rotated horizontally by 0 to 360 ° (that is, at a rotation angle φ = 0 to 360 ° with respect to the vertical axis), and the test piece is irradiated with X-rays. However, if the beam 23 as described above is present on the test piece holding stage, for example, as shown in FIG. 9, the beam 23 becomes an obstacle, and the X-rays irradiated on the test piece cannot reach the detector. . Further, the beam 23 may get in the way and the X-ray may not hit the test piece. Therefore, there is a problem that stress by the 2D method cannot be measured over a wide tilt angle ψ and rotation angle φ.
本発明は、試験片に応力を負荷する梁などの部材にX線の入射が妨げられることがなく、広い範囲のあおり角、回転角にわたってX線を照射して検出することができるX線応力測定用治具およびこのX線応力測定治具を搭載したX線回折装置を提供することを目的とする。 In the present invention, X-ray stress can be detected by irradiating X-rays over a wide range of tilt angles and rotation angles without hindering the incidence of X-rays on a member such as a beam that applies stress to the test piece. It is an object of the present invention to provide a measuring jig and an X-ray diffractometer equipped with the X-ray stress measuring jig.
上記の課題を解決するためになされた本発明に係るX線応力測定用治具は、矩形板の上に、一対の試験片保持ステージが配設されて、この試験片保持ステージの接近または離間により試験片に応力を負荷するためのX線応力測定用治具であって、
前記一対の試験片保持ステージの少なくとも一方を水平方向に移動可能にして、この一対の試験片保持ステージの上部に、試験片に応力を負荷するための応力負荷用部材を立設して、試験片を水平方向に変形させるようにするとともに、
前記応力負荷用部材の高さを試験片の高さと同等以下としたことを特徴とするものである。
The X-ray stress measurement jig according to the present invention, which has been made to solve the above problems, has a pair of test piece holding stages disposed on a rectangular plate, and approaches or separates the test piece holding stage. An X-ray stress measurement jig for applying stress to the test piece by
At least one of the pair of test piece holding stages can be moved in the horizontal direction, and a stress loading member for applying stress to the test piece is provided above the pair of test piece holding stages to perform a test. While trying to deform the piece horizontally,
The height of the stress load member is equal to or less than the height of the test piece.
上記したX線応力測定用治具において、応力負荷用部材を4本のピンからなるものとして、一対の試験片保持ステージを接近または離間により、試験片に曲げ応力または引張応力を負荷するようにすることができるし、X線応力測定用治具を、負荷用モータと、負荷用モータの回転をギアを介して試験片保持ステージに伝達するボールねじと、試験片の負荷応力を測定するためのロードセルと、を備えるものとすることができる。 In the X-ray stress measurement jig described above, the stress load member is composed of four pins, and a pair of test piece holding stages are brought close to or separated from each other so that bending stress or tensile stress is applied to the test piece. X-ray stress measurement jig, load motor, ball screw that transmits the rotation of the load motor to the test piece holding stage via the gear, and for measuring the load stress of the test piece The load cell can be provided.
また、本発明に係るX線回折装置は,上記したようなX線応力測定用治具を搭載したことを特徴とするものである。 The X-ray diffraction apparatus according to the present invention is characterized by mounting the above-described X-ray stress measurement jig.
本発明のX線応力測定用治具は、試験片保持ステージの上部に応力負荷用部材を立設して、試験片を水平方向に変形させるようにした。さらに、この応力負荷用部材の高さを試験片と同等以下の高さとしたので、試験片を水平方向に回転させた場合にも、垂直方向に回転させた場合にも、応力負荷用部材が、X線の入反射を邪魔することがない。したがって、2D法により応力を測定するに必要なあおり角ψ=0〜90°、回転角φ=0〜360°にわたって広角度でX線を試験片面に照射して応力状態を検出することができる。 In the X-ray stress measurement jig of the present invention, a stress loading member is erected on the upper part of the test piece holding stage to deform the test piece in the horizontal direction. Furthermore, since the height of the stress load member is equal to or less than that of the test piece, the stress load member can be used regardless of whether the test piece is rotated in the horizontal direction or the vertical direction. , Does not interfere with incoming / reflected X-rays. Therefore, the stress state can be detected by irradiating the test piece with X-rays at a wide angle over the tilt angle ψ = 0 to 90 ° and the rotation angle φ = 0 to 360 ° necessary for measuring the stress by the 2D method. .
また、本発明のX線応力測定用治具は、応力負荷用部材を4本のピンからなるものとしたので、一対の試験片保持ステージを接近させて試験片に曲げ応力を負荷することができるし、一対の試験片保持ステージを離間させて試験片に引張応力を負荷することができる。 In addition, since the X-ray stress measurement jig of the present invention has the stress loading member composed of four pins, it is possible to apply a bending stress to the test piece by bringing the pair of test piece holding stages closer to each other. It is possible to apply a tensile stress to the test piece by separating the pair of test piece holding stages.
また、本発明のX線応力測定用治具は、負荷用モータの回転をギアとボールねじを介して試験片保持ステージに伝達して、応力負荷用部材の接近または離間により応力を試験片に負荷することができるとともに、試験片に発生した負荷応力をロードセルを介して測定することができる。 The X-ray stress measurement jig of the present invention transmits the rotation of the load motor to the test piece holding stage via a gear and a ball screw, and applies stress to the test piece by approaching or separating the stress load member. While being able to load, the load stress which generate | occur | produced in the test piece can be measured via a load cell.
また、本発明のX線回折装置は、上記したようなX線応力測定用治具を備えているので、広範な角度にわたってX線を試験片に照射して、負荷応力を測定することができる。 Moreover, since the X-ray diffractometer of the present invention is equipped with the X-ray stress measurement jig as described above, it is possible to measure the load stress by irradiating the test piece with X-rays over a wide range of angles. .
以下に、本発明の実施例を図面に従って説明するが、本発明が実施例によって限定されることはない。 Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.
図1〜4は、本発明に係る4点曲げ用の応力測定用治具を示す図であって、1は、矩形板、2は、矩形板1に配設された支持板、3は、試験片保持ステージである。図2において、右側のステージ3を右側ステージ31、左側のステージ3を左側ステージ32と、便宜上呼ぶことにする。このX線応力測定用治具は、応力負荷用の負荷モータ4と、負荷モータ4の回転を伝達するボールねじ5と、負荷応力検出用のロードセル6とを備えている。モータ4は、一端に駆動ギア41を有し、この駆動ギア41は、ボールねじ5の一端の従動ギア51と歯合している。これら駆動ギア41、従動ギア51は、平歯車を用いているが、これに限定されず、傘歯車などを適宜用いることができる。
1 to 4 are views showing a stress measuring jig for four-point bending according to the present invention, wherein 1 is a rectangular plate, 2 is a support plate disposed on the
右側ステージ31と左側ステージ32は、その一端にボールねじ5が組み込まれ、他端はレール8が組み込まれている。右側ステージ31と左側ステージ32は、ボールねじ5の正転により接近し、ボールねじ5の逆転により離間する。この時右側ステージ31と左側ステージ32の他端は、レール8上を摺動する。
The
右側ステ−ジ31には、矩形板1、支持板2の板面に対して垂直に、幅を広く取った一対の応力負荷用部材7が立設され、左側ステージ32には、同じく垂直に,幅を狭く取った一対の応力負荷用部材7が立設されている。この実施例においては、右側の応力負荷用部材7は、左側の応力負荷用部材7より幅広に形成されているが,右側の応力負荷用部材7を、左側の応力負荷用部材7より幅狭に形成しても何ら差支えはない。なお、この実施形態において、応力負荷用部材7は、4本のピンからなる。また、以下、右側の応力負荷用部材7を幅広側ピン71と、左側の応力負荷用部材7を狭幅側ピン72と呼ぶ。
The
セラミックスなどの試験片の曲げ試験は、通常JIS R1601に準拠して行うので、試験片のサイズは、概ね長さ40mm、幅4mm、厚さ3mmである。この試験片に対応して、前記した幅広側ピン71の間隔は、30mm、Rは2.0〜3.0mmであり、幅狭側ピン72の間隔は10mm、Rは0.5〜3.0mmとしてある。図2,3には、幅広側ピン71と幅狭側ピン72の間に試験片Sをセットした状態を示す。試験片は、厚さ3mmの側面を上面としてセットしてある。したがって、ピン71とピン72を接近させることにより、試験片Sを水平方向にたわませることができる。なお、幅4mmの面を上面として曲げても何ら差支えない。
Since a bending test of a test piece such as ceramic is usually performed in accordance with JIS R1601, the size of the test piece is approximately 40 mm in length, 4 mm in width, and 3 mm in thickness. Corresponding to this test piece, the interval between the
左側ステージ32には、ロードセル6が配設されている。ロードセル6として、起歪体と歪みゲージを備えたものを用いることができる。ロードセル6は、応力のかかるロッドボタンを横向き(図2では右向き)として配設されている。
A
以上のように構成されたX線応力測定用治具において、試験片に曲げ荷重を負荷するときは、まず負荷用モータ4を駆動して、駆動ギア41および従動ギア51を介して、ボールねじ5を正転させる。これにより、右側ステージ31と左側ステージ32の他端がレール8上を摺動して、広幅側ピン71と狭幅側ピン72が接近するので、試験片Sに曲げ応力を負荷することができる。試験片保持ステージを水平方向および垂直方向に回転させつつ、試験片にかかった応力をロードセルにて測定するとともに、X線を試料に照射してデバイリングの一部分を測定する。
In the X-ray stress measurement jig configured as described above, when a bending load is applied to the test piece, the
本実施形態においては、幅広側ピン71と狭幅側ピン72の上面を、試験片Sの上面と同等以下とした。即ち、同じが、それ以下としてあるので、これらのピン71,72や試験片保持ステージ3などの部材によりX線の入反射が邪魔されることはない。したがって、原理的には0〜180°の入射角+回折角(2θ)でX線を試験片に照射することができるが、X線源、検出機が存在するので、最大の2θは、約160°である。
In the present embodiment, the upper surfaces of the wide-
また、ピン71,72の上面を試験片Sの上面と同等以下としてあるので、あおり角ψを0〜90°で変化させ、回転角φを0〜360°で変化させて、X線を照射することができて、2D法によるX線応力測定を正確に行うことができる。図5を参照されたい。
Further, since the upper surfaces of the
以上は、曲げ試験にて応力を測定する場合について説明したが、引張試験を行うばあいには、試験片Sを図6に示すようなくびれを有する構造として、等間隔とした二組の応力負荷用部材7を対向して配置させたうえで、補助部材75を用いれば、曲げ試験の場合と同様に、何ら応力負荷用部材7に邪魔されることなく、X線を照射することができる。なお、応力負荷用部材7は、ピンであってもネジであってもよい。
The above is a description of the case where the stress is measured by a bending test. However, when performing a tensile test, the test piece S has a structure having a constriction as shown in FIG. If the
また、圧縮試験を行う場合には、試験片保持ステージ3の上部に、角形などのブロックとした一対の応力負荷用部材7を突設して、直方体形状などの試験片Sを圧縮すればよい。このとき応力負荷用部材7の上面を試験片Sの上面と同等以下とすることによって、応力負荷用部材7に邪魔されることなく広範な角度でX線応力を測定することができる。
Further, when performing a compression test, a pair of stress-
Claims (4)
前記一対の試験片保持ステージの少なくとも一方を水平方向に移動可能にして、この一対の試験片保持ステージの上部に、試験片に応力を負荷するための応力負荷用部材を立設して、試験片を水平方向に変形させるようにするとともに、
前記応力負荷用部材の高さを試験片の高さと同等以下としたことを特徴とするX線応力測定用治具。 A pair of test piece holding stages is disposed on a rectangular plate, and an X-ray stress measurement jig for applying stress to the test piece by approaching or separating the test piece holding stage,
At least one of the pair of test piece holding stages can be moved in the horizontal direction, and a stress loading member for applying stress to the test piece is provided above the pair of test piece holding stages to perform a test. While trying to deform the piece horizontally,
An X-ray stress measurement jig characterized in that a height of the stress load member is equal to or less than a height of a test piece.
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JP2013175121A JP2015045502A (en) | 2013-08-27 | 2013-08-27 | X-ray stress measurement tool, and x-ray diffraction device |
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CN108931544A (en) * | 2018-09-29 | 2018-12-04 | 内蒙古工业大学 | Sample clamping device and test method for electron backscatter diffraction research in situ |
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2013
- 2013-08-27 JP JP2013175121A patent/JP2015045502A/en active Pending
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CN108931544B (en) * | 2018-09-29 | 2023-08-04 | 内蒙古工业大学 | Sample clamping device and test method for in-situ electron back scattering diffraction research |
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