JPS5911860B2 - X線応力測定方法 - Google Patents

X線応力測定方法

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JPS5911860B2
JPS5911860B2 JP49055496A JP5549674A JPS5911860B2 JP S5911860 B2 JPS5911860 B2 JP S5911860B2 JP 49055496 A JP49055496 A JP 49055496A JP 5549674 A JP5549674 A JP 5549674A JP S5911860 B2 JPS5911860 B2 JP S5911860B2
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真人 長尾
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  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の利用分野 本発明は、白色X線を多結晶からなる試料面に入射し、
その回折X線のエネルギー分析を行うことにより応力を
測定する方法に係ク、特に無応力状態における格子定数
を知ることなく高精度に応力測定を行う方法に関する。
発明の背景 従来のX線応力測定装置は、第1図に示すように、特性
X線源、ソーラースリット2、試料3、ソーラースリッ
ト4、計数管5及び計数管走査機構6からなV)回折X
線の検出部が入射X線に対し試料面上のX線照射位置を
中心に回転走査できるように構成されている。
この回転走査により回折X線の回折角度一強度線図を得
、ピーク角度における回折角度(2θ)を求める。次い
でこのような操作を入射X線と試料法線のなす角Ψ。を
変えて行ない、ピーク強度における回折角度を比較して
応力を求めていた。このような従来の方法には次のよう
な欠点がある。X線検出器を回転走査させる為の機械的
走査が必要となるため測定時間の短縮には限度がある。
(応力測定の為に約1時間程度を要する。)又機械的走
査範囲に亘つて十分な精度を確保するには、テイフラク
トメータ部分の剛性を高くしなければならないため、装
置が大型大重量となる。更に被測定物試料の材質、結晶
構造によつて適当な特性X線源を選択する必要があるが
、適当な特性X線管球が得られないため、測定困難な材
質、例えばオーステナイト系ステンレス鋼があつた。又
検出器感度の特性及び熱散乱因子の影響により高温時(
100℃以上)の応力測定が困難である。ところで特性
X線応力測定法では、無応力状態における格子定数を正
確に知る必要があるが、一般に機械構造物は同一合金で
も組成により格子定数は変化するし、同一組成でも残留
応力が異なれば格子定数も変つてくるため正確な応力測
定ができない。発明の目的30本発明の目的は、多結晶
からなる各種の金属及び合金材料に対し、X線測定器の
回転走査を不要とした簡単な装置にて、無応力状態の格
子定数を知ることなく短時間でかつ高精度に応力測定を
行う方法を提供することにある。
35発明の概要 本発明の特徴とするところは、応力を測定すべき多結晶
の試料面に入射角一定の白色X線を照射(1),(2)
式より次式が求まる。
試料表面では、平面応力状態とみなせるので弾性力学よ
り次式が成立する。
σx:測定応力 E:ヤング率 ν:ボアソン比 εψV/:試料表面上の主応力方向よりψ角度傾いた面
内にて、試料表面法線に対しF角度傾いた回折格子面法
線方向のひずみ (ψ,r1)方向のひずみεψW1は(3)式より得ら
れたDV/1を用いると次のように表わせる。
DO=無応力状態の格子面間隔伺このεψF,をIFl
が異なる場合につき2個所以上測定しても、(4)式中
の06ψ7 が求まるの8r.ピ一2Wで応力値σxが
得られるが、このような方法では無応力状態に}ける格
子定数が予めわかつている必要がある。
そこで(3),(4),(5)式から次の(6)式が求
まる。
リ一学−―−Vh′4亀晶▲即ち、(3)式を微分する
と ―11り[μV ひずみεはΔd/DOとして表わされるので(5)式は
(3拭を代入して次の様に表すことが出来る。
よつて(4)式は(5)′を代入すると次の様に表され
る。上式は即ち(6)式である。
向回折角度θ1とθ2が異なる場合は(3),(5)式
よりひずみεφW,,εφW2をそれぞれ求めれば、(
4)式よや応力σ、を算出できる。
ところで高温時の場合、無応力状態の格子面間隔D。
或は格子定数aのあらかじめ知られていない状態、ある
いは時間と共に温度が変化して格子面間隔d或は格子定
数aが変わる工うな場合があるため無応力状態での格子
面間隔D。が既知とみなした(6)式では応力を求める
ことは不十分である。肯、無応力状態の格子面間隔D。
は次の式によつて表わされる。上式において分子aは無
応力状態の格子定数、分母はミラー定数であ9回折面の
位置を示す指標(H,k,l)に対応するものである。
そこで、本発明に訃いては次のような応力測定方法を考
案した。
つまク、Enをある一定の入射角度にて試料面に照射さ
れた白色X線が、この試料面の法線と回折面法線とのな
す角度Wがそれぞれ異なる結晶からの複数の回折X線に
おける任意の1つの回折面でのピークエネルギー値の平
均値とする。
すなわち、Eni:i番目に測定された結晶からの回折
X線の任意の回折面におけるピークエネルギー値 m:測定回数(m≧2) これは、第3図を用いて説明すると、この図では実線で
示したものが、ある結晶から回折した試料法線と回折面
法線とのなす角度がW1の場合の回折X線のエネルギー
を示すものと想定すると、3つの回折面110,200
,211で夫々ピークエネルギーEnl,Enl′,E
Ollが出ている状況を表わしている。
そこで図に}いてまず一点鎖線で示した所定の1つの回
折面110に卦ける回折X線のピークエネルギーEOl
榛1j定し、次に同様の方法により破線で示される近接
した他の結晶から回折した試料法線と回折面法線とのな
す角度W2の場合に訃ける回折X線のエネルギーからW
1と同じ所定の回折面(一点鎖線で表した110回折面
)でのピークエネルギーEl2を測定する。そして同様
な測定を測定が必要な回折面について複数の測定回数(
最低2回)行う。そうして例えばこの所定の110回折
面に}けるピークエネルギーの平均値Enを(7)式に
基づいて算出すれば良いものである。次にX線のピーク
エネルギーの平均値EOを用*いて格子面間隔d を(
3)式を用いて とおけばd*は無応力状態の格子面間隔D。
との差違が無視出来る程小さいことがわかつているので
d*はD。と等しいと見なせる。即ち、応力が作用した
状態の結晶の歪量εは、格子面間隔の変化率δd/dに
対応するから、ε−δd−となる。
また炭素鋼では、応力σX二10Kgd/Mn2、ヤン
グ率E=21000k9f/MTlL2であり、σ、=
Eεの関係があるから、ε二V=7占%6−:0.00
05ところで格子面間隔の変化率δd/dは Id本一DOIa不 0d に等しいことから、一=1一 D6dldV )d*はD。
と等しいと見なせる。また、このことは回折X線のエネ
ルギーピーク値に関して見ても妥当と云える。
つま9上記と同様に炭素鋼を例にとつて説明すると、応
力σ。=10kg/Ml2、ヤング率E=21000k
gfノI2、ポアソン比ν=0.3とし回折角θ=3C
f)で回折面が110面を測面するとすればここで格子
定数a=2.8664、ミラー指数h=,k=1,2=
0であるので、今V=01,45′の2点なる角度をと
つた場合、上式は次の如く簡単になる。
=−1.89×10−3(KeV) 従つて110面の回折X線のエネルギーピーク値EO=
6.117KeVに対してピークのずれは僅かに1.8
9×10−3KeVであるので、EnとしてV7′を種
々変えて応力測定したときのピーク値Eniの平均値で
σ、を求めても誤差は極めて小さいことになる。
よつてす*=1とおいて計算して0d0も差しつかえな
い。
上記の説明から理解出来るように、?=1にゝ dよつ
て前述の(支)〃式はD。
―??拮I2:諷わせる。従つて(6)式は次の様に表
わすことが出来る。―暉r1−一11五VυJ!l具1
上記(8)式が本発明になる白色X線応力測定法の基礎
式である。
(8)式かられかるように少なくともW角を変えて2箇
所以上(例えばW,,W2)で測定すれば、回折X線の
所定の回折面からのピークエネルギーの平均値Enは簡
単に測定出来、しかもヤング率E及びポアソン比νは材
料により定まる値であることから、前記諸測定値に基づ
き(8)式を用いて、正確な応力σxを簡単に求めるこ
とができる。以下本発明の好適な一実施例について説明
する。
第4図は本発明を適用した白色X線応力測定装置の一実
施例で、第5図はその構造部分の詳細図である。白色X
線管42よジ出た白色X線は多結晶からなる試@41の
結晶にて回折され、回折X線のX線エネルギーが2台の
検出器46により検出され、増幅器30によつて増幅後
、波高分析器31(マルチチヤンネル型)にてエネルギ
ー選別を行なつて、整形用増幅器32からA−D変換器
33、解栢涜u御装置34を経て、計算機35に工り記
憶される。伺(8)式の演算は解析制御装置34にて行
なわれる。処理されたデータは、デイジタルプリンタ一
36、XYプロツタ37、モニターテレビ38に表示さ
れる工うになつている。
試料法線0Pより傾いた位置(本装置では回折角θの余
角ηだけ傾いた位置)に白色X線管42及びソーラース
リツト43を設定しており、これをはさんで入射X線に
対し試料表面のX線照射位置を中心にして夫々2ηなる
角度位置にソーラースリツト45、検出器46が管球検
出器円弧支持体47に夫々設定されている。
なお管球42はこの円弧支持体47(これはX線照射位
置を中心とした円弧体である)上、上記の角度関係を保
つて移動できる。48は、X線照射位置決めを行うため
の治具を保持するための部材である。
前記両X線検出器46は半導体検出器であるため液化窒
素温度にて冷却しておく必要がある。
このための冷却液タンク(ボンベ)49、冷却用真空管
に封入された冷却熱伝達棒50を経て検出器46が冷却
される。被測定物の幾何学的条件によジセツテイング角
度を変更させる必要の生じた際は管球位置を変えると共
にソーラースリツト調節器51により検出回折角を変え
る。管球検出器設定円弧支持体47は球形継手52に支
持され、冷却用窒素容器49も球形継手上に設置され自
由に測定点、方向が設定できる。球形継手52は測定ヘ
ツド支持体53に結合され支持体54を介してヘツド支
柱55により支持されている。支持体53と54の間及
び支持体54と支柱55の間にラツク、ピニオン機構を
採用すれば、夫々水平方向及び垂直方向の微動調節が可
能となる。X線管42は高圧ケーブル44を経て高圧ト
ランスに接続されている。X線検出器にて検出された信
号は前述した第4図の装置によりエネルギー選別され解
析される。検出器を2台用いたことにより8式を用いて
約10分程度の短時間にて応力測定乃至連続応力測定が
可能である。以上の実施例では、白色X線管1個、検出
器2個の組合せについて説明したが、さらに多くの検出
器を用いることにより任意の方向の応力が同時に測定で
きる。
周、白色X線応力測定の基本となる(8)式から明らか
なように応力σ、はヤング率E1ポアソン比νの関数で
あるが、これは温度の関数であるので測定温度に}ける
ヤング率E1ポアソン比νを用いるようにすれば更に正
確な応力値を求めることができる。
発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、簡単な装置にて
無応力状態における格子定数がわからなくても短時間で
かつ高精度に材料の応力を測定できるという優れた効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のX線応力測定装置の原理図、第2図は本
発明を適用したX線応力測定装置の原理図、第3図は本
発明を適用したX線応力測定装置により測定したX線強
度一エネルギ一線図、第4図は本発明のX線応力測定装
置の一実施例を示す図、第5図は本発明の一実施例であ
るX線応力測定装置を示す部分構造図である。 13・・伯色X線管、15・・・試料、17,19・・
・検出器、22,23・・・回折X線、En・・・ピー
クエネルギー値、En・・・ピークエネルギー値の平均
値、ν・・・ポアソン比、E・・・ヤング率、W・・・
試料法線と回折面法線のなす角。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 応力を測定すべき多結晶からなる試料面に入射角一
    定の白色X線を照射し、該試料面の法線と回折面法線と
    のなす角が異なる結晶面からの複数の回折X線をそれぞ
    れ検出し、これら各回折X線の検出値における任意の1
    つの回折面でのピークエネルギーの平均値を求め、前記
    ピークエネルギーの平均値を用いて無応力状態の格子定
    数を知ることなく応力を求めることを特徴とする白色X
    線応力測定方法。
JP49055496A 1974-05-20 1974-05-20 X線応力測定方法 Expired JPS5911860B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6815933B2 (ja) 2017-05-31 2021-01-20 株式会社神戸製鋼所 応力測定方法
JP6776181B2 (ja) * 2017-05-31 2020-10-28 株式会社神戸製鋼所 応力測定方法
DE102017223228B3 (de) 2017-12-19 2018-12-27 Bruker Axs Gmbh Aufbau zur ortsaufgelösten Messung mit einem wellenlängendispersiven Röntgenspektrometer

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SCIENCE#N3818=1968 *

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