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GB／T 39520-2020 弹簧残余应力的X射线衍射测试方法.pdf简介：

"GB/T 39520-2020 弹簧残余应力的X射线衍射测试方法.pdf" 是一个中国的国家标准，其全称为《弹簧残余应力的X射线衍射测试方法》。这个标准详细规定了使用X射线衍射技术来测量和评估弹簧材料在制造过程中产生的残余应力的方法。X射线衍射是一种非破坏性的分析技术，通过检测材料内部原子结构对X射线的散射，来推断出材料内部的应力状态。

该标准适用于弹簧制造过程中对残余应力的精确测量，对于弹簧的疲劳寿命、性能稳定性等有着重要的影响。它可能包括了测试设备的选择、样品制备、数据处理和结果解释等步骤，以确保测量结果的准确性和可重复性。通过遵循此标准，可以确保弹簧的质量控制和一致性。

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和GB/T7704界定的术语和定义适用于本文件

下列符号适用于本文件。 A：吸收因子 d。：材料无应力状态的晶面间距 d纯：法线处于Φ和亚角定义方向上的晶面间距 《hkl）：晶面指数为（hkl）的晶面族 （L1，L2，Ls）：实验室坐标系 LP：洛伦兹偏振因子 （S1，S2，S）：试样坐标系，S由操作者定义 Shkl），Sk》：《hkl)晶面的X射线弹性常数 Z：X射线穿透深度 β：积分宽度，即衍射峰去除与布拉格衍射无关的背底以后积分面积与最大强度之比 壁：和亚角定义的方向上的应变 0：布拉格角，衍射角20的1/2，亦即入射X射线或衍射线与衍射晶面之夹角 ：角方向的正应力 G :正应力分量(i=1,2,3)

DB36∕T 1152-2019 工业与民用建筑机制砂生产与应用技术规程GB/T 395202020

T：。作用面上垂直于试样表面方向的切应力分量 T;：切应力分量（i≠j；i=1,2,3;j=1,23） Φ：衍射晶面法线在试样平面的投影与试样平面上某一指定方向之夹角 X：扫描平面相对于试样表面法线的夹角 亚。：入射角，即入射线与试样表面法线之夹角 w：在X=0即扫描平面垂直于试样表面的条件下入射X射线与试样表面之间的夹角

5弹簧残余应力来源及分类

弹簧残余应力有物理和化学两类来源，其中： a）物理变化：弹簧冷热成形和表面强化等引起的不均勾变形及热处理相变； b）化学变化：弹簧氧化、渗氨和电镀等化学处理

5.2.1宏观残余应力

宏观残余应力指在较大的材 粒范围）内存在，并保持平衡的内应力 宏观残亲应力

5.2.2微观残余应力

微观残余应力指在较小的材料区 范围内)存在，并保持平衡的内应力。 引起弹簧微观组织结构改变（亚晶块细

6X射线应力测定原理及方法

6.1X射线应力测定基本原理

弹簧材料都是多晶体结构，宏观应力所对应的应变是相应区域里各个晶粒晶格应变的统计结果，依 据X射线衍射原理测定的晶格应变可计算出应力。对于多晶材料上某点，随着衍射晶面法线方向的改 变衍射峰发生的位移反映了宏观残余应力的大小，而衍射峰的半高宽和强度则与微观残余应力相关。 测定基本原理参见附录A。

按现有不同种类衍射装置的几何布置，采用以下两类基本应力测试方法： a）同倾法：应力方向平面（亚平面）与29平面重合的测定方法。 b）侧倾法（X法）：应力方向平面（亚平面）与20平面相互垂直的应力测定方法

GB/T39520—2020

I在一定的2范围自动获得衍射曲线的功能。对测角仪的基本要求如下： 2回转中心、亚回转中心、X射线光斑中心、仪器指示的测试点中心四者应相重合； 接收反射线的20范围：高角宜不小于167°低角宜不大于143°（某些专用测试装置不受此角度 范围的限制），宜能够正确给出衍射峰半高宽； 亚角的范围一般宜设为0°~45°

X射线管应根据被测材料类型选择Cr靶或Mn靶

应选择以下三种类型常用探测器之一 单点接收的探测器（通过机扫描获得衍射强度沿反射角的分布曲线）； 线阵探测器（可一次获得整条衍射曲线）； 面探测器（可一次获得整个或部分德拜环）

8.1.1测试设备准备

测试设备准备如下： a）测试开始前应使用荧光屏检查仪器指示的测试点中心（激光点或指针尖端）与X光斑中心保 持一致， b）使用无应力铁粉对设备进行校验；仪器连续测试不少于3次，每次所得应力值应在土14MP： 以内；如果应力值超过士14MPa，应重新调整设备或测量参数

8.1.2.1试样表面质量要求与处理方法

试样表面应无涂层、无污垢、无油膜与氧化层，测试点应避开磕碰划伤等缺陷。需要去除涂层、清理 表面时不可使用锉刀、砂布等，避免损伤金属表面以致产生附加应力。螺旋弹簧试样表面粗糙度Ra应 不大于10um、钢板弹簧试样表面粗糙度Ra应不大于20um，当不满足要求时，可使用电化学方法对测 试区域进行平整

一般情况下测试部位应选取弹簧计算最天应力区域。如有特殊要求，由供需双方协商。试样须在

注：计数即探测器在规定的时间内接收的X光子数目。计数越高则随机误差越小

定峰方法即在测得的衍射曲线上确定衍射峰位（衍射角20）的方法。定峰方法选择原则如下： 在能够得到完整钟罩型衍射曲线条件下，应选择利用原始衍射曲线数据较多的方法，可选择交 相关法、半高宽法、重心法、抛物线法等函数拟合法 在采用侧倾固定亚法的前提下，如果因为某种原因无法得到完整衍射曲线而只能得到衍射峰 主体部分，或者衍射峰背底受到材料中其他相衍射干扰，则作为近似处理，可不扣背底，而采用 抛物线法或“有限交相关法”定峰，同时注意合理选择取点范围，尽量避免背底干扰。 在一次应力测试中，对应于各亚角衍射曲线定峰方法应是一致。

测试数据处理方法见附录B

测试不确定度包含试样材料引入的不确定度、系统效应引人的不确定度和随机效应引人的不确定 度三个分量。为了提升测试可信度，应从这三个方面着手进行分析。 应力测量不确定度主要来源于数据点（20，sin"亚）或（ε，sin亚）相对于拟合直线的残差。不确定度 的计算方法见B.5。

[11.1一般性测试参数信息

试验报告中应包括以下一般性测试参数信息： 试样名称、编号、材质、状态、晶体结构类型以及测试点部位、应力方向等； 测定方法、定峰方法、衍射晶面、辐射、应力常数（X射线弹性常数）等； 亚角、20范围、扫描步距/分辨率、采集时间（曝光时间）、准直管直径或人射狭缝尺寸（光斑尺 寸）、X射线管电压电流等

试验报告至少包括以下测试结果的内容： 应力值（带正负符号）；建议给出ε一sin2亚图或20一sin2亚图，一定置信概率之下的不确定 度；还宜记载半高宽、积分宽、衍射角、最大衍射强度、积分强度等。 实验操作者、审核者、批准者姓名，来样目期、测试目期等

试验报告示例参见附录C。

T13 O点以S,为法线的平面上S.方向的切应力； T 23 O点以S2为法线的平面上S方向的切应力。 和泊松比V确定，可以用公式（A.2)和公式（A.3)表述：

E一一杨氏模量； 一泊松比。 设应力分量为S方向的上正应力（见图A.1），为作用面上垂直于试样表面方向的切应力 公式（A.4）和公式（A.5）为：

由公式（A.1)得公式（A.6）为！

+=cos十sing

。一一方向上的正应力分量； T一一作用面上垂直于试样表面方向的切应力分量。 对于天多数材料和零部件来说，X射线穿透深度只有儿微来至儿十微来，因此通常假定33三0。在 X射线穿透深度很大或者多相材料的情况下应谨慎处理，参见GB/T7704，所以公式（A.6)式可以简化 为公式（A.7）：

使用X射线衍射装置测得衍射角2，根据布拉格定律求得与之对应的晶面间距为d，则晶格 应变可用晶面间距来表示，见公式（A.8）：

材料的O点上（hkl）由和亚确定的OP方向上的应变； 材料无应力状态对应于（hkl）的布拉格角； 衍射角20纯的1/2； 204* 材料的O点上以OP方为法线的《hkl）所对应的衍射角，由衍射装置测得； d。 材料无应力状态《hkl）的晶面间距； d 材料的O点上以OP方为法线的《hkl）的晶面间距，由测得的20求出 公式（A.8)为真应变表达式，亦可使用近似方程，见公式（A.9)或公式（A.10）：

GB/T39520—2020

GB/T 395202020

处理包括扣除背底、强度因子校正、定峰，还包括应力值计算和不确定度计算。也可先将衍射曲线进行 二次三项式拟合或合适的钟罩型函数（如高斯、柯西等）拟合，然后进行上述数据处理

测试仪器的探测器采集到的衍射曲线所包含的与布拉格衍射无关的背底应予以扣除DB36∕T 1008-2018 混合梁斜拉桥混凝土超宽箱梁施工技术规范，以得到纯净 的衍射峰。 如果衍射曲线不是一个孤立的衍射峰，所选用的衍射峰的背底与其他衍射峰有一定程度的重叠，则 不宜轻易扣除背底，否则会造成大的偏差（见8.2.5）

可选择半高宽法、抛物线法、重心法等方法确定衍

B.5应力值不确定度计算

A—应变ε或衍射角20对sin"亚的拟合直线在纵坐标的截距； xsin"亚：的平均值; ——应变或衍射角20的平均值。 X见公式(B.2):

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应变E?或衍射角20对sin亚的拟合直线斜率M的不确定度定义△M见公式（B.4）

《城市用水分类标准 CJ/T3070-1999》a= B.5 A=K . AM (B.f

在这样的条件下，应力测定的不确定度应表述为：在置信概率为0.75的条件下，应力值 半宽度为。