Příspěvek k rentgenové difrakční metodice stanovení elastických konstant
Nikolaj
Ganev, Ivo Kraus,
FJFI
ČVUT, Praha
Zatímco při mechanických měřeních deformace je polykrystalická látka považována za kvaziizotropní, vztahuje se difrakční měření relativních změn mezirovinných vzdáleností vždy jen k určitým krystalografickým směrům (směrům normál reflektujících atomových mřížkových rovin). Souvislost mezi mřížkovými deformacemi a makroskopickým (vloženým nebo zbytkovým) napětím by měla proto být vyjádřena pomocí tzv. rentgenografických elastických konstant ⅟2s2 = (1+n)/E a s1 = -n /E, kde E, n jsou Youngův modul elasticity a Poissonovo číslo. Tyto veličiny závisejí na monokrystalových elastických modulech sik (resp. koeficientech cik ) jednotlivých fází, složení materiálu, mřížkové rovině (hkl) a charakteru spojení jednotlivých krystalků a fází. Hodnoty rentgenografických elastických konstant mohou být dodatečně ovlivněny také deformací materiálu za studena, póry, texturou, strukturními složkami jehlicovitého tvaru, různou velikostí krystalků, případně dalšími faktory.
Základem experimentálního stanovení rentgenografických elastických konstant je měření závislosti mřížkové deformace na vloženém tahovém nebo ohybovém napětí. Využíváme-li k určení elastických konstant ohyb, bude svazek paprsků dopadat na vypuklou stranu vzorku. Účinek gradientu napětí v řezu nosníku lze zanedbat, pokud je jeho tloušťka ca 100krát větší než efektivní hloubka vnikání použitého záření. Zbytková makroskopická napjatost vzorku, jehož rentgenografické elastické konstanty určujeme, nemá na hodnoty ⅟2s2 a s1 vliv, pokud nebude superpozicí zbytkových napětí s napětím vloženým překročena mez kluzu.
Princip experimentálního stanovení rentgenografických elastických konstant je sice jednoduchý, jeho praktické provedení však obecně velmi pracné. Nejčastější příčinou, která může určení konstant zcela znemožnit, je absence vzorku vhodného pro tahovou nebo ohybovou zkoušku; dodatečná výroba z analyzovaného objektu, obvykle členitého tvaru, není totiž obvykle přípustná.
Problémy vyvolávalo až donedávna také difrakční měření elastických konstant na vzorcích vyhovujících ohybové zkoušce sice svým jednoduchým geometrickým tvarem (nosník, tyč, destička apod.), jejich rozměry však byly příliš velké, a to jak pro umístění na difraktometru, tak na běžně dostupných zařízeních s fotografickou detekcí záření.Tuto překážku dnes už spolehlivě překonává přenosný rentgenový tenzometr TRIM dodávaný firmou SPECTRON Engineering v Sankt Petěrburgu.
Základní částí tohoto zařízení je dvouanodová rentgenka umožňující bez komplikovaných mechanizmů splnit geometrické podmínky difrakční tenzometrické metody dvou expozic [1]. Protože anody není třeba chladit vodou a elektrickou síť může nahradit běžná autobaterie, dá se s přístrojem měřit v laboratořích i přímo ve výrobních provozech. Souprava je složena ze zářiče se dvěma polohově citlivými detektory, zdroje vysokého napětí, ovládacího panelu a jednotky pro sběr dat a jejich elektronické zpracování počítačem.
Literatura
[1] Kraus I., Ganev N.: Difrakční analýza mechanických napětí. Vydavatelství ČVUT,
Praha 1995.
Tato práce je dílčím výsledkem řešení projektu podporovaného GA ČR (grant 106/01/0958).