Corrections for residual stress in X-ray grazing incidence technique

• Autorzy: Wroński S. , Wierzbanowski K. , Baczmański A. , Braham C. , Lodini A.

Warianty tytułu

PL

O poprawkach przy wyznaczaniu naprężeń własnych rentgenowską metodą stałego kąta padania

• Konferencja: SOTAMA Symposium on Texture and Microstructure Analysis (2; 26-28.09.2007; Cracow, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Grazing incidence technique (called also GID-sin2ψ method) can be used to study samples with important stress gradients. Using this method, it is possible to perform a non-destructive analysis of the heterogeneous stress field for different (and well defined) volumes below the surface of the sample. Moreover, the stress can be measured at very small depths of the order of a few um. Asymmetric geometry is used in this technique. The penetration depth of radiation is almost constant in a wide 20 range for a given incidence angle a. It can be easily changed by an appropriate selection of a angle (or also by using a different type of radiation). This enables the investigation of stress variation with depth below the sample surface. There are, however, some factors which have to be corrected in this technique. The most important is the refraction of X-ray wave (with refraction coefficient smaller than one). It changes the wave length and direction of the beam inside a sample. These two effects cause some shift of a pick position, which should be taken into account in data treatment. For small incidence angles (α ≤ 10°) the correction is significant and it can modify the measured stress even of 70 MPa. The refraction correction decreases, however, with increasing the incidence angle. Other corrections (absorption, atomic factor, Lorentz-polarization factor) are less important for the final results. The studied corrections were tested on ferrite powder samples and on a sample of AlS1316L stainless steel.

PL

Metoda stałego kąta padania (zwana taże metodą GID-sin 2ψ) może być zastosowana do badania materiałów o dużym gradiencie naprężeń własnych. Przy jej pomocy można dokonać nieniszczącej analizy niejednorodnych naprężeń w różnych (dobrze zdefiniowanych) częściach próbki poniżej jej powierzchni. Naprężenia mogą być wyznaczone na bardzo małych głębokościach, rzędu kilku µm. W metodzie używa się geometrii asymetrycznej. Głębokość wnikania jest prawie stała w szerokim przedziale kąta 20 przy ustalonej wartości kąta padania α. Głębokość tę można łatwo zmieniać dobierając odpowiednio wartość kąta α (oraz także używając różnego typu promieniowania). Wszystko to pozwala wyznaczyć zmienność naprężeń w głąb próbki. Omawiana technika wymaga jednak uwzględnienia kilku czynników korygujących. Najważniejszym z nich jest załamanie fali promieniowania rentgenowskiego (współczynnik załamania mniejszy od jedności). Zmienia ono zarówno długość jak i kierunek propagacji fali wewnątrz próbki. Oba to efekty powodują delikatne przesuniecie piku dyfrakcyjnego, które powinno być uwzględnione przy analizie wyników pomiaru. Dla małych Icqt6w padania (α ≤ 10°) poprawka jest znacząca i może ona zmienić wartość wyznaczanych napręzeń nawet o 70 MPa. Poprawka wynikająca z załamania fali rentgenowskiej maleje jednak ze wzrostem kąta padania. lnne poprawki (absorpcja, czynnik atomowy, czynnik Lorentza-polaryzacji) są mniej istotne dla dokładności pomiarów. Powyższe poprawki zostały przetestowane na próbkach proszkowych żelaza oraz na próbce stali nierdzewnej AISI316L.

Słowa kluczowe

EN

X-ray diffraction; internal stresses; stress determination; grazing incidence method; AISI316L strainless steel

PL

dyfrakcja rentgenowska; naprężenia własne; metoda stałego kąta padania; stal nierdzewna AISI 316L

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 1
• Strony: 275--281
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wroński S.

autor

Wierzbanowski K.

autor

Baczmański A.

autor

Braham C.

autor

Lodini A.

• FACULTY OF PHYSICS AND APPLIED COMPUTER SCIENCES. AGH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, 30-059 KRAKOW, 30 MICKIEWICZA AV, POLAND

Bibliografia

• [1] I. C. Noyan, J. B. Cohen, Residual Streess – Measurement by Diffraction and Interpretation, Springer Verlag, Berlin (1987).
• [2] S. J. Skrzypek, Nowe możliwości pomiaru makronaprężeń własnych materiałow przy zastosowaniu dyfrakcji promieniowania X w geometrii stalego kata padania. Rozprawy Monografie, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Krakow (2002).
• [3] S. Wroński, Ph. D. Thesis, University of Science and Technology, Poland (2007).
• [4] S. J. Skrzypek, A. Baczmański, Adv. X-Ray Anal. 44, 134-145 (2001).
• [5] S. J. Skrzypek, A. Baczmański, W. Ratuszek, E. Kusior, J. Appl. Cryst. 34, 427-435 (2001).
• [6] A. Baczmański, C. Braham, W. Seiler, N. Shiraki, Surface and Coat. Technology 182, 43-54 (2004).
• [7] B. D. Cullity, Elements of X-ray Diffraction, 2 rd ed. Massachussetts: Addison-Wesley (1978).
• [8] A. Guinier, Theorie et Technique de la Radiocrystallographie, DUNOD, Paris (1964).
• [9] M. Hart, M. Bellotto, G.S. Lim, The refractive index correction in powder diffraction. Acta Cryst. A44, 193-197 (1988).
• [10] L. G. Parratt, Surface studies of solids by total reflection of X-Rays. Phys. Review 95, 359-369 (1954).
• [11] A. Baczmański, Habilitation Thesis, Faculty of Physics and Applied Computer Sciences, AGH UST, Krakow, Poland (2005).