Zastosowanie nieniszczących dyfrakcyjnych metod rentgenowskich do charakteryzowania stanu struktury materiałów

• Autorzy: Skrzypek, S. J. , Witkowska, M. , Kowalska, M. , Chruściel, K.

Warianty tytułu

EN

The non-destructive X-Ray methods in measuring of some material properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia niektóre istotne zastosowania metod rentgenowskich do określania wybranych właściwości i charakterystyk materiałowych odnoszących się do struktury i stanu materiałów po różnych etapach procesu wytwarzania i obróbki. Te nieniszczące metody, które wykorzystują dyfrakcję promieni rentgenowskich, dają w pośredni sposób możliwość ujawniania szeregu danych dotyczących struktury wewnętrznej, jak również pomiaru niektórych podstawowych właściwości materiałów. Typowe zastosowania obejmują pomiary mikroi makro-naprężeń własnych, grubości cienkich warstw i powłok, składu fazowego, gęstości defektów struktury, rozmiaru krystalitów oraz ich rozkładu orientacji (tekstury) itp. Prezentowane metody i techniki rentgenowskie wykorzystują szeroki zakres stosowanych długości fali oraz różne warianty geometrii dyfrakcji. W artykule uwzględniono zwłaszcza metody dyfrakcji promieniowania X w geometrii stałego kąta padania (SKP) oraz metodę Bragg-Brentano (BB) stosowane do praktycznego pomiaru grubości powłok i cienkich warstw. Takie nieniszczące pomiary mają aspekt praktyczny, np. w zastosowaniu do kontroli jakości produkcji lub poszczególnych operacji technologicznych, a także do diagnozowania stopnia zużycia eksploatacyjnego elementów maszyn.

EN

The paper presents some important applications of X-ray methods in determination of selected material features and characteristics related to the structure and state of materials after different stages of manufacturing and processing. These non-destructive methods, which base on diffraction of X-rays, give ability to reveal indirectly a number of details of internal structure and to measure some important materials features. Typical applications comprise measurements of micro- and macro- residual stresses, thickness of thin layers and coatings, phase composition, density of lattice defects, size of crystallites and their orientation distribution (texture), etc. The presented X-ray methods and techniques utilize wide range of applicable wavelengths and different variants of diffraction geometry. Especially symmetrical and asym-- metrical Bragg-Brentano method, the methods with grazing incidence angle and reflectivity in different conditions were considered in the paper. In particular the last two methods are destined to thickness measurements of micro- and nano- thin layers and surface coatings. Such X-ray non-destructive methods are recommended for practical applications in quality control of production as well as verification of exploitative and operational wear of machine elements.

Słowa kluczowe

PL

metody dyfrakcyjne; dyfrakcja w geometrii stałego kąta padania; dyfrakcja w geometrii Bragg-Brentano; pomiar grubości powłok i cienkich warstw; dyfrakcyjna analiza fazowa; pomiary mikro- i makronaprężeń własnych; dyfrakcyjna metoda analizy tekstury krystalograficznej; analiza profilu linii dyfrakcyjnej

EN

X-ray diffraction method; grazing incident angle and Bragg-Brentano diffraction methods; thickness measurement of coatings and thin-layers; X-ray phase analysis; measurements of micro- and macro residual stresses; measurements and analysis of crystallographic texture; analysis of diffraction line profile

• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 79, nr 4
• Strony: 238--246
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skrzypek, S. J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

autor

Witkowska, M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

autor

Kowalska, M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

autor

Chruściel, K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• 1. Skrzypek S. J.: Nowe możliwości pomiaru makro-naprężeń własnych w materiałach przy zastosowaniu dyfrakcji promieniowania X w geometrii stałego kąta padania, Rozprawy i Monografie 108, Uczelniane Wyd. Nauk.-Dydaktyczne AGH, Kraków 2002
• 2. Cullity B. D.: Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, PWN, Warszawa 1964
• 3. Skrzypek S. J., Goły M., Chruściel K., Garcia E.: Nieniszczący pomiar grubości powłok. Krajowa Konf. Badań Radiograficznych, Wyd. Polit. Poznańska, NDT System, Warszawa – Poznań 2009, s. 123÷127
• 4. Huang T. C, Parrish W.: Characterization of single and multilayer films by X-ray reflectometry. Advances in X-Ray Analysis, vol. 35, 1992, pp. 137÷142
• 5. Kanak J., Stobiecki T., Wiśniowsk P., Gładyszewski G., Maass W, Szymański B.: XRD study of the structure of {NiFe/Au} superlattices, Journal of Magnetism and Magn. Mat., vol. 239, no. 1÷3, 2002, pp. 329÷331
• 6. Liscic B., Tensi H. M., Luty W.: Theory and Technology of Quenching, Berlin-N. York-Budapeszt, Springer-Verlag 1992
• 7. Senczyk D.: Dyfraktometria rentgenowska w badaniach stanów naprężenia i własności sprężystych. Wyd. Politechniki, Poznań, 1995
• 8. Karp J., Pofelska-Filip I.: Rentgenowska ilościowa analiza fazowa (RIAF) austenitu w stalach, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, t. 46, 1979, s. 253÷269
• 9. Łągiewka E., Budniok A.: Struktura, właściwości i metody badań materiałów otrzymanych elektrolitycznie, Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice 2010
• 10. Witkowska M.: Rozwój tekstury odkształcenia i wyżarzania w stalach austenityczno-ferrytycznych typu duplex, Praca doktorska, 2004
• 11. Kowalska J.: Wpływ warunków odkształcenia i obróbki cieplnej na teksturę i mikrostrukturę stali austenitycznej chromowo- -niklowej, Praca doktorska, 2006
• 12. Skrzypek S. J., Karp J., Breczko T.,Dulba J.: Application of the Diffraction Line Profile to Investigation of Fatigue Softening of Martensite. 11-th Conf. on Applied Crystallography, Kozubnik, Poland, 1984, vol. 2, pp. 429÷435
• 13. Skrzypek S. J.: Broadning of the reflextion in study of fatigue of materials. Advanced Methods in –X-Ray and Neutron Structure Analysis of Materials, Prague 20÷24 August 1990
• 14. Skrzypek S. J, Karp J., Dulba J.: The Effect of Deformation by Burnishing on Structure of Hardened Steel. Scientific Bull. of Academy of Mining & Metallurgy, Krakow, Poland. Metallurgy & Foundary Practice. Bull. 110, (1987), pp.169÷173
• 15. Skrzypek S. J., Baczmański A., Ratuszek W., Kusior E.: “New approach to stress analysis based on grazing-incidence Xray diffraction” Journal of Applied Crystallography 34 (2001), pp. 427÷435
• 16. Skrzypek S. J.,.Kolawa E, Sawicki A.: Study of the Retained Austenite Phase Transformation by Converstion Electron Mossbauer Spectroskopy and X-ray Diffraction. Mat. Science & Eng. 66, (1984), pp. 145÷149
• 17. Bojarski Z., Bołd T.: Rentgenograficzne metody wyznaczania zniekształceń sieciowych i wielkości bloków metali polikrystalicznych. Prace Inst. Hut., 22, 1970, pp. 115÷127
• 18. Karp J., Skrzypek S. J., Szewczyk S.: Utilization of Ka and Kb X-ray Radiation for Quantitative Phase Analysis. Proc. of the 7-th Conf. on Applied Crystallography, Gliwice 1976, pp.115÷123

Uwagi

PL

Praca realizowana w ramach badań statutowych AGH do umowy nr 11.11.110.