1前言采用X射线测量应力一般是评定材料表面的应力。实际是，使用特性X射线穿透深度的累计平 均值。因此，测量由压延和磨削加工等而产生表面应力斜率的材料剩余应力分布时，用过去的si n2Φ中法正确评定是困难的。所以，为评定这类的应力分布提出多种新的测量方法。在本研究中 示出利用2种特性X射线对金属的不同透过深度，无损测量表层剩余应力深度方向的分布简易法。 例如，测量进行压延加工、热处理、还有磨削加工的轧制钢材（JISSKS51）的剩余应力。 为研究简易法的实用性，采用在深度方向上严密地评定剩余应力分布变化的逐次薄层去掉法进行测 量。此时，对用逐次薄层去掉法测得的测量值，应用基于X射线透过深度进行修正。有关这种方法 也一并进行报导。在理论分析中，试件平板是正方形，且剩余应力是只考虑板厚方向Z函数的平面 应力状态。2理论2．1采用按逐次薄层去掉法研究测量衍射角X射线透过深度的修正方法图l示 出，通过入射角中。透过试件内部的X射线穿过长度为！l＋l。，透过深度为ZoZ是把试件表 面作为原点，使深度方向为正。X射线是因在试件内部中受到吸收影响而衰减，所以在试件表面上 检出的衍射X射线强度1是，当X射线的人射强度为1。时用式（1）来表示。1＝1。＊＊p［ 一卜儿十！2）〕（1）式中卜是线吸收系数，其值取决于应用的。于注X射线种类和测量对象的 金属组织。图1中，衍射X射线穿过长度，用X射线穿透深度，入射角4。、sragg角表示则 为式（2）。。、0。k线通过式（l）、（2），X射线穿透深度达到Z时衍射强度是由式（3 ）而获得。I＝IoCXP｛一卜ZkSC中。一SeC（中。一26）3｝（3）因此，考虑从 图2所示的表面去掉薄层达到深度Z的试件时，用此试件的X射线测量衍射角26M（Z）是，通 过由深度Z（＞Z）上存在的结晶而产生的衍射角20《）的式（3）示出累计平均值，且用式（ 4）来表示。在式（4）的指数函数中20（Z）是原变数，其变量因0．01”左右的极小的数 所以作为常数使用。因此，将把指数函数中的26（；）转换成28。（Z）使式（4）两边用Z 进行微分，如要在深度Z中求出真的衍射角ZB（Z）时可由式（5）求出。式（5）是由包括除 测量26。（Z）之外有关28。（Z）的Z的微分，所以必须在逐次去掉薄层的同时在测量ZB 。（Z）基础上进行修正计算。每个入射角4。求出2肘（Z）．绘制图3示出的ZB一Z图表。 把用逐次薄层去掉法测量的衍射角20和深度Z的关系应用适当曲线近似于最小二次方。应用其近 似曲线和式（5），求出衍射角28的修正值。在基于此修正值的深度Z中计算真的剩余应力。2 ．2用X射线穿透深度简易法测量剩余应力的方法在磨削和压延加工材料中，穿透X射线最表层剩 余应力往往在深度方向上近似于直线变化。因此，使剩余应力的深度方向分布近似于直线，将其斜 率定为a，表面应力定为。。时，在表层上分布的剩余应力a（Z）是通过式（6）表示ca（Z ）一o。＋aZ（6）在通过式（6）表示存在应力分布的试件中，衍射X射线的剖面是通过衍射 面深度上有不同的Bragg角的衍射X射线之混合物。因此，从衍射线剖面的最大位置的衍射角 所计算的应力。。（＋。），使每个深度的应力。（Z）根据式（3）累计计算的应力平均值对应 ，而用式（7）得出。在式（7）的指数函数中26（Z）是原变数，因为其变化量非常小所以取 为常数。因此，在用各人射角中。得出的26（Z）替换于衍射线剖面的最大衍射面2时计算式（ 7）的话得出式（8）。从式（6）、（8．）求出对应于累计平均应力。。（。）的深度Z时得 出式（9）。因此，对每个入射角4。能够测量深度Z的不同累计平均应力。。。此模式在图4中 示出。实际X射线测量应力是由在26一sin’中图表中用最小二次方法求出，但此值是对应于 中。一0”～45”的X射线穿透深度应力的平均值。在此值上加上表示用于测量特性X射线的标 志，例如根据Cr特性X射线测量的应力是用。表示。将根据应力斜率假设为直线时，把对r的深 度也作为中。一0”～45”的深度平均值Z。r而求出。因此，根据1种特性X射线测量的应力 值和其深度可决定为1组，所以使用2种X射线分伤求出应力和深度时，能决定图5所示的表面应 力向和应力斜率a。根据此方法能无损的评定在表层上存在的剩余应力的深度方向分布。例如，用 Cr及CoZ种特性X射线时，由于从各测量结果中能得出深度和应力关系（Z。、op）、（Z c、ta），所以式（6）表层剩余应力的深度方向分布是由下式求出。3实验3．l测量试件测 量了作为本原理的适用例子轧制钢材（JISSKS51）的压延方向剩余应力。试件是从宽13 0mm、厚度0．glmm的轧钢材料中取压延方向和垂直于纵向方向，切出长度130mm、宽 度40mm的试验片。图6示出试验片形状。化学成分在表1中示出。另外，此轧制材料是压延加 工后，用表2示出的热处理，而且用磨料WA、粒度46的磨具，在转速380m／min的条件 下进行湿磨加工。3．2应力测量应用特性X射线应力测量设备（MSF—ZM（株）制），用C r及Co特性X射线进行应力测量。利用半吸收层厚度法求出衍射角26。在逐次薄层去掉处交换 X射线管球进行测量。X射线应力测量条件在表3中示出。线吸收系数是，考虑试件化学成分的组 成而求出。纵向弹性系数和泊松比，使用考虑了弹性性质的衍射面依靠性的X射线的弹性常数。去 掉薄层是根据电解研磨装置（CN2904DI，（株）制）在试件中央的圆形（o12mm）区 域进行。所以不考虑伴随去掉薄层试件的变形。3．3测量结果和研究用逐次薄层去掉法，把用C r及Co特性X射线测量的衍射角20和X射线穿透深度修正衍射角20，在入射角中。一0”的 情况下分别在图7（a）、7（b）上示出。并进行如下修正。首先，应用3次曲线把测量的衍射 角20和深度Z的关系近似于最小二次方。用此近似曲线和式（5），求出衍射角26的修正值。 同样方法，人射角中。＝co～45”情况下修正的衍射角20一深度乙分别在图9（a）、9（ b）中示出。表3X射线应力测量条件图7（b）考虑X射线穿透深度的衍射角（当COKO、9 。一0“时）把20一sin’4图表的测量值和修正值，作为Z—omm或者不去掉薄层时在图 8（a）、8（5）上示出。图自fpwe）＊（b－一的修正履是从图9－（）、9（b）的修 正衍射角26一深度Z图表中求出。同样的把去掉薄层达到Z一0～0．05mm情况下修正的Z e—sin’小图表在图10（a）、10（b）上示出。由留10（a）、10（b）可见，因 为逐次薄层去掉法测量的20一sin’中图表的斜度比去掉层厚度小，所以确认存在应力斜率。 但是，由图8（a）、8（b）可见，在2＆－－Min‘中图表的测量值中见不到表示应力斜率 仲树荫弱绍了～～一剩余应力是用sin‘4法求出。在逐次薄层去掉法中，以图10（a）、1 0（b）的修正ZB—sin’中图表求出各深度的剩余应力。另外，在简易测量法中，用图8（ a）、8（b）示出的20一sin‘十日表的测量值。把用逐次薄层去掉法及简易测量法求出的 剩余应力分布表示在图11中。由图11可见，用逐次薄层去掉法时，在深度全范围内C。特性X 射线的测量应力比Cr特性X射线的测量应力小。特别是观察表面应力值的时候，Cr特性X射线 的场合相对一481MPa的Co特性X射线时一392MPa特别小。这是因Co特性X射线的 线吸收系数比Cr特性X射线小，所以这是因为考虑了表示对应于更深穿透深度包括最小剩余应力 的平均值。因此，和应力斜率大的表层比，其影在大。观察考虑了穿透深度的修正表面应力时·C r特性X射线情况下一588MPa、Co特性X射线情况下600MPa．两者非常一致。总之 所有的修正应力是比测量应力大·且可认定穿透深度的影响。臼10（b）ZB一。in’中修正 曲线（当CoKa、Z二omm～0．05mm时）用简易测量法测量由Cr特性X射线而产生的 平均应力是一481MPa、平均深度是4．3＿由门无产分注X射线而产生的平一均应力是一3 89MPa、平均深度是8·SPm。把这些值代入式（10）或者式（11）求出剩余应力分布 时，表面剩余应力是573MPa、应力斜率是22MPa／卜m。图11明确示出，深度达到1 0卜m左右时和用逐次薄层去掉法严密的测量结果大体上一致。ffi11JISSKS51钢板 的剩余应力分市另外，在Cr和Co特性X射线的穿透深度范围内，剩余应力是不仅只改变压缩应 力的应力方向范围，且因应力斜率也比较小，所以在Zpesin‘4图表上不能展示明显的非线 性。4结论根据特性X射线利用对金属的穿透深度的不同，压延加工后，为磨削加工的金属材料表 层改变深度方向上的剩余应力分布进行无损评定提出简易法。作为实用例子对轧制钢材（JISS KS51）上表层分布的剩余应力进行测量，与考虑了新的X射线穿透深度影响的逐次薄层法进行 了比较。其结果，和过去作为剩余应力深度方向分布的严格测量法的逐次薄层去掉法相比，简易测 量法是只限于表层上的十分有效的方法。用X射线穿透深度简易测量剩余应力@鹈饲@隆好@柴野 @纯一@廉京活牵悸鞘约С煞值淖槌啥蟪觥Ｗ菹虻韵凳筒此杀龋褂每悸橇说孕灾 实难苌涿嬉揽啃缘腦射线的弹性常数。去掉薄层是根据电解研磨装置（CN2904DI，（株） 制）在试件中央的圆形（o12mm）区域进行。所以不考虑伴随去掉薄层试件的变形。3．3测 量结果和研究用逐次薄层去掉法，把用Cr及Co特性X射线测量的衍射角20和X射线穿透深度修正衍射角20，在入射角中。一0”的情况下分别在图7（a）、7（b）上示出。并进行如下修正。首先，应用3次曲线把测量的衍射角20和深度Z的关系近似于最小二次方。用此近似曲线和式（5），求出衍射角26的修正值。同样方法，人射角中。＝co～45”情况下修正的衍射
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