Thạc Sĩ đánh giá ứng suất tồn dư trong kim loại đồng bằng phân tích đỉnh nhiễu xạ tia x

MỞ ĐẦU

Độ bền vật liệu là một vấn đề mà khoa học kỹ thuật hiện đại rất quan tâm. Nhiều phương pháp khác nhau được ứng dụng để nghiên cứu khảo sát độ bền kim loại. Trong số đó phương pháp nhiễu xạ tia X đóng vai trò quan trọng. Phương pháp phân tích cấu trúc kim loại bằng cách phân tích các phổ nhiễu xạ tia X trên tinh thể kim loại để khảo sát sự sắp xếp các nguyên tử trong tinh thể, nghiên cứu giản đồ trạng thái của các hợp kim, xác định ứng suất tồn dư, nghiên cứu những sai hỏng trong cấu trúc tinh thể kim loại Phương pháp nhiễu xạ tia X đánh giá sai hỏng mỏi ở giai đoạn sớm của kim loại là một việc làm mới, khó khăn, đòi hỏi các kỹ thuật phức tạp, các thiết bị phân tích hiện đại. Nó mang lại những hiểu biết cần thiết về những sai hỏng mỏi ảnh hưởng đến độ bền và các tính năng khác của kim loại.
1. Mục đích của đề tài.
Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X để khảo sát ứng suất tồn dư (thông qua độ sai hỏng) của mẫu đồng và thép CT3 nhằm đánh giá sự mỏi sớm và độ bền cơ học của kim loại đó.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Đề tài nghiên cứu chủ yếu trên mẫu kim loại đồng và thép cacbon CT3. Phạm vi là nghiên cứu đánh giá ứng suất tồn dư trong mẫu kim loại kéo mỏi.
3. Ý nghĩa khoa học thực tiễn.
Khảo sát hiện tượng mỏi của vật liệu nói chung và kim loại nói riêng có ý nghĩa hết sức to lớn trong công nghệ chế tạo, giúp ta hiểu biết về ứng xử của vật liệu dưới tác động của ứng suất. Từ đó, có cái nhìn đầy đủ và chính xác về độ bền cơ học của vật liệu đó, góp phần dự đoán tuổi thọ chi tiết máy và công trình, tránh được những tai nạn, sự cố. Bên cạnh đó, luận văn này là một phần công việc trong phạm vi đề tài cấp bộ của Trung tâm Hạt nhân trong việc khảo sát mỏi sớm bằng nhiều kỹ thuật kết hợp nhằm xây dựng một phương pháp mới, hiệu quả có thể đưa ra hiện trường để khảo sát mỏi của công trình.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
DANH SÁCH CÁC BIỂU BẢNG
MỞ ĐẦU 1
1. Mục đích đề tài 1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 1
3. Ý nghĩa khoa học thực tiễn . 1
Chương 1. CẤU TRÚC MẠNG TINH THỂ CỦA VẬT RẮN . 2
1.1.Khái niệm mạng tinh thể 2
1.1.1. Mạng tinh thể là gì 2
1.1.2. Ô cơ sở, chỉ số phương, chỉ số Miller của mặt tinh thể 3
1.2. Mạng đảo . 5
1.2.1. Khái niệm mạng đảo . 5
1.2.2. Tính chất và ý nghĩa mạng đảo . 6
1.3. Cấu trúc tinh thể điển hình của kim loại . 7
1.3.1. Mạng lập phương tâm khối . 7
1.3.2. Mạng lập phương tâm mặt 8
1.3.3. Mạng lục giác xếp chặt . 8
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỎI . 10
2.1. Hiện tượng mỏi của kim loại . 10
2.1.1. Hiện tượng mỏi . 10
2.1.2. Giới hạn mỏi 11
2.1.3. Đường cong mỏi 11
2.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới độ bền mỏi . 12
2.2.1. Ảnh hưởng của bản chất vật liệu và xử lý nhiệt . 12
2.2.2. Ảnh hưởng của chế độ tải trọng 14
2.2.3. Ảnh hưởng của môi trường . 15
2.2.4. Ảnh hưởng của hiện tượng Fretting 15
2.3. Cơ chế lan truyền vết nứt mỏi . 16
2.3.1. Các pha trên đường cong mỏi Wohler 16
2.3.2. Nghiên cứu bề mặt phá hủy mỏi của các chi tiết máy thực tế 16
2.3.3. Giải thích cơ chế của sự phá hủy mỏi . 17
2.3.4. Các phương trình lan truyền vết nứt mỏi 18
2.3.5. Điều kiện ngừng lan truyền vết nứt mỏi . 19
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X . 21
3.1. Tia X và sự phát sinh tia X 21
3.2. Tính chất của tia X và sự tương tác của tia X lên vật chất 24
3.3. Nhiễu xạ của tia X trên tinh thể 25
3.3.1. Hiện tượng nhiễu xạ tia X trên tinh thể . 25
3.3.2. Phương trình Bragg . 26
3.4. Các phương pháp ghi phổ nhiễu xạ tia X 27
3.4.1. Ghi phổ nhiễu xạ bằng phim ảnh 27
3.4.2. Ghi phổ nhiễu xạ bằng ống đếm tia X 29
3.5. Phép phân tích phổ nhiễu xạ tia X 31
3.5.1. Xác định cấu trúc mạng tinh thể . 31
3.5.2. Xác định sai hỏng mỏi ở mẫu khảo sát . 32
3.5.3. Xác định ứng suất bằng mô hình ứng suất phẳng, phương pháp sin2(ψ) . 35
Chương 4. THIẾT BỊ NHIỄU XẠ TIA X, CHUẨN BỊ MẪU, ĐO ĐẠC MẪU
VÀ PHÂN TÍCH PHỔ NHIỄU XẠ . 41
4.1.Thiết bị nhiễu xạ tia X X’Pert Pro . 41
4.2.Chuẩn bị mẫu, đo đạc mẫu 45
4.2.1. Chuẩn bị mẫu 45
4.2.2. Xử lý mẫu 47
4.2.3.Đo mẫu trên hệ máy nhiễu xạ X’Pert Pro 48
4.3.Phân tích phổ nhiễu xạ . 50
4.3.1.Phương pháp giải chập Stokes bằng phân tích Fourier . 50
4.3.2.Kỹ thuật làm khớp phổ . 55
Chương 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
PHỤ LỤC . 70