產品樣本應用文章
殘余應力的產生原因眾多，分布復雜、且檢測困難，在航空、航天、兵器等行業的機械加工領域中，殘余應力是對工件的尺寸穩定性、應力腐蝕、結構強度及疲勞壽命等指標的主要影響因素之一，同時也是引起變形、開裂等問題的罪魁禍首。 殘余應力檢測技術及其特點 現有的殘余應力測量方法主要包括有損檢測(機械法)與無損檢測(物理法)兩大類：前者對試件具有一定破壞性，通過應力釋放的方式可以測得第一類殘余應力，主要包括盲孔法、剝層法、取條法、切槽法等；后者為非破壞性的檢測方式，包括激光干涉法、云紋分析法、X射線衍射法、中子衍射法、磁應力法和超聲法等。 X射線法具有原理成熟(通過測量晶格間距變化求出應力大小)、方法完善、可重復測量、測試精度高、無損等優點，可現場操作并繪制應力云圖，為目前先進、無損、可靠，切實可行的殘余應力測定方法，在殘余應力無損檢測領域具有公認的權威性，有助于進行工藝實施前后的效果驗證： 1. 不改變材料狀態，屬無損測量 2. 通過與其它材料剝離、電解拋光方法配合，可實現對殘余應力的逐層測定，適用于精確測定應力沿層深的分布 3. 通過多點多向測量，可繪制工件應力分布的完整云圖 4. 應力測量值指導并修正CAE的應力仿真值，可以相對準確、全面的掌握工件在各個加工環節的應力狀態，并引申得到加工變形情況 不同階段殘余應力檢測的價值 由于鍛、軋、鑄毛坯的成型過程與工藝方法、工藝參數等因素，殘余應力幾乎存在于工藝的每個流程。任何階段產生塑性流動(塑性變形)都會導致零件中殘余應力的狀態發生變化。因此，在各個階段進行殘余應力檢測，有利于把控工件制造的整體質量，便于發現變形原因。 比如毛坯階段，加工工藝定型后，毛坯殘余應力的大小和分布規律直接影響最終加工完成后零件的尺寸變形。同批次零件毛坯的應力水平和一致性是加工合格率的關鍵。這個階段進行應力檢測，可從基本上發現問題，以免殘次毛坯再加工，造成巨大浪費。 在工件加工階段，殘余應力檢測可以在制造早期發現可能有缺陷的部件，并有效縮短識別問題的時間和重新制造部件的成本。對于一些創新性強的公司來說，甚至可以根據殘余應力檢測建立數據庫，根據大數據，發現不同應力值對工件的影響規律，實時準確監控組件中的應力，以此了解何時制造設備需要維護甚至更換刀具等。 在工件加工制造過程中測量殘余應力，另一個好處是能夠優化工藝順序，以便使成品部件中具有完好的殘余應力狀態。許多熱處理過程可以緩解或消除零件的應力，如果在高應力操作之前可以進行熱處理，則可能更好地減少或消除部件中的翹曲現象。 工件服役階段，殘余應力檢測同樣具有很高的價值。工件投入使用后，應力可能會有所消退。在日常維護期間，對高負載應力的零件進行檢測，可以有效評估零件壽命，進行失效評估，長此以往，可以根據應力自然值判斷是否需要維修或更換零件。 意大利GNR公司是一家老牌歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的技術開發和研究，能夠為各種應用開發分析程序，提供相應的實驗室設備，并通過其售后網絡在全球范圍內提供咨詢和客戶支持。 STRESS-X殘余應力分析儀的設計旨在為實驗室和現場使用的制造過程中的質量保證和質量控制實踐提供快速、可靠的解決方案。 它易于使用，但同時又能夠滿足大多數客戶的苛刻要求。其優點包括： 緊湊而強大的機器人 STRESS-X殘余應力使用機械臂進行測量點選擇并執行所需的掃描：精度為10μm，可提供出色的結果。 檢測器特性 STRESS-X儀器中提供的檢測器適用于多種X射線輻射。靈敏的區域和熒光抑制，無需維護。 可調探測器距離 可提高測量分辨率，這對于測量低應力值的樣品（例如，焊接外殼）是特別需要的。 激光性能 激光精度小于2μm，測量范圍為150±40mm。 激光對焦 可以對焦樣品，避免樣品與測量系統之間發生碰撞（例如，可以在不切割樣品的情況下分析齒輪齒根）。 優點是不僅可以在最短的時間內完成儀器距離校準，而且無需進行任何準備就可以測量具有復雜幾何形狀的樣品。 自動準直儀距離校準 激光自動執行對準程序，不需要校準。 軟件 這是一種非常易于使用的解決方案，適用于經典的單{hkl}、單向和多向殘余應力分析，符合UNI EN 15305。 簡單直觀的用戶界面可通過所有相關數據的完整圖形快速評估不同的方法并獲得所需的結果。 STRESS-X殘余應力分析儀能夠對任何尺寸和形狀的樣品進行無損分析殘余應力檢測，這要歸功于其衍射單元安裝在6軸機械臂上。STRESS-X單元包括通過X射線衍射進行殘余應力或殘余奧氏體測量所需的所有條件。 在標準版本中，機械臂和相關附件安裝在堅固的鋼制手推車上，該手推車裝有所有控制電子設備，用于管冷卻的水冷卻器和個人計算機等。STRESS-X可以在距機械臂中心895 mm的距離下測量位于平臺上的樣品或將機械臂移出平臺來檢測大型樣品。
逆共析轉變是高溫下進行的擴散性相變，轉變的全過程可以分為四個階段，即：奧氏體形核，奧氏體晶核長大，剩余滲碳體溶解，奧氏體成分相對均勻化。各種鋼的奧氏體形核形成過程有一些區別，亞共析鋼、過共析鋼、合金鋼的奧氏體化過程中除了奧氏體形成的基本過程外，還有先共析相的溶解、合金碳化物的溶解等過程。 奧氏體形成的熱力學條件：必須存在過冷度或過熱度?T。 1. 奧氏體形核 奧氏體的形核位置通常在鐵素體和滲碳體兩相界面上，此外，珠光體領域的邊界，鐵素體嵌鑲塊邊界都可以成為奧氏體的形核地點。奧氏體的形成是不均勻形核，復合固態相變的一般規律。 一般認為奧氏體在鐵素體和滲碳體交界面上形核。這是由于鐵素體碳含量極低(0.02%以下)，而滲碳體的碳含量又很高(6.67%)，奧氏體的碳含量介于兩者之間。在相界面上碳原子有吸附，含量較高，界面擴散速度又較快，容易形成較大的濃度漲落，使相界面某一區域達到形成奧氏體晶核所需的碳含量；此外在界面上能量也較高，容易造成能量漲落，以便滿足形核功的要求；在兩相界面處原子排列不規則，容易滿足結構漲落的要求。所有漲落在相界面處的優勢，造成奧氏體晶核最容易在此處形成。 奧氏體的形核是擴散型相變，可在鐵素體與滲碳體上形核，也可在珠光體領域的交界面上形核，還可以在原奧氏體晶核上形核。這些界面易于滿足形核的能量、結構和濃度3個漲落條件。 2. 奧氏體晶核的長大 加熱到奧氏體相區，在高溫下，碳原子擴散速度很快，鐵原子和替換原子均能夠充分擴散，既能夠進行界面擴散，也能夠進行體擴散，因此奧氏體的形成是擴散型相變。 3. 剩余碳化物溶解 鐵素體消失后，在t1溫度下繼續保持或繼續加熱時，隨著碳在奧氏體中繼續擴散，剩余滲碳體不斷向奧氏體中溶解。 4. 奧氏體成分均勻化 當滲碳體剛剛全部融入奧氏體后，奧氏體內碳濃度仍是不均勻的，只有經歷長時間的保溫或繼續加熱，讓碳原子急性充分的擴散才能獲得成分均勻的奧氏體。 意大利GNR公司是一家老牌的歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的開發和研究，該產品線已經擁有眾多型號滿足多個行業的分析需求。ARE X 為專用的殘余奧氏體分析儀，無需依靠 搭載模塊在常規XRD上 實現殘余奧氏體測試，具有操作簡便、檢測速度快、數據準確等特點，對操作人員要求不高，做到輕松上手。
全反射X射線熒光(TXRF)是一種微量分析(Microanalysis)方法，特別適用于樣品量小的樣品，一次分析所需樣品量，固體材料可達微克級，液體樣品則通常少于100μL。但一般原樣很少能直接上機檢測，多數需要將對樣品進行預處理得到溶液、懸濁液、細粉或薄片等。 通常，固體樣品必須經過研碎或消解等步驟，對于超痕量組分來說，還需要對基體進行分離或破壞。因此，用于其他原子光譜的前處理方法，如AAS或ICP-OES等中所使用的消解、富集、凍干、萃取、絡合等都可用于TXRF。對于樣品量特別小的樣品，為避免污染，關鍵步驟還需要在潔凈室內進行。樣品分析流程圖如下： 圖1 TXRF樣品分析流程圖 下表中給出了一些樣品的前處理方法：
鋰電池已經成為我們日常生活的必需品。鋰電池的使用范圍十分廣泛，在消費品領域主要應用在數碼產品、手機、移動電源、筆記本等電子設備中。在工業領域，主要在應用在醫療電子、光伏儲能、鐵路基建、安防通訊、勘探測繪等領域。在特種領域如特種航天中也會應用到。 近年來，鋰電池在下游消費品領域發展迅速，其中筆記本和手機是鋰電池應用中較為廣泛的兩大應用領域。從長遠來看，隨著國家對新能源產業的扶持，電動汽車的動力電池應用將逐漸成為鋰電池的超大需求產業之一。 隨著我國智能化、信息化產業的發展，我國鋰電池應用領域也得到擴展。在國家政策的驅動下，新能源汽車有著廣闊的發展前景，而作為核心部件的鋰電池同樣迎來發展的大好良機。 高質量的、優秀的、安全的鋰電池產品對各行各業的影響都十分巨大，目前各大鋰電生產企業均投入大量的資金進入研發，以期實現更高能量密度，穩定性更強，壽命時間更長的電池。 X射線衍射(XRD)技術廣泛應用于鋰離子電池研究、生產和失效分析中。從原料礦物到電極材料，XRD是對材料中物相進行定性和定量分析的常規手段。對于負極材料石墨，影響電池性能的重要參數石墨化度需要用XRD進行表征；同時，XRD還可以通過對鋰離子電池生產中的負極取向程度的分析，來決定極片壓實工藝。XRD在鋰電行業研發及質量控制中主要有以下幾方面： 一、負極材料的石墨化度分析及克容量估算 碳材料是目前鋰離子電池理想的負極材料。碳材料的種類決定著鋰離子電池的嵌鋰電位、工作電壓可逆性能等。而克容量是衡量碳材料的一個重要指標，但是測試克容量一般是做成電池測試，需要花費不少時間，測試值穩定性也比較差。石墨化度是指在含有石墨晶體及各種過渡態碳的復合材料中，石墨晶體所占的比例。理論上可以憑借石墨化度來估算碳材料的克容量。通過XRD可以測得石墨晶體所占比例，從而計算出碳材料的克容量。 二、三元正極材料表征 鋰離子電池的比容量、循環性能和安全性能與材料的晶體結構有密切關系，研究三元材料在不同溫度狀態下的穩定性及在電化學循環過程中結構變化，有助于更好理解三元材料充放電機理和電化學過程。 XRD是專門用于分析材料晶體結構的設備，能夠通過精修得到三元材料的晶胞參數和離子混排信息，在三元材料制備工藝和材料摻雜改性方面以及三元材料的原位高溫熱性能等方面廣泛應用。原位充放電XRD實驗可以直接研究紐扣結構鋰離子電池材料在充放電過程中正負極材料的結構變化和相轉化。 三、電芯失效分析 鋰離子電池在使用過程中，經常由于過充、過放、短路、高溫等原因造成電芯壽命減少，甚至失效。因此應用XRD技術來進行鋰離子電池的熱失效分析，如從燃燒的殘留物進行XRD分析，初步判斷失效原因。 意大利GNR公司是一家老牌歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的技術開發和研究，該產品線已經擁有眾多型號滿足多個行業的分析需求。 可用于桌面的臺式衍射儀ERUOPE、性價比超高的大功率衍射儀APD 2000 PRO、功能強大的多功能高分辨率X射線衍射儀EXPLORER。根據實際檢測項目不同，均可應用于鋰電行的研發生產及質量控制中。
殘余應力的檢測方法主要有兩種：無損的物理檢測方法和有損的應力釋放法。其中，X射線殘余應力檢測方法是常用的無損法，盲孔法應力檢測是有損法。 相對來說X射線法檢測殘余應力較為準確，是無損法宏觀殘余應力檢測常用的檢測方法。它是一種間接檢測應力的方式，通過檢測衍射角2θ相對于晶面方位角ψ角變化率來檢測表層微小區域的應力。由此可以看出，X射線方法檢測的是工件彈性應力應變，并不是塑性應力應變，塑性變形不會改變晶格間距，不會發生衍射角度的變化。 在理想多晶體中，同族晶面的面間距d是相等的，無論X射線從什么角度入射，無論晶面方位角ψ角為何值，衍射角2θ都是不變的。在拉應力狀態，晶面方位角ψ越大，晶面間距也越大，相應的衍射角2θ越小；同理，在壓應力狀態，晶面方位角ψ越大，晶面間距變小，衍射角2θ則越大；衍射角2θ隨方位角變化的快慢程度，直接反應出應力值的大小。 應力測定的衍射幾何方式有兩種： 同傾法是在衍射儀上進行常規對稱衍射，入射線與計數管軸線對稱分布在試樣表面法線兩側，此時晶面方位角ψ角為零；從晶面方位角ψ角=0的位置，另試樣軸轉過一個角度，對選定的衍射峰進行定峰和掃描，一般晶面方位角ψ角取值3-4個。 意大利GNR公司是一家老牌歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的技術開發和研究，該產品線已經擁有眾多型號滿足多個行業的分析需求。 STRESS-X殘余應力分析儀能夠對任何尺寸和形狀的樣品進行無損分析殘余應力檢測，這要歸功于其衍射單元安裝在6軸機械臂上。STRESS-X單元包括通過X射線衍射進行殘余應力或殘余奧氏體測量所需的所有條件。 在標準版本中，機械臂和相關附件安裝在堅固的鋼制手推車上，該手推車裝有所有控制電子設備，用于管冷卻的水冷卻器和個人計算機等。STRESS-X可以在距機械臂中心895 mm的距離下測量位于平臺上的樣品或將機械臂移出平臺來檢測大型樣品。 STRESS-X殘余應力分析儀的設計旨在為實驗室和現場使用的制造過程中的質量保證和質量控制實踐提供快速、可靠的解決方案。 它易于使用，同時又能夠滿足大多數客戶的苛刻要求。
1. 射線管位置及檢測器位置固定，在保證測試快速的同時，可有效減少維護區域。2. 專業高清USB攝像機安裝在GNR ARE X系統內部，輔助對齊樣品所測試區域。3. 提供多種不同規格的樣品架以匹配不同形狀的樣品。4. 一旦樣品載入樣品架，關閉艙門，激光自動測量樣品表面位置，可通過連接到Z臺的旋鈕手動校準。意大利GNR公司是一家老牌的歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的開發和研究，該產品線已經擁有眾多型號滿足多個行業的分析需求。ARE X 為專用的殘余奧氏體分析儀，無需依靠 搭載模塊在常規XRD上 實現殘余奧氏體測試，具有操作簡便、檢測速度快、數據準確等特點，對操作人員要求不高，做到輕松上手。
基于X射線熒光能譜法， 全反射X射線熒光(TXRF)采用毫弧度的臨界角，由于采用此種近于切線方向的入射角，原級X射線光束幾乎全部被反射，照射在樣品表面后，可以很大程度上避免樣品載體吸收光束和減小散射的發生，同時減小了載體的背景和噪聲。 這種技術特點，使得全反射X射線熒光(TXRF)與其他傳統元素分析技術相比，有著諸多優勢，見下表： 意大利GNR公司是一家老牌的歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的開發和研究，該產品線已經擁有眾多型號滿足多個行業的分析需求。 X射線衍射儀（XRD）可測試粉末、薄膜等樣品的晶體結構等指標，多應用于分子結構分析及金屬相變研究；而全反射X熒光光譜儀（TXRF）的檢測限已達到皮克級別，其非破壞性分析特點應用在痕量元素分析中，涉及環境、醫藥、半導體、核工業、石油化工等行業；為迎合工業市場需求而設計制造的專用殘余應力分析儀、殘余奧氏體分析儀，近年來被廣泛應用在高端材料檢測領域，其操作的便捷性頗受行業青睞。
水泥是一種常見的建筑用品，它對于建筑來說是必不可少的，一般分普通硅酸鹽水泥、摻混合材料的硅酸鹽水泥和特殊水泥，使用多的就是硅酸鹽水泥。 水泥的質量主要取決于熟料的礦物組成和結構。水泥熟料主要礦物相成分是硅酸鹽，還有一些微量的礦物相如游離CaO或硫酸鹽等，有時出現一些反應不完全的殘留相，如石英SiO2，還有一些添加的用于改善水泥質量與性能的石膏等。 各標號不同水泥的差別的指標是硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）四種物相含量的不同。在水泥工業中，快速、穩定和準確地測出水泥熟料礦物組成對于及時調整熟料生產方案，優化水泥熟料礦物組成，有效監控水泥質量等方面有重大意義。 傳統水泥的分析方法是采用化學分析方法來確定水泥中各氧化物的含量，此類方法測試速度慢，現已大部分被波長色散熒光（WDXRF）所取代。波長色散熒光（WDXRF）可直接測得各氧化物（如CaO、SiO2等）的含量，再通過Bogue公式計算出各物相的含量，但Bogue公式假設熟料中的四種礦物是理想的純化合物、是在熱平衡條件下形成的；而熱平衡條件在實際的水泥生產過程中并不存在，且Bogue公式忽略了其它因素（如鎂、硫、鉀、鈉等微量元素的作用、原料的粒度、窯爐氣氛及加熱過程等）的影響，因此其得到的結果并不是水泥中真實的礦物形態。 由于每種物相都有自已的XRD衍射峰，我們觀察到的譜圖是各物相的疊加，各衍射峰的強度與該物相含量有關。因此通過XRD衍射，我們可以得到各物相所對應的衍射圖譜，進而得到各物相的含量。國際上90年代已將XRD結合Rietveld全譜擬合應用于水泥行業， 通過直接測定物相含量來控制水泥質量。 水泥行業新國標《GB/T 40407-2021 硅酸鹽水泥熟料礦相X射線衍射分析方法》已于2022年3月1號正式實施，該標準規定可直接通采用XRD測定水泥中各礦物相的含量。 意大利GNR公司是一家老牌歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的技術開發和研究，該產品線已經擁有眾多型號滿足多個行業的分析需求。 可用于桌面的臺式衍射儀ERUOPE、性價比超高的大功率衍射儀APD 2000 PRO、功能強大的多功能高分辨率X射線衍射儀EXPLORER，均可應用于水泥行業的物相分析。
全反射X射線熒光光譜儀(TXRF)主要包括：X射線源、光路系統、進樣系統、探測器、數據處理系統及其他附件，下文主要介紹前四部分。 一、X射線源：由高壓發生器及射線管組成。提供初級X射線，對樣品中待測元素進行激發得到X射線熒光，其強度正比于初級X射線的強度。通常，XRD或XRF發生器便可滿足TXRF的需求，高壓可達到80kV、電流可達80mA、整體功率可達3kW或以上；輸入穩定性一般<10%，輸出穩定性<0.01%。 目前商用TXRF所用X射線管多為Mo或W靶，或是混合靶材，如GNR的TX 2000全反射X射線熒光光譜儀提供Mo/W混合靶材。 二、光路系統：為滿足TXRF應用需求(入射角、能量分布等)，需進一步對初級X射線的幾何形狀和光譜分布進行調節，主要有光闌、濾波器、準直狹縫、單色器等。 初級X射線具有一定發散角，使用準直狹縫即可完成對幾何形狀的調整。 射線管發射連續譜帶中的高能光子激發效率低于低能光子，且低能光子的全反射臨界角大于高能光子。因此，在滿足低能光子全反射條件下，連續光譜中的高能光子則不滿足全反射條件，背景大幅提高，需要進一步濾除高能光子，通常采用濾波器及單色器來實現。 常用濾波器多采用全反射原理，即低能光子全反射而高能光子發生散射或吸收，進而達到濾波目的，通常有單全反射及雙全反射體之分。 眾所周知，單色光激發是全反射理想的情況，但僅依靠濾波器等無法實現單色的目的，因此，采用布拉格反射體的單色器及多種技術結合的手段在目前商用儀器中頗為常見。GNR的TX 2000及HORIZON兩款全反射X射線熒光光譜儀均可提供雙全反射光路、多層Si/W單色器(TX 2000還可實現TXRF及常規XRF的切換)。 三、進樣系統：提供樣品載體，滿足全反射條件、完成自動進樣操作，多為石英玻璃、有機玻璃等。 四、探測器：作為數據讀出的核心部件，需要有較高的能量分辨率、較小的熱效應等特性，主要有半導體探測器、硅漂移探測器及位敏探測器，目前商用儀器多使用硅漂移探測器(SDD)，GNR即采用半導體制冷的SDD探測器。 意大利GNR公司是一家老牌的歐洲光譜儀生產商，其X射線產品線誕生于1966年，經過半個多世紀的開發和研究，該產品線已經擁有眾多型號滿足多個行業的分析需求。 X射線衍射儀（XRD）可測試粉末、薄膜等樣品的晶體結構等指標，多應用于分子結構分析及金屬相變研究；而全反射X熒光光譜儀（TXRF）的檢測限已達到皮克級別，其非破壞性分析特點應用在痕量元素分析中，涉及環境、醫藥、半導體、核工業、石油化工等行業；為迎合工業市場需求而設計制造的專用殘余應力分析儀、殘余奧氏體分析儀，近年來被廣泛應用在高端材料檢測領域，其操作的便捷性頗受行業青睞。
鎳基高溫合金是指在650～1000℃高溫下有較高的強度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。按照主要性能又細分為鎳基耐熱合金、鎳基耐蝕合金、鎳基耐磨合金、鎳基精密合金與鎳基形狀記憶合金等。因其耐高溫耐腐蝕的特點，被廣泛應用于航空航天領域。 本文采用意大利GNR公司的EDGE殘余應力分析儀對鎳基高溫合金進行測試，顯示其表面應力分布較為均勻。
