XRD

Chcesz otrzymać ofertę z zakresu
badań metodą dyfrakcji rentgenowskiej XRD?

Wyślij szybki formularz lub maila na adres ndt@casp.pl lub zadzwoń
pod numer 728 929 353

Naprężenia szczątkowe mogą być mierzone za pomocą metody nieniszczącej – Dyfrakcji rentgenowskiej. Ta technika zapewnia wiarygodne i obiektywne dane do oceny w kontroli jakości. Promienie rentgenowskie mają wysoką energię i krótką długość fali w porównaniu do światła widzialnego co sprawia że są idealny do próbkowania odległości międzypłaszczyznowych w materiałach krystalicznych.

Promienie X zostały wynalezione przez niemieckiego fizyka, W. C. Röntgena w 1895. Promienie rentgenowskie są promieniowaniem elektromagnetycznym o znacznie krótszej długości fali niż światło widzialne co sprawia że mają większą energię. Wykorzystując tą dodatkową energię tych „miękkich” promieni X możemy próbkować między atomowe odległości w materiałach krystalicznych na głębokościach 1-10’ mikrona pod powierzchnią. Przy założeniu stanu naprężeń planarnych oraz stosując wewnątrz-atomowy rozstaw jako ostateczną długość pomiaru pozwala nam na pomiar naprężenia całkowitego bez potrzeby stosowania próbek bez naprężeń do kalibracji.

Struktura kryształu i wskazania Millera

Materiały krystaliczne są określane przez swoją jednostkę komórkową, lub najmniejszą objętość (kilka atomów), które mogą opisać strukturę.

Na przykład, stal ferrytyczna opisana jest jako BCC (body centered cubic), kostka z jednym atomem na każdym z rogów i jednym umieszczonym centralnie wewnątrz. Ta prosta komórka jednostki ma wymiary a=b=c.

Unikalne przekroje opisowe mogą zostać wykonane przez taką jednostkę, a zdefiniowane są przez swoje wskazania Millera. Wskazania Millera są wzajemnym opisaniem płaszczyzny która przecina jednostkę komórki. Ponownie używając przykładu stali ferrytycznej, płaszczyzna (211) normalnie mierzona jako przekrój przez jednostkę komórki przy ½ wartości a, 1 z b, oraz 1 z c.

Materiał krystaliczny składa się z jednostek komórek o określonej orientacji wewnątrz ziarna, a następnie te ziarna połączone razem tworzą jednolitą i losową orientację jednostek komórek wewnątrz małej objętości poddanej dyfrakcji.

Generowanie promieni X

Lampa RTG jest najbardziej powszechnym źródłem promieni X. Wewnątrz lampy znajduje się wolframowy żarnik podgrzewany za pomocą prądu elektrycznego, podobnie jak w przypadku „starej” żarówki żarowej. Duże napięcie przyspieszenia (typowo 30KeV w sprzęcie Stresstech) stosowane jest pomiędzy katodą (żarnikiem) oraz anodą (targetem) tworząc wiązkę elektronów. Gdy ta wiązka elektronów zderza się z materiałem targetu, usuwa elektron z dolnej powłoki atomu, pozostawiając otwór. Następnie, gdy elektron z górnej powłoki opada by zapełnić otwór, zostają wytworzone promienie X charakterystyczne do specyfiki materiału anody, w blisko monochromatycznej fali (głównie Kα oraz Kβ) wraz z promieniowaniem tła, Bremsstrahlung. Proces ten jest bardzo niewydajny, gdyż jedynie <1% nadchodzącej energii elektronu generuje promienie X, a reszta marnuje się jako ciepło na radiatorze.

Dyfrakcja rentgenowska z płaszczyzn siatki krystalicznej (Prawo Bragga)

Prawo Bragga zostało opracowane przez Williama Henrego Bragga oraz jego syna Williama Lawrenca Bragga w 1913 i stanowi podstawę określania dyfrakcji. Współoddziaływanie odległości pomiędzy płaszczyznami atomowymi, długość nadchodzącej fali oraz kąt na którym szczyt podlega dyfrakcji opisane są przez:

Ilustracja prawa Bragga które opisuje dyfrakcję rentgenowską z płaszczyzn siatki krystalicznej.

lub w naszym przypadku:

gdzie

λ = znana długość fali promieni X

θ = Kąt dyfrakcji

d = d-rozmieszczenie, odległość pomiędzy plaszczyznami atomowymi

Związek ten pozwala na stosowanie lokacji dyfrakcji θ do obliczeń odległości pomiędzy płaszczyznami atomowymi. W praktyce, dla wstecznie rozproszonej geometrii dyfraktometru, lampa RTG która definiuje λ dobierana jest tak by θ było zmaksymalizowane dla „d” specyficznego dla materiału badanej części. Prawo Bragga jest poprawne i precyzyjne, co sprawia że jest wygodnym narzędziem do zastosowań w dyfrakcji.

Określanie naprężeń szczątkowych z danych dyfrakcji rentgenowskiej

Zastosowanie połączenia znanej struktury kryształowej materiału oraz charakterystyki promieniowania z lampy RTG, umożliwia wybór odpowiedniego szczytu dyfrakcji z właściwym natężeniem dyfrakcji oraz wysoką wartością 2θ value (2θ>130˚) podczas wykonywania pomiarów.

Założenie stanu naprężeń na płaszczyźnie mierzonej objętości, sprawia że d-rozmieszczenie, normalne na powierzchni, może zostać wykorzystane jako rozmieszczenie bez naprężeń, tym samym nie potrzebna jest już wartość d bez naprężeń na badanej części.

Porównanie tych informacji o rozmieszczeniu 2θ/d w czasie gdy głowica pomiarowa wykazuje odchylenia od normy pokazuje naprężenia poprzez zmiany w d-rozmieszczeniu w tym kierunku. Daje to również liniowe rozmieszczenie d względem sin²c. To nachylenie wraz z parametrami elastyczności liniowej (współczynnik Modulus i Poisson) pozwala na obliczenie naprężeń szczątkowych w kierunku równoległym do plaszczyzny do której występuje nachylenie.

Obracanie goniometru lub badanej części wokół mierzonej lokacji w dwóch dodatkowych kierunkach (zwykle 0˚, 45˚ oraz 90˚) nada trzem znanym wartościom naprężeń kierunki. Mogą one zostać użyte do obliczenia głównego naprężenia płaszczyzn.

Pomiary są szybkie, o czasie trwania pomiędzy kilka minut a godziną. Napromieniowany obszar wpływa na czas pomiaru, zastosowanie większego kolimatora zmniejsza czas potrzebny na wykonanie pomiarów.

Określanie ilości austenitu szczątkowego

W przypadku obrabianych temperaturowo stopów stali występują dwie fazy;

α-iron: połączenie ferrytu BCC (body centered cubic) i/lub marstenitu BCT (Body centered tetragonal), te dwie fazy są zwykle nie do odróżnienia poprzez dyfrakcję RTG

γ-iron: faza austenitu FCC (face centered cubic)

Poprzez pomiar zintegrowanego natężenia szczytowych dyfrakcji z każdej z faz i korektę o warunki dyfrakcji przy użyciu współczynników R, istnieje możliwość dokonania bezpośredniego porównania pomiędzy stosunkiem skorygowanych zintegrowanych natężeń oraz stosunkiem Austenitu do ferrytu/marstenitu. To porównanie może zostać wykonane nawet na jednym szczycie każdej fazy. Porównanie cztero-szczytowe (2 ferrytowe/2 austenitowe) może również zostać wykonane w celu uzyskania standardowego odchylenia czterech porównań.

Zastosowanie normy “ASTM E 975-13 Standard Practice for X-ray Determination of Retained Austenite in Steel with Near Random Crystallographic Orientation” wraz z Xstress 3000, pozwala na monitorowanie i kontrolę zagadnienia austenitu szczątkowego.

Określanie Stałej Elastyczności

Wartości masowe Modulus i Poisson są średnimi liniowymi parametrami elastyczności materiału z badania rozciągliwości. Jest to średnia w wszystkich kierunkach kryształografiki. W dyfrakcji rentgenowskiej dokonujemy pomiaru jedynie jednej płaszczyzny dyfrakcji w jednym kierunku. Tak więc w niektórych przypadkach, gdy wymagana jest szczególna precyzja, dobrze jest określić na bazie doświadczalnej stałą elastyczności RTG dla danej powierzchni dyfrakcji.

W procesie określania Stałej Elastyczności RTG (XEC), próbka jest wyginana poprzez przyłożenie ładunku który zmienia się w kolejnych krokach. Systemy Xstress 3000 dokonują standardowego pomiaru naprężeń przy każdym kroku. Oprogramowanie Xtronic z każdego pomiaru dokonuje obliczeń zmian w rozmieszczeniu międzypłaszczyznowym poszczególnych płaszczyzn. Różnica ta jest stosowana do określenia Stałej Elastyczności RTG (XEC).

Określanie profilu glębokości

Naprężenia szczątkowe rzadko są w pełni określone przez sam pomiar powierzchni. Procesy mechaniczne i termiczne wytwarzają naprężenia szczątkowe które różnią się wartością w zależności od głębokości. W celu kompletnego scharakteryzowania tych zmian, tworzony jest profil głębokości naprężeń szczątkowych. Po każdym pomiarze, mała ilość materiału (10-500 mikronów) w małym obszarze jest usuwana elektrochemicznie w celu odkrycia nowej powierzchni na której można dokonać pomiaru. Duża objętość części w porównaniu do usuniętego materiału sprawia że naprężenie szczątkowe pozostaje zachowane bez zmian, a usunięcie elektrochemiczne materiału nie wprowadza żadnych nowych naprężeń. Wyjściowa i maksymalna głębokość określane są przez specyfikacje części lub też na bazie doświadczenia z obróbką powierzchni.

Bezpieczeństwo przy promieniowaniu

Promienie X to promieniowanie jonizujące, tak więc należy podjąć środki bezpieczeństwa przy przeprowadzaniu eksperymentów i badań z zastosowaniem RTG w celu zapobiegnięcia zagrożenia dla zdrowia operatorów. Promienie X są dosyć szybko absorbowane w powietrzu, około 94% promieniowania Cr K_α– podlega absorpcji na odległości 1 metra, ale jako że główna wiązka może mieć wysoką wartość strumienia, szafka ochronna dla sprzętu jest wysoce zalecana.

PRODUCENCI URZĄDZEŃ I SYSTEMÓW DO BADAŃ XRD

Casp System Sp. z o. o. w zakresie techniki XRD jest dystrybutorem rozwiązań proponowanych przez firmę Stresstech

KONTAKT

Nasi Specjaliści z zakresu badań nieniszczących są do Państwa dyspozycji. Zapraszamy do kontaktu.
W razie jakichkolwiek pytań związanych z naszą ofertą prosimy o kontakt: poniedziałek – piątek 7:30 – 15:30

DYSTRYBUCJA – ADAPTACJA – WDROŻENIE – SERWIS
URZĄDZEŃ I SYSTEMÓW NDT NA TERENIE CAŁEGO KRAJU

KILKA SŁÓW O CASP SYSTEM SP. Z O.O.

Firma Casp System Sp. z o.o. to uznany dostawca urządzeń i systemów z zakresu automatyki przemysłowej, badań nieniszczących i aparatury badawczej działający na terenie całego kraju.

W ramach firmy prężnie funkcjonują sklepy internetowe Manometry24, Czujniki24, Przetworniki24, Enkodery24, Automatyka24, Eh24.pl oraz Dział Badań Nieniszczących z dodatkowymi serwisami WzorceNDT i Aparatury Badawczej. W ciągu kilkunastu lat działalności, zdążyliśmy dopracować naszą ofertę, zdobyć doświadczenie w kontakcie z wymagającym Klientem oraz wyszkolić kadrę Specjalistów, co jest bez wątpienia naszym atutem wśród firm z branży automatyki przemysłowej i badań nieniszczących.

Najwyższa jakość oferowanych sprzętów i specjalistycznej aparatury pomiarowej, gwarantuje zadowolenie klientów oraz przekłada się na liczne wyróżnienia, którymi możemy się poszczycić, a jest to m.in.:

XRD

XRD

Chcesz otrzymać ofertę z zakresu badań metodą dyfrakcji rentgenowskiej XRD?

Wyślij szybki formularz lub maila na adres ndt@casp.pl lub zadzwoń pod numer 728 929 353