Page 177 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第五章 焊接与热处理工艺仿真技术

具有较高的精度。然而，这种方法对粗晶等材料的测试目前尚有困难，某些材料
很难找到衍射面，X 射线测试设备也比较复杂。由于穿透深度极浅，在测内部应
力时必须剥层。例如为研究大锻件淬火残余应力的形成和分布规律，就属于有损

检测。硬 X 射线法又称同步衍射法，它与传统的 X 射线法相比较，其主要优势
除了穿透深度高得多以外，它还能提供窄缝高能束，且测量速度比 X 射线法快。
同步衍射实验设备也非常稀缺，仅限于若干欧美国家实验室，国内尚无该方面的
研究报道。这种设备的稀缺限制人们将其用于日常的科学研究与测试工作。

（2）中子衍射法
中子衍射法主要是利用材料晶格常数的变化来推算出物体的应力状态。中子
衍射通常指德布罗意波长为约 1 埃左右的中子（热中子）通过晶态物质时发生的
布拉格衍射。目前，中子衍射方法是研究物质结构的重要手段之一。中子衍射的

基本原理和 X 射线衍射十分相似，其不同之处在于：① X 射线是与电子相互作
用，因而它在原子上的散射强度与原子序数成正比，而中子是与原子核相互作用，
它在不同原子核上的散射强度不是随值单调变化的函数，这样，中子就特别适合
于确定点阵中轻元素的位置（X 射线灵敏度不足）和值邻近元素的位置（X 射线

不易分辨）；②对同一元素，中子能区别不同的同位素，这使得中子衍射在某些
方面，特别在利用氢—氘的差别来标记、研究有机分子方面有其特殊的优越性；
③中子具有磁矩，能与原子磁矩相互作用而产生中子特有的磁衍射，通过磁衍射
的分析可以定出磁性材料点阵中磁性原子的磁矩大小和取向，因而中子衍射是研

究磁结构的极为重要的手段；④一般来说中子比 X 射线具有高得多的穿透性，
因而也更适用于需用厚容器的高低温、高压等条件下的结构研究。
中子衍射法的工作原理与其他衍射法一样，也是根据多晶体材料内部弹性变
形引起的晶粒削距相对于无应力状态时的变化量进行应力测定的。其测量方法也

是与射线法是一样的。中子法的最大优势是比 X 射法可以得到很大的穿透深度，
同时具有很高的空间分辨率，从而通过移动与转动被测试件来实现能够完全绘制
工程零部件的三维应变图。然而，它的缺点是需要特殊的强中子源，并且由于源
强不足而常需较大的样品和较长的数据收集时间，测试成本太高，中子衍射设备

非常稀缺，仅限于若干欧美国家实验室，国内尚无该方面的研究报道。
（3）超声波法
超声波法是利用声双折射现象的。一般一个在媒质 1 中的超声纵波以一定倾

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