試験・調査報告

技術がいどVol.492009年7月号-2-面法線のなす角をψとすると、このψが大きい結晶粒ほど格子面間隔が広くなります。いま、結晶格子面が試料と平行になっている結晶粒を考えます(ψ=0、図2参照)。ある方向から結晶に特定波長λのX線(特性X線)が入射すると、X線は結晶の各格子面によって散乱します。図2に示すように波長λの入射X線と結晶格子面の角度θ、格子面間隔をd,nを正の整数として、2dsinn・・・ブラッグ条件が成立するとき、隣接する格子面から散乱されたX線の位相が一致して強め合い、回折現象が起こります。この入射X線の延長線と回折X線のなす角2θ(回折角)が、応力を求めるための重要な因子となります。異なったψをもつ結晶粒についても、ψ角だけ傾けてX線を照射すれば回折角2θは求まります。上記のブラッグ条件を見ると、引張応力が作用している場合は、ψ角が大きくなるほど格子面間隔が広がるので回折角2θが小さくなり、圧縮応力が作用している場合は、逆に回折角2θが大きくなることが分かります。X線応力測定は、ψ角ごとの回折角2θを求めていくことで残留応力を決定するわけです。ちなみに、前述の測定標準では、ψ角は5点以上測定することを推奨しています。ψ角と2θが分かれば、あと少しで応力にたどり着きます。次式から応力を求めることができるのです。Kは応力定数といい、無ひずみ状態での回折角(θ0)およびX線的弾性定数から求められます。このKに、図3のような2θ-sin2ψ線図を書き、最小二乗法により求めた勾配Mをかければ応力が算出できます。以上の測定原理による応力算出方法をsin2ψ法といい、前述のX線応力測定法標準に定められた方法となっています。なお、X線応力測定は、下記の条件が満たされる場合に適用できます。適用条件①高角度で回折する結晶面が存在すること。②③X線侵入深さ内が平面応力状態であること。X線侵入深さ内に急激な応力勾配がないこと。180180cot0cot02((sin))2ψKM図2X線回折)νEE)ν))2ψ1(22((sin1(2KM