殘余應(yīng)力對(duì)材料和部件的尺寸穩(wěn)定性、抗應(yīng)力腐蝕、疲勞強(qiáng)度、相變等性能有很大影響。一般認(rèn)為壓應(yīng)力有益于提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，拉應(yīng)力可促使裂紋開(kāi)裂、對(duì)應(yīng)力腐蝕和疲勞壽命產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)殘余應(yīng)力研究很有實(shí)際意義，其測(cè)量受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，測(cè)控殘余應(yīng)力以提高工件或材料的性能和使用壽命在工程應(yīng)用上很重要。
1 內(nèi)應(yīng)力的分類與 X 射線衍射效應(yīng)
內(nèi)應(yīng)力是指沒(méi)有外力或外力矩作用而在物體內(nèi)部存在并自身保持平衡的應(yīng)力。依據(jù)對(duì)晶體的X射線衍射現(xiàn)象的不同，可將內(nèi)應(yīng)力分為三類：
2 什么是殘余應(yīng)力？
國(guó)內(nèi)科技文獻(xiàn)習(xí)慣將第I類內(nèi)應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。一般英、美文獻(xiàn)中把第I類內(nèi)應(yīng)力稱為“宏觀應(yīng)力”（Macrostress），把第II類和第III類內(nèi)應(yīng)力合稱為“微觀應(yīng)力”（Microstress）。
殘余應(yīng)力可以認(rèn)為是 第I類內(nèi)應(yīng)力的工程名稱。至于通常所說(shuō)的“熱處理應(yīng)力”、“焊接應(yīng)力”、“鑄造應(yīng)力”等則是實(shí)施這些工藝的過(guò)程中產(chǎn)生并殘留的殘余應(yīng)力的簡(jiǎn)稱。
3 X射線衍射法測(cè)量殘余應(yīng)力的基本原理（sin2ψ法）
Ｘ射線衍射測(cè)量殘余應(yīng)力的基本原理是以測(cè)量衍射角的偏移為基礎(chǔ)，得到應(yīng)變，而后通過(guò)彈性力學(xué)計(jì)算得到殘余應(yīng)力。
在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，衍射角2θ不隨晶面方位角ψ變化而變化。當(dāng)試樣中存在殘余應(yīng)力時(shí)，晶面間距將發(fā)生變化，發(fā)生布拉格衍射時(shí)，產(chǎn)生的衍射峰也將隨之移動(dòng)，而且移動(dòng)距離的大小與應(yīng)力大小相關(guān)。
在拉應(yīng)力狀態(tài)，晶面方位角ψ越大，晶面間距d也越大，依據(jù)布拉格定律，衍射角2θ就越?。幌喾?，在壓應(yīng)力狀態(tài)，晶面方位角ψ越大，晶面間距d也越小，相應(yīng)地，衍射角2θ就越大。
可以推想，衍射角2θ隨晶面方位角ψ變化而變化的快慢程度，直接反映出應(yīng)力值的大小。根據(jù)布拉格定律和彈性理論，可以推導(dǎo)出：
其中，K為應(yīng)力常數(shù)。這樣，只要測(cè)出不同晶面方位角ψ對(duì)應(yīng)的衍射角2θ，求出2θ對(duì)sin2ψ的斜率，就可以根據(jù)上式算出應(yīng)力σ。
4 XRD殘余應(yīng)力的測(cè)量方法
1) 同傾法
試樣的Ψ轉(zhuǎn)軸與衍射儀的θ/2θ軸重合，Ψ角在計(jì)數(shù)管掃描平面內(nèi)變化，上述兩個(gè)平面重合，測(cè)定的是試樣橫向的表面應(yīng)力。這種Ψ角設(shè)置方式在國(guó)內(nèi)稱為常規(guī)法，在歐洲叫做Ω-測(cè)角儀。
2) 側(cè)傾法
若試樣的Ψ轉(zhuǎn)軸與衍射儀的θ/2θ軸垂直，即上述兩個(gè)平面相互垂直，試樣表面法線S3與計(jì)數(shù)管掃描平面之間的夾角為Ψ，測(cè)定的是試樣軸向（S1軸方向）的表面應(yīng)力。這種Ψ角設(shè)置方式在國(guó)內(nèi)稱為側(cè)傾法，在歐洲叫做Ψ-測(cè)角儀。
3) GID法
以小角度掠射的方法進(jìn)行殘余應(yīng)力分析，主要適用于薄膜樣品。
5 X射線衍射應(yīng)力測(cè)量參數(shù)選擇
1) 衍射峰
2) Psi或Chi軸
3) Phi軸
6 應(yīng)用舉例-碳鋼的殘余應(yīng)力分析
典型的儀器配置及測(cè)量參數(shù)
采用上述參數(shù)測(cè)量后，根據(jù)樣品中應(yīng)力狀態(tài)的不同，主要存在以下幾種典型的應(yīng)力曲線：
典型應(yīng)力測(cè)試曲線1：線性曲線-無(wú)應(yīng)力試樣
