[0160]半価幅とは

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X線残留応力測定センター info@x-rsmc.com  は、鋼とアルミを対象に安価かつ短納期の応力測定サービスをご提供しています。測定のご依頼をされるお客様へ半価幅の説明をします。

回折強度曲線のピーク強度の1/2の強度における回折強度曲線の幅であって単位は度です。半価幅は、転移密度、結晶粒サイズ、機器オフセットの関数です。したがって、転移密度が上がると硬さがまし、結晶粒サイズが小さくなると硬さがましますので半価幅は多くの場合、硬さと良い相関を示します。



回折強度曲線(X線プロファイル)は何か?
当社で使用しているCrクロム管球のX線とフェライト鋼の場合で説明しましょう。

X線(Cr Kα線 λ=2.29Å)をフェライト鋼に照射すると特定の角度にX線強いところが現れます。

これがX線の回折現象です。ブラッグの式で表すことができます。

ブラッグの式は
2dsinθ=nλ
X線回折ではn=1なので
2dsinθ=λ

dは、格子面間隔[Å]
θはX線入射角度[度]
λはX線の波長[Å]です。

フェライト鋼は、無応力時
d=1.17Å
θ=78.2度
λ=2.29Å
でこの式が成立します。
ちょっと待って、フェライトBCCの原子間は、2.866Åと気づいた方その通りです。
d=1.17Åは、211面です。



話は逸れましたが。この半価幅は、加工や熱処理で変化します。
図 塑性加工による半価幅の増加

格子面間隔が全く同じであれば、ピークに幅はありません。つまり半価幅は、格子面間隔のばらつきを表しています。
例えば、材料にせん断応力が加わり、一部が塑性域に入ると結晶が滑り出して転移が入り、格子面間隔が広いものと狭いものが混在して半価幅が増加します。下図参照 


また、ひずみとり焼鈍を行うと途端に小さくなります。

また、加工ひずみの限界をある程度予測することができます。例えば、当社の機器を使った測定では、一般的な軟鋼で無加工 2.5度 最大加工時、4度程度です。半価幅による加工ひずみの評価を参照ください。当然X線の入射角度によっても違うので使いこなすためには、それなりのノウハウが必要があります。

穴広げ試験や引張試験で破断まで試験を行なった後に応力を測定すると高い応力が測定されない場合があります。確かに破断時には、試験機より高い荷重が試験体に付加されているのですが、試験機から離れると応力が再配分されて圧縮になってしまうことがあります。試験後の応力で破断の危険度を評価するのは難しいです。しかしながら半価幅には、高い応力が付加された痕跡が残っています。半価幅によりキレツが発生するまでの余裕を推定することができます。


SM490測定例
割れと直交方向応力[MPa]半価幅[度]
穴広げによる穴抜き端部の割れ箇所-5413.98
引っ張り試験による破断箇所-454.02
加工されていない部分-2012.45


写真2 引張試験による破断

まとめ この材料(SM490)で転移が入っていない状態で半価幅2.5度であり転移が入ると約4.0度で破壊する。破壊時の半価幅は、引張試験でも穴広げ試験でも約4.0度。

参考文献
https://www.jstage.jst.go.jp/article/tetsutohagane/99/5/99_99_TETSU-2012-092/_pdf/-char/ja


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