Macroscopic stress measurements by neutron diffraction and the part played by the "stress-free" reference

中性子回折法による巨視応力測定と無応力標準試料の果たす役割

Holden, T. M.*; 鈴木 裕士  ; Carr, D. G.*

Holden, T. M.*; Suzuki, Hiroshi; Carr, D. G.*

ここ10年の間に、中性子回折法により測定した格子ひずみから巨視応力を計算する方法について研究開発が行われてきた。ある回折について測定した格子ひずみには、巨視応力場に一致する応力成分だけでなく、第二種あるいは粒内応力に一致する応力成分が含まれている。後者は不均一塑性変形に起因して発生し、方位の異なる結晶粒ごとに異なる格子ひずみを示す。この第二種応力成分を把握する手段には、測定試料の応力分布場よりも小さい領域からクーポン試料を切り出す方法がある。クーポン試料を切り出すことにより巨視応力場は除去されるが、結晶粒スケール程度の粒内応力場や組織変化状態は変化しない。したがって、クーポンを切り出す前の試料とクーポン試料の格子面間隔を比較することで、巨視応力に関連した格子ひずみを求めることが可能となる。粒内ひずみ(応力)及び巨視ひずみ(応力)が重畳した例として、曲げ蒸気発生配管や変形圧力配管について解説した。溶接試料においても、冷却過程において塑性変形が発生することがある。さらに、溶融に伴い、微視構造や組成が変化することもある。そのため、溶接部近傍では、測定位置ごとにクーポン試料を作製して標準格子定数を明らかにする必要がある。ここでは、オーステナイト系ステンレス鋼やZr合金溶接試料を例に挙げて解説した。

In the last decade a more sophisticated understanding of how to calculate the macroscopic stress from strains measured in neutron diffraction experiments has developed. Strains measured with the aid of a particular reflection may have a component corresponding to the stress field as well as a component corresponding to a type-2 or intergranular stress. The latter originates in inhomogeneous plastic deformation among different grain orientations. One approach is to cut small reference coupons from the component, small in size compared with the variation of the stress field. Cutting destroys the stress field but leaves any chemistry and intergranular effects intact since they are on the scale of the grain size. The difference between the intact sample and the coupon then gives an approximation to the strain associated with the macroscopic stress. Examples of how the intergranular and macroscopic strains and stresses are superposed, are presented for the cases of slightly bent and severely bent steam generator tubing, and for a deformed pressure tube. Welds often represent a situation where plastic deformation has occurred on cooling. In addition, microstructural and compositional changes are often associated with melting, so it is important to have reference coupons as a function of position through the weld zone. Examples of austenitic stainless steel and Zr-alloy welds are presented.