Đo lường ứng suất bề mặt trụ của thép cán dùng nhiễu xạ tia X

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BÙI LÊ QUỐC CƯỜNG

ĐO LƯỜNG ỨNG SUẤT BỀ MẶT TRỤ CỦA THÉP
CÁN DÙNG NHIỄU XẠ TIA X

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 2 6 3 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


LUẬN VĂN THẠC SĨ

BÙI LÊ CƯỜNG QUỐC

ĐO LƯỜNG ỨNG SUẤT BỀ MẶT TRỤ CỦA THÉP CÁN
DÙNG NHIỄU XẠ TIA X

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BÙI LÊ CƯỜNG QUỐC

ĐO LƯỜNG ỨNG SUẤT BỀ MẶT TRỤ CỦA THÉP CÁN
DÙNG NHIỄU XẠ TIA X

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204
Hướng dẫn khoa học: TS. LÊ CHÍ CƯƠNG

TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010


LÝ LỊCH CÁ NHÂN
---I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Bùi Lê Cƣờng Quốc
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 15-11-1981
Nơi sinh: Bình Thuận
Quê quán: Bình Thuận
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Hàm Mỹ, Hàm Thuận Nam, Bình Thuận
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng: 0908.472.984

Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính Quy
Thời gian đào tạo từ 10/2000 đến7/2005
Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
Ngành học: CƠ KHÍ MÁY
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MÁY DẬP BÁNH
Nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: KHOA CƠ KHÍ MÁY
Ngƣời hƣớng dẫn: Thạc Sĩ TRẦN QUỐC HÙNG
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2006

2008

Nơi công tác
TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ
THÔNG NGUYỄN VĂN LINH
TRƢỜNG TRUNG CẤP NGHỀ
BÌNH THUẬN

Công việc đảm nhiệm
GIÁO VIÊN

GIÁO VIÊN

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng …..năm 2010
Ký tên và ghi rõ họ tên


LỜI CẢM ƠN
----

Sau hai năm theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học tại trƣờng Đại học Sƣ
phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, em đã đúc kết đƣợc những kiến thức bổ
ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dƣới hình thức luận văn thạc
sĩ, em đã vận dụng những kiến thức mà mình đƣợc trang bị để tiến hành giải quyết
một bài toán thực tiễn. Vì đề tài luận văn là nghiên cứu và giải quyết vấn đề khá
mới mẻ dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết chuyên sâu về lĩnh vực vật liệu dùng kỹ
thuật nhiễu xạ X–quang, nên lúc đầu tiếp cận em đã gặp khá nhiều bỡ ngỡ và khó
khăn. Nhƣng với sự tận tình của thầy hƣớng dẫn TS. Lê Chí Cƣơng, cùng với sự
hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng nghiệp, cho đến nay luận văn của em đã đạt
đƣợc những kết quả nhƣ mong muốn.
Đến đây, cho phép em gửi lời tri ân sâu sắc đến:
-

Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh

-

Thầy TS. Lê Chí Cƣơng – Khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm
Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

-

Tiến sĩ NGUYỄN ĐỨC THÀNH - Giám Đốc – trung tâm hạt nhân
thành phố Hồ Chí Minh.

-

Quý thầy cô khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
Thành phố Hồ Chí Minh

-

Phòng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trƣờng Đại học
Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

-

Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các anh, chị trong lớp cao học Công
Nghệ Chế Tạo Máy, khóa 2008- 2010

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ, động viên quý
báu của tất cả mọi ngƣời. Xin trân trọng cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010
Học viên thực hiện luận văn


TÓM TẮT

----

Ứng suất là một nhân tố quan trọng ảnh hƣởng đến độ bền, tuổi thọ
của chi tiết máy. Có nhiều phƣơng pháp xác định ứng suất nhƣng phƣơng
pháp nhiễu xạ X–quang có nhiều ƣu điểm hơn so với những phƣơng pháp
khác nhƣ: không phá hủy mẫu đo, cho kết quả chính xác, dễ dàng tự động
hóa…tuy nhiên, sự hấp thu tia X làm cho kết quả đo ứng suất chƣa thật sự
chính xác. Hàm hấp thu đối với vật liệu đẳng hƣớng đƣợc nghiên cứu bởi
Cullity, Lê Chí Cƣơng , Ch.Genzel.... Nhƣng đối với vật liệu thép C45 và bề
mặt trụ. Vì vậy, tác giả chọn đề tài:
“Đo lƣờng ứng suất trên bề mặt trụ của thép cán dùng nhiễu xạ tia X”.
Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng phƣơng pháp đo kiểu Ω và
khảo sát trong phần mềm matlab, kết quả cho thấy:
 Trƣờng hợp cố định góc η bán kính R càng lớn thì ứng suất tăng.
 Trƣờng hợp so sánh ứng suất, khi bán kính R nhỏ thì độ sai lệch
ứng suất cao, bán kính R tăng thì độ sai lệch giảm.


ABSTRACT
----

There are various methods for determination of the residual stress, such as
the hole – drilling method, ultrasonic method and X – ray diffraction method.
However, the X – ray diffraction method is more advantageous than the others
because it can nondestructively and accurately determine residual stress and it is
easy to be automated. Nevertheless, the results of measuring residual stresses using
x-ray diffraction is not accurate because of its absorption. Absorption function for
isotropic materials was studied by: Cullity, Koistinen, Ch.Genzel... But the function
of the absorbed x-ray for anisotropic materials hasn’t been studied. Therefore, the
subject of this thesis will be:

“Measurement of stresses on the surface of the cylindrical steel using X-ray
diffraction”
In this reseach, reseacher ues Side – inclination method and investigate by
Matlab software, give the results:
 The larger fixed angle η is, the more the radius R increases stress.
 In the case comparing stress, the smaller the radius R is,the higher
error of stress, but the radius R increases so this is reduced.


MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ...................................................................................................... i
Lời cam đoan ......................................................................................................... ii
Lời cám ơn ............................................................................................................ iii
Tóm tắt .................................................................................................................. iv
Mục lục .................................................................................................................. v
Danh sách các ký hiệu ........................................................................................... vi
Danh sách các bảng ............................................................................................... vii
Danh sách các hình................................................................................................ viii
Chƣơng I. DẪN NHẬP ....................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1
1.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2
1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài ......................................................... 2
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 2
1.5. Điểm mới của luận văn ................................................................................... 2
1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn.......................................................................... 3

Chƣơng II. NGUỒN GỐC VÀ SỰ PHÁT TRIỂN TIA X............................... 4
2.1. Giới thiệu về tia X .......................................................................................... 4
2.1.1. Lịch sử tia X ............................................................................................. 4
2.1.2. Lịch sử phát triển tia X ............................................................................ 5
2.1.3. Ứng dụng tia X ......................................................................................... 6
2.1.4. Tạo tia X [2] ............................................................................................. 6
2.1.5. Đặc điểm của đƣờng bức xạ [3] ............................................................... 7
2.1.6. Nhiễu xạ tia X........................................................................................... 10
a. Hiện tƣợng nhiễu xạ Tia X [4] ..................................................................... 10
b. Định luật Bragg ........................................................................................... 11


2.1.7. Giới hạn bƣớc sóng và hiện tƣợng quang phổ ......................................... 13
2.2. Nguyên lý cấu tạo thiết bị [1] ......................................................................... 15
2.2.1. Phƣơng pháp chụp ảnh ............................................................................. 15
a. Cấu tạo ......................................................................................................... 15
b. Nguyên lý của phƣơng pháp ........................................................................ 15
2.2.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ kế (diffractometer) ............................................... 16
a. Cấu tạo ......................................................................................................... 16
b. Nguyên lý của phƣơng pháp ........................................................................ 16
2.2.3. Chiều sâu thấm của tia X .......................................................................... 19
2.2.4. Tính ứng suất ........................................................................................... 19
2.2.5. Xác định biến dạng ................................................................................... 19
2.2.6. Xác định mối quan hệ ứng suất - biến dạng ............................................. 22
2.2.7. Ƣu điểm của phƣơng pháp đo nhiễu xạ kế so với phƣơng pháp chụp
ảnh ..................................................................................................................... 25
Chƣơng III. HỆ SỐ HẤP THU TRÊN CÁC BỀ MẶT .................................. 26
3.1. Các phƣơng pháp đo trên máy nhiễu xạ đơn tinh thể .................................... 26
3.1.1. Phƣơng pháp đo kiểu  ............................................................................ 27
a. Phƣơng pháp đo kiểu  cố định  ............................................................... 28

b. Phƣơng pháp đo kiểu  cố định o ............................................................. 29
3.1.2. Phƣơng pháp đo kiểu  ............................................................................ 30
a. Phƣơng pháp đo kiểu  cố định  ............................................................... 30
b. Phƣơng pháp đo kiểu  cố định O ............................................................. 31
3.2. Hệ số hấp thụ ảnh hƣởng tới cƣờng độ nhiễu xạ trên mặt phẳng .................. 31
3.3. Hệ số hấp thụ không giới hạn vùng nhiễu xạ và giới hạn vùng nhiễu
xạ [7] ..................................................................................................................... 33
3.4. Hàm số hấp thụ trên bề mặt trụ bằng phƣơng pháp đo kiểu  cố định
o [11] .................................................................................................................. 35


3.5. Hàm số hấp thu trên bề mặt trụ bằng phƣơng pháp đo kiểu  cố
định  và o[4]: (Lê Minh Tấn 2005)............................................................. 37
3.6. Khảo sát hàm hấp thu trên bề mặt ellipsoid trong phƣơng pháp đo kiểu ,
cố định góc  và 0[5]: (Nguyễn Thị Hồng 2009) ............................................. 40
Chƣơng IV. THIẾT BỊ NHIỄU XẠ TIA X, CHUẨN BỊ MẪU, ĐO ĐẠC
MẪU VÀ TÍNH ỨNG SUẤT ............................................................................ 42
4.1. Thiết bị nhiễu xạ tia X X’Pert Pro ................................................................. 42
4.2. Chuẩn bị mẫu, đo đạc mẫu ............................................................................. 44
4.3. Đo mẫu trên hệ máy nhiễu xạ X’Pert Pro ...................................................... 45
4.4. Tính toán ứng suất .......................................................................................... 46
4.4.1. Tính toán ứng suất trên hàm hấp thu A phẳng ......................................... 46
4.4.2. Tính toán ứng suất cho các mẫu còn lại ................................................... 50
4.5. Ứng suất dùng hàm hấp thụ trên bề măt trụ ................................................... 54
4.5.1. Tính toán ứng suất trên hàm hấp thu A trụ và A phẳng ........................... 54
4.6. Nguyên nhân của các sai số ........................................................................... 57
Chƣơng V. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............. 59
5.1. Tóm tắt kết quả đề tài ..................................................................................... 59
5.2. Đánh giá kết quả đề tài ................................................................................... 61
5.3. Hƣớng phát triển đề tài................................................................................... 61

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
 : bƣớc sóng
SWL : giới ha ̣n bƣớc sóng ngắ n
2 : góc nhiễu xạ
d : khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử ( hkl )
n : phản xạ bậc cao
h : hằ ng số Plank
V : hiê ̣u điê ̣n thế của điã
(P) : mă ̣t phẳ ng chƣ́a ố ng phá t và ố ng thu tia X ( mă ̣t phẳ ng nghiêng )
(Q) : mă ̣t phẳ ng vuông góc với tru ̣c hin
̀ h tru ̣ chƣ́a hƣớng đo ƣ́ng suấ t
Ψ : góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo với phƣơng pháp tuyến của họ mặt
phẳ ng nguyên tƣ̉ nhiễu xa ̣
Ψo : góc tạo bởi phƣơng pháp tuyế n của mẫu đo và tia tới X
 : là góc phân giác của tia tới và tia nhiễu xạ X
o : là góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của họ mặt phẳng nhiễu xạ và tia tới X

 : góc tạo bởi tia tới X và phƣơng ngang
 : góc tạo bởi tia nhiễu xạ và phƣơng ngang
 : góc tạo bởi phƣơng pháp tuyến của mẫu đo với mặt phẳng nghiêng
 : góc tạo bởi trục đƣ́ng mẫu đo hin
̀ h tru ̣ với (P)
a : hê ̣ số tính chấ t của vâ ̣t liê ̣u (phụ thuộc loại vật liệu)
b : thể tić h phầ n năng lƣơ ̣ng tia tới trên mô ̣t đơn vi ̣thể tić h (phụ thuộc vào đặc tính
của tia X nhƣ Cr-K, Cr-K, Cu-K, Co-K . . .)

 : hằ ng số hấ p thụ (phụ thuộc vào đặc tính của tia X và loại vật liệu mẫu đo )
AB : chiề u dài tia tới thẩ m thấ u đế n phân tố bi ̣nhiễu xa ̣

BC : chiề u dài nhiễu xa ̣ tƣ̀ phân tố bi ̣nhiễu xa ̣ đế n ra ngoài mẫu đo
 : chiề u sâu thẩ m thẩ m thấ u ta ̣i  = 0o
Ra : bán kính thứ nhất của mẫu đo hình elip
Rb : bán kính thứ hai của mẫu đo hình elip


r : bán kính tại phân tố bị nhiễu xạ
dr : chiề u dày phân tố bi ̣nhiễu xa ̣

 : góc giới hạn vùng nhiễu xạ
d : bề rô ̣ng phân tố bi ̣nhiễu xa ̣
L : chiề u dài phân tố bi ̣nhiễu xa ̣
Lc : chiề u dài thẩ m thấ u của tia tới và nhiễu xa ̣ đi ra ngoài mẫu đo.
dV = r.drdzd : thể tić h phân tố bi ̣nhiễu xa ̣
B x H : tiế t diê ̣n của tia X
AP: hàm hấp thu trên bề mặt phẳng
AT: hàm hấp thu trên bề mặt trụ
σT: ứng suất trên bề mặt trụ
σP: ứng suất trên bề mặt phẳng
χ: tỷ số tƣơng quan
ra: sai số tƣơng quan


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

Trang

Bảng 3.1 Hằng số hấp thu  phụ thuộc vào kim loại và đặc tính tia X.[5] .......... 33
Bảng 3.2 Hệ số hấp thu hai phƣơng pháp đo ..................................................................34

Bảng 4.1. Thành phần hoá học của thép Các bon chất lƣợng C45 ....................... 45
Bảng 5.1.a Các góc  và đƣờng kính của trụ thép C45 trong quá trình đo ......... 60
Bảng 5.1.b Ứng suất trên hàm hấp thu A phẳng .................................................. 60
Bảng 5.1.c Ứng suất trên hàm hấp thu A trụ ........................................................ 60


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

Trang

Hình 2.1 Sơ đồ giới thiệu các thành phần chính của ống phát tia x hiện đại ........ 6
Hình 2.2 Sơ đồ phổ tia X của Molipđen với thế tăng tốc khác nhau .................... 7
Hình 2.3 Minh hoạ quá trình ion hóa lớp trong và phát xạ tia X đặc trƣng .......... 8
Hình 2.4 Sự di chuyển điện tử trong nguyên tử tạo thành tia X đặc trƣng K, K
và L ..................................................................................................................... 9
Hình 2.5 Mô tả định luật ....................................................................................... 11
Hình 2.6 Nguyên lý nhiễu xạ ................................................................................ 12
Hình 2.7 Bƣớc sóng............................................................................................... 14
Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo của nhiễu xạ kế ................................................................ 16
Hình 2.9 Cƣờng độ nhiễu xạ đƣợc đo bằng ống đếm ........................................... 18
Hình 2.10 Các mặt phẳng trên mẫu ....................................................................... 20
2
Hình 2.11 Dạng tuyến tính của d ,  sin  ....................................................... 21

Hình 2.12 Dạng tách đôi góc  ............................................................................ 21
2
Hình 2.13 Dạng dao động của d ,  sin  .................................................... 22

Hình 2.14 Trục tinh thể (Ci) và hƣớng của nó đố với hệ trục tọa độ mẫu ví dụ (Si)
cùng hệ trục đo (Li ) .............................................................................................. 22
Hình 3.1 Máy đo nhiễu xạ đơn tinh thể X’Pert Pro .............................................. 26
Hình 3.2 Phƣơng pháp đo kiểu  .......................................................................... 27
Hình 3.3 Phƣơng pháp đo kiểu  cố định  ........................................................ 28
Hình 3.4 Phƣơng pháp đo kiểu  cố định o ....................................................... 29
Hình 3.5 Phƣơng pháp đo kiểu  ......................................................................... 30
Hình 3.6 Phƣơng pháp đo kiểu  cố định  ......................................................... 30
Hình 3.7 Phƣơng pháp đo kiểu  cố định o ........................................................ 31
Hình 3.8 Cƣờng độ nhiễu xạ trên mặt phẳng ........................................................ 32


Hình 3.9 Thể hiện hƣớng đo ứng suất theo phƣơng ψ .......................................... 33
Hình 3.10 Phƣơng pháp đo kiểu  cố định góc o và khống chế tiết diện tia X .. 35
Hình 3.11 Dùng phƣơng pháp đo kiểu  cố định góc o .................................... 36
Hình 3.12 Góc nhiễu xạ 2θ =1520÷1600 ............................................................... 37
Hình 3.13 Phƣơng pháp đo kiểu  cố định góc  trên bề mặt trụ ...................................38
Hình 3.14 Phƣơng pháp đo kiểu  cố định góc 0 trên bề mặt trụ .................................39

Hình 3.15 Góc trong phƣơng pháp đo kiểu , cố định góc  .............................. 40
Hình 3.16 Góc trong phƣơng pháp đo kiểu , cố định góc 0 ............................. 41
Hình 4.1 Ống phát tia X ........................................................................................ 42
Hình 4.2: Hệ giác kế của máy nhiễu xạ tia X X’Pert Pro ..................................... 43
Hình 4.3 Hệ thống thu nhận .................................................................................. 44
Hình 4.4 mẫu ......................................................................................................... 44
Hình 4.5 Đồ gá để xoay các góc ψ ........................................................................ 45
Hình 4.6 Đƣờng nhiễu xạ ứng với góc 2θ........................................................................47
Hình 4.7 Nội suy bậc hai .................................................................................................47

Hình 4.8 Đồ thị thể hiện mối quan hệ d-Sin2ψ của mẫu ....................................... 49

Hình 4.9 Đồ thị thể hiện mối quan hệ d-Sin2ψ của mẫu ....................................... 50
Hình 4.10 Đồ thị thể hiện mối quan hệ d-Sin2ψ của mẫu Ø16mm ....................... 51
Hình 4.11 Đồ thị thể hiện mối quan hệ d-Sin2ψ của mẫu Ø18mm ....................... 52
Hình 4.12 Đồ thị thể hiện mối quan hệ d-Sin2ψ của mẫu Ø20mm ....................... 53
Hình 4.13 Đồ thị thể hiện d và Sin2ψ của các mẫu ............................................... 54
Hình 4.14 Đồ thị quan hệ ứng suất và R trên A trụ và phẳng..........................................55
Hình 4.15 Đồ thị so sánh ứng suất trên A trụ và A phẳng ...............................................56


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chương I
----

DẪN NHẬP
1.1. Đặt vấn đề:
Ứng suất dƣ là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hƣởng đến độ bền,
tuổi thọ của chi tiết máy. Ứng suất dƣ đƣợc tạo ra trong quá trình gia công cơ, gia
công áp lực, xử lý nhiệt…là một trong những nguyên nhân gây ra các hƣ hỏng, biến
dạng vật liệu. Chính vì vậy việc xác định ứng suất dƣ có vai trò rất quan trọng trong
quá trình xử lý và cải thiện điều kiện làm việc của các chi tiết máy.
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phƣơng pháp xác định ứng suất dƣ trên bề
mặt chi tiết nhƣ phƣơng pháp: đục lỗ, cắt tiết diện, siêu âm, nhiệt đàn hồi, nhiễu xạ
Neutron, nhiễu xạ X–quang… Trong đó, phƣơng pháp nhiễu xạ X–quang có nhiều
ƣu điểm: xác định chính xác ứng suất, dễ dàng tự động hóa… mà không phá hủy chi
tiết mẫu.
Các nghiên cứu về hàm hấp thu tia X của Cullity, Koistinen, Ch.Genzel… chỉ
áp dụng cho phƣơng pháp đo đơn giản đối với vật liệu đẳng hƣớng.
Luận văn Thạc sĩ của KS. Lê Minh Tấn – trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.
HCM – năm 2008, đã phân tích hình dạng bề mặt trụ ảnh hƣởng đến hàm hấp thu

tổng quát của tia X trong vật liệu đẳng hƣớng.
Luận văn thạc sĩ của KS. Nguyễn Thị Hồng. Trƣờng ĐH SPKT Tp. HCM năm
2009 – xác định hàm hấp thu tổng quát cho bề mặt ellipsoid trong đo ứng suất dùng
nhiễu xạ X quang.
Tuy nhiên, các tính toán này chỉ dựa trên cơ sở lý thuyết chƣa đƣa ra đƣợc các
kiểm định một cách cụ thể hay một giá trị đo nhất định trên một máy công cụ nào,
vì vậy dƣới sự giúp đỡ của thầy TS. Lê Chí Cƣơng, tác giả chọn lĩnh vực này để
làm cơ sở nghiên cứu và thực hiện đề tài:
“Đo lường ứng suất bề mặt trụ của thép cán dùng nhiễu xạ tia X.”

Trang 1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

1 . 2 . Nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu cơ sở đo lƣờng ứng suất dùng tia X.
Phân tích và tính toán ứng suất trên bề mặt trụ của thép cán.
Kiểm chứng thực tế ứng suất trên bề mặt trụ của thép cán.
1 . 3 . Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài:
Nghiên cứu cấu trúc và đo lƣờng ứng suất trên bề mặt trụ.
Trong thực tế thép cán là loại vật liệu thông dụng đƣợc sử dụng rộng rãi trong
nhiều ngành nghề khác nhau: cơ khí, xây dựng, cầu đƣờng… có thể xem nhƣ là vật
liệu điển hình của vật liệu đẳng hƣớng dạng thớ.
Qua nghiên cứu xem xét và trao đổi với giảng viên hƣớng dẫn, đƣợc sự đồng
tình của thầy TS. LÊ CHÍ CƢƠNG, do vậy giới hạn đề tài của em tập trung nghiên
cứu vào loại vật liệu thép cán và chỉ đo trên bề mặt trụ của vật thể.
1.4. Phương pháp nghiên cứu:
Dựa trên cơ sở lý thuyết về vật lý tia X, lý thuyết về biến dạng ứng suất trong
cơ học.

Tham khảo tài liệu trên thế giới có liên quan đến việc tính toán hàm hấp thu
của tia X
Tính toán ứng suất của tia X đối với vật liệu thép cán.
Đo ứng suất của thép cán trên máy đo dùng tia X.
1.5. Điểm mới của luận văn:
Đề tài không chỉ dừng lại ở việc tính toán một cách thuần túy lý thuyết, đề tài
sẽ đƣa ra những kết quả đo của một máy công cụ một cách chính xác, kiểm chứng
với lý thuyết tính toán.

Trang 2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn:
Kết quả của đề tài có thể áp dụng tính ứng suất trên bề mặt trụ của vật liệu
đẳng hƣớng.
Có thể dùng để tham khảo cho các sinh viên trong nghành cơ khí, xây dựng…
các học viên có thể làm tài liệu để làm tham khảo làm các đề tài liên quan.
Là cơ sở để nghiên cứu các bề mặt phức tạp trong cơ khí.

Trang 3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chương II
----

NGUỒN GỐC VÀ SỰ PHÁT TRIỂN TIA X

2.1. Giới thiệu về tia X:
2.1.1. Lịch sử tia X:
Tia X hay còn gọi là tia Rơntgen do nhà khoa học Đức Wilhelm Conrad
Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, tại phòng thí nghiệm Viện Vật lý thuộc
trƣờng Đại học Tổng hợp Wurtzbourg (cách Berlin 300 km về phía tây nam).
Rơntgen cho dòng điện đi qua ống tia âm cực (là ống thuỷ tinh chân không có hai
điện cực ở hai đầu) và đặt màn chắn giữa ống và tia âm cực với bản thuỷ tinh (trong
đó có tráng một lớp hỗn hợp phát quang) thì xuất hiện ánh sáng xanh nhè nhẹ khác
lạ so với tia lửa điện.
Lần lƣợt ông đƣa giấy, bìa cứng cho ánh sáng qua và ông nhận ra thấy các ống
xƣơng tay và chiếc nhẫn đeo tay có màu đậm in trên giấy cứng sau khi rửa ảnh.
Tiếp tục ông thay giấy cứng bằng quyển sách dày cũng tƣơng tự, rồi ông để trực
tiếp cho ánh sáng xanh trên chiếu qua tay ông và ông thấy rõ mồn một từng khớp
ngón tay và gân máu của ông đang dịch chuyển khi tay ông chuyển động.
Từ đó tia X đƣợc ứng dụng vào y học đầu tiên, giúp con ngƣời thấy đƣợc cơ
quan nội tạng bên trong cơ thể.
Tháng 2 năm 1886, tại Pari, nhà vật lý Oudin và bác sĩ Bathelemy đã thực
nghiệm X quang tại nhà, dựa vào nguyên lý của Roentgen, họ đã chế tạo máy X
quang đầu tiên trên thế giới, và bác sĩ Antoine Beclere đã chiếu X quang cho ngƣời
đầu bếp của mình, ông nhận thấy phổi của bà có nhiều chỗ bị mờ, hỏi ra mới biết,
trƣớc đó bà đã bị ho ra máu. Đó là trƣờng hợp đầu tiên chuẩn đoán X quang đầu
tiên trong lịch sử y học trên thế giới.
Sau này giáo sƣ ngƣời Pháp Henri Becquenre đã nghiên cứu về phóng xạ cùng
với Marie Cuie (ngƣời Pháp gốc Ba Lan), và Joseph John Thomson (giáo sƣ vật lý

Trang 4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

ngƣời Anh) dựa vào nguyên lý của máy X quang đã trở thành cha đẻ về phóng xạ
nhân loại.
Tia X có khả năng đặc biệt xuyên qua giấy, gỗ, vải, cao su, phần mềm của cơ
thể. . . Nhƣng không đi qua đƣợc kim loại, nhất là những kim loại có tỷ trọng lớn,
không đi qua đƣợc một số bộ phận trong cơ thể, nhất là những bộ phận có chứa
nguyên tố nặng nhƣ xƣơng. Mặc khác nó không ảnh hƣởng bởi từ trƣờng, nó làm
cho không khí dẫn điện hiện lên phim.
Sau đây là trật tự dãy ánh sáng: Tia gama–Tia X–Tia cực tím–Ánh sáng nhìn
thấy Tia hồng ngoại–Sóng rađa–Sóng vô tuyến.
Từ tia gama, tia X và tia cực tím là nhũng tia có bƣớc sóng ngắn, tầng số và
năng lƣợng cao, còn tia hồng ngoại, sóng rađa và sóng vô tuyến có bƣớc sóng dài,
tầng số và năng lƣợng thấp. Ánh sáng nhìn thấy đƣợc có bƣớc sóng từ 400nm tới
700nm tƣơng ứng với dãy ánh sáng sắp xếp xác nhau: màu tím, màu chàm, màu
xanh dƣơng, màu xanh lá cây, màu vàng và màu đỏ.
Bƣớc sóng của tia X khoảng từ 10 nm tới 1 pm, năng lƣợng khoảng 200 eV
đến 1 MeV, trong khi bƣớc sóng ánh sáng từ 400 nm tới 700 nm
2.1.2. Lịch sử phát triển tia X:
Năm 1912 Von Laue đã chứng minh rằng tia X có thể bị nhiễu xạ bởi tinh thể.
Năm 1935 lần đầu tiên Le Galley chế tạo máy phát tia X đo tinh thể ở cấu trúc
dạng bột.
Năm 1947 ông Phillip lần đầu tiên giới thiệu rộng rãi và bán máy nhiễu xạ đo
tinh thể có cấu trúc dạng bột.
Vào đầu những thập niên 50 máy đo nhiễu xạ dạng bột dùng rộng rãi để
nghiên cứu những vật liệu có cấu trúc chƣa hoàn chỉnh.
Năm 1969 Rietveld đã phát triển phƣơng pháp phân tích dãy dữ liệu nhiễu xạ
có cấu trúc dạng bột.
Năm 1977 Cox, Young, Thomas và các tác giả khác lần đầu tiên ứng dụng
phƣơng pháp Rietveld về bức xạ tia X.

Trang 5