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[0160]半価幅とは|半価幅による材料評価とは｜X線回折でみる加工硬化・疲労損傷

半価幅とは回折ピークの広がりを表す指標で、加工硬化や結晶粒径変化を反映します。本ページでは半価幅による材料評価の方法と解析例を解説します。

[0160] は「半価幅による材料評価」を扱う技術ページで、一般に以下の内容が含まれます：

半価幅（FWHM）の定義
加工硬化・塑性変形・疲労損傷などとの関係
結晶粒径や転位密度との関連
X線回折ピークが広がる理由
応力測定と合わせた材料評価

→ 基礎理論ページの1つ
→ 応力以外の“材料状態の可視化”要素を扱うページ

半価幅＝要因(転移密度、結晶粒サイズ、機器オフセット)

材料の硬さ＝相関(転移密度)

半価幅の利用方法

塑性変形後の状態の確認
加工余裕　あとどのくらい加工できるかの推定
測定できない部分の硬度推定

読者ターゲット：

半価幅を知りたい。
x線応力測定で塑性変形の評価をしたい。

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半価幅、「Full-Width at Half-Maximum（FWHM）」とは、回折強度曲線のピーク強度の半分の強度における回折強度曲線の幅を表す指標であり、単位は度で表されます。この指標は、転移密度、結晶粒サイズ、機器オフセットなどの要因に影響を受けます。

一般的に、転移密度が高くなるほど、結晶粒サイズが小さくなるほど、半価幅は大きくなります。

また、半価幅と硬さには相関関係があることが多いです。

半価幅で塑性変形の程度を推定することができます。したがって、あとどのくらいで破壊するかの予測も可能な場合があります。

関連：[0108]半価幅による加工ひずみの評価

半価幅の要因半価幅の表すもの

X線プロファイルと半価幅の定義

X線プロファイルと半価幅の定義

鋼のX線回折

半価幅の要因

1.硬さ (正相関)

2.加工の程度 (正相関)

3.転移密度 (正相関)

4.結晶粒サイズ (逆相関)

5.機器オフセット

半価幅と硬さの相関図

お問合せはこちら

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。

X線回折現象

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。

鋼(フェライト)の格子面 (211)

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。

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

塑性変形と半価幅

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。[0109]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。