十八世纪德国人伦琴发现了X射线。嗣后，人类凭借着X射线具有的衍射本领，第一次解开了物质结构的秘密。十九世纪后的一个多世纪的岁月中，X射线仪器陪同物理学家在象牙塔里完成了许多有价值的基础理论研究，为后来在基础理论研究与工程技术中的应用打下了良好的基础。
进入二十世纪后，工程技术队伍日益发展壮大。开始与基础理论科学队伍并肩发展。为解决工程材料及其零构件由于残余应力（Residual stress-σr）而引发的变形、了解σr对工程零构件力学行为影响的规律性、解决σr与残余奥氏体组织结构（Microstructure - M）导致冶金厂大型轧辊发生早期开裂的瓶颈问题等，激起了专门从事X射线衍射理论研究中的先知先觉者极大的兴趣与关注。他们开始研究X射线测定应力（应变）的原理和基本的力学分析理论、提出各种测定方法与应力计算法、针对专门测定σr与残余奥氏体对古老的X射线仪器设备进行改进，直到最后索性带着X射线应力（应变）测定仪从象牙塔中走出，这个异军突起的队伍投身加入到工程技术队伍中，这就是人类社会分工合作的发展规律。凡适应生产力发展的工程技术，发展前景必然是势不可挡。不到半个世纪岁月，X射线σr测定行当已发展为自成体系的一支新的产业队伍。
1981年9月的一天，笔者正在观赏1889年由法国人埃菲尔（Eiffel）设计建造的巴黎铁塔时，一位年轻的日本人手提便携式X射线应力仪往铁塔上方攀登，经了解得知，这个小同行正在根据客户指定的部位，给这个度过92岁的“老古董”测定σr与M，借以分析它的“健康状况”，以便确定如何对它进行“治疗保养”。波音飞机的起落架，经过最后一道机械加工后，规定采用X射线应力仪测定危险截面处的σr。500匹马力的柴油机曲轴（重约30余吨），经喷丸强化处理之后，测定曲轴轴颈圆角根部的σr。汽车板簧、圆柱螺旋弹簧、汽油发动机气门簧等，最后一道加工后，必须抽检测定σr或M。宇宙飞船上的谐波齿轮，加工最后一道工序须测定σr。
由上述可见，凡是运载工具上的重要承力件，特别是承受交变载荷的重要部件，按规定检测其危险截面的σr或M的数量与日俱增。因此，随着机电工业的迅速发展，不仅这个行业会得到发展，而且还会逐渐拓宽检测的内容，为解决工程技术领域中的各种瓶颈难题提供更多的检测数据和其他重要信息。
1. X射线残余应力检测技术在工程中的应用
金属材料加工制成零件的过程，常会在某个加工环节中出现故障。成品零件装机使用中也可能发生失效。工程技术人员在分析导致故障或失效件的原因时，会根据零件的材料特性、服役环境、负载状况等，选用最有针对性的仪器设备和最有效的试验方法，根据获得的数据和信息，经过综合分析得出导致此事故的真实原因。就像医生接收一个患脑血管的病人时，首选的诊断仪器当然是核磁共振仪，因为能立即明确地给出病人是脑血管堵塞（脑血栓）还是脑血管破裂（脑溢血）的信息，根据检测结果医生便可对症治疗。
什么是最好的仪器设备和试验手段？能够可靠地、准确地给出导致事件发生的主要因素和主要原因的信息者，就是最好的仪器设备和试验手段。如何在工程技术领域内如何做好残余应力仪的使用？在机械工程制造业中的基础件（主要是齿轮、弹簧、螺栓等），汽车、柴油机车、电力机车、装甲车、飞机、风力发电机组中的升速箱等，这些机器上的零件经常发生失效的主要模式有三种：磨损、腐蚀、断裂。三种规模中又以断裂模式所占比例最大。而断裂模式中又以疲劳和应力腐蚀断裂模式占据其主要地位。在此情况下，机械制造业如何改善零构件的疲劳与应力腐蚀断裂抗力。通常采取两条腿走路的办法，一是研制更高质量的材料，二是不断更新冷、热加工制造工艺或表面强化处理工艺。前者的研制周期长、发展速度慢、性价比低，远跟不上当前快速发展的需求。所以，目前的主要途径是采用研制周期短、发展速度快、性价比高的各种表面强化处理工艺，或者改善新的加工制造工艺，以此改善零件的疲劳与应力腐蚀断裂抗力。
对于有严格要求的高疲劳断裂抗力的关键零件，一般地讲应满足以下要求：
1) 零件表面粗糙度尽量低；
2) 表面应力集中系数尽量达到Kt＜4；
3) 冷加工（切削、铣削、磨削等）和热加工（锻、铸、焊、热处理）以及组合件的强迫装配等引入零件表层的残余拉应力应尽量低（如对超高强度钢σr＜300 MPa；对钛合金σr＜50MPa等）。若机加工后引入零件表面的残余拉应力过高（如σr＞400MPa），则应尽快采用回火处理来降低或消除残余拉应力；
4) 可采用零件表面强化处理工艺繁多，如表面化学热处理（如渗碳处理、渗氮处理、碳氮共渗），表面形变强化处理工艺（表面滚压、辗压，表面喷丸形变处理等），表面激光强化处理等。考核这类表面强化处理工艺的强化效果，一是加工引入零件表面上的残余应力及其沿表层的分布，二是各种表面强化工艺导致零件表层材料组织结构的变化而引发其力学行为的改性（Modification）。
5) 其它要求等。
在这种情况下，哪种仪器设备和试验研究手段最适合用来试验研究上述工艺中出现的技术问题，看来首选的应该是X射线应力测定仪，因该仪器即具备测定σr的功能，同时又具备测定零件表层组织结构的本领。当然，一个训练有素、并具有丰富经验的工程技术人员绝不会只凭一种试验方法所得到的几个有限的数据就拍板下结论的。在此情况下，还会测定显微硬度及其沿深度的分布，用扫描电镜观看组织形貌等。
2.拓宽应力测定仪的服务范围
残余应力（应变）仪一出世就具备两种本领：
第一，能给出多晶体特定晶面的衍射角（2θ）的信息；
第二，能给出晶面的衍射谱线的强度（I）以及衍射谱线的半高宽（β）和积分高宽（B）的信息。目前，具有应力仪的单位，绝大部分只用来采集晶面的衍射角（2θ）信息，用以测定零构件的残余应力（σr）。而极少用来采集β、B、和I的信息，用以了解零件材料在加工过程中其组织结构发生的各种变化。形象地讲，大多数人只使用自己的一条腿走路，而另一条腿只作陪衬。
大力开展金属材料零构件β、B、与I信息的采集，是拓宽应力仪使用范围的一个现成的突破口，这又是另外一个洞天。由应力仪测出的β或B两个物理量，是哪些自变量的函数。这里用下式来表达β、B与诸自变量的函数关系：
β或B=f（a，b，c，d，e，f，g，h……） （a）
（a） 式中的符号代表的物理含义粗略解释如下：
a- 材料/零件的单调或循环塑性变形的硬/软化特性。
b- 材料/零件的弹性或塑性变形量。
c- 材料/零件的临界塑性变形量。
d- 低合金化高强度钢/零件在砂轮磨削加工中判别与监控零件表层二次淬火马氏体的转变（注：柱塞式油泵的柱塞头部，齿轮的硬齿面等）。
e- 材料/零件在中、高温恒温保温过程中回复、再结晶与聚集再结晶动力学曲线的测定。
f- 判别材料/零件内的σr在使用温度下发生松弛的性质（即在回复温度阶段还是在再结晶温度阶段中发生的松弛）。
g- 材料/零件在疲劳载荷作用下表层材料组织结构（晶粒、亚晶粒尺寸的细化）发生的变化。
h- 对经受高塑性变形加工后的材料/零件，制定消除残余拉应力与塑变组织结构稳定化处理的热处理工艺规范。
i- 碳钢热处理后表面脱碳层深度的定量测定。
以上列举的通过采集β、B信息或者解决工程中亟待解决的实际技术问题，或者是探索科研中的一些基本的变化规律。其中大部分是作者曾做过的。但我现在没有精力也更没有手段和时间去做的那些试验还多着呢！我相信当我们现处的这个浮躁的时代快速转型进入踏实、稳健、彼此信任、富有爱心的时代时，大家一定会静下心来，心无旁骛、全力以赴地为我们的社会做出自己的贡献。
作者：北京航空材料研究院 王仁智
邯郸爱斯特应力技术有限公司 吕克茂
