短波長特征X射線衍射

目錄
序
前言
第0章 緒論——發(fā)展中的X射線衍射 1
0.1 X射線學的重大成就 1
0.2 X射線衍射學的進展 2
0.2.1 物體表面X射線衍射的方法及儀器 3
0.2.2 物體內(nèi)部衍射的方法及儀器 4
**部分 X射線衍射基礎
第1章 X射線物理學基礎 11
1.1 X射線的發(fā)現(xiàn)、產(chǎn)生及現(xiàn)象 11
1.2 X射線的波動性和粒子性 13
1.2.1 X射線的波動性 13
1.2.2 X射線的粒子性及波粒二象性 14
1.2.3 X射線波粒二象性的呈現(xiàn) 16
1.3 X射線源及其X射線光譜 17
1.3.1 X射線管 17
1.3.2 反射靶X射線管的X射線光譜 20
1.3.3 重金屬靶X射線管的短波長特征X射線譜與高能同步輻射的X射線譜 24
1.4 X射線的折射 25
1.5 X射線的散射與X射線強度衰減 26
1.5.1 散射 26
1.5.2 X射線光電吸收與熒光輻射 28
1.5.3 X射線強度的衰減 30
第2章 晶體的X射線衍射基礎 32
2.1 晶體及七種晶系 32
2.1.1 晶體和非晶體 32
2.1.2 布拉維點陣和晶系 32
2.1.3 常見的晶體結(jié)構(gòu) 35
2.2 晶體特性及其表征方法 36
2.2.1 晶體定向 36
2.2.2 晶面指數(shù) 37
2.2.3 晶向指數(shù) 39
2.2.4 晶面間距 41
2.2.5 晶面夾角 42
2.2.6 晶帶 42
2.2.7 晶體的對稱性 43
2.2.8 晶體的各向異性及滑移系 48
2.2.9 晶體的極射赤面投影 50
2.2.10 晶向、晶面法向在極射赤面投影坐標 56
2.2.11 標準極圖 58
2.3 晶體的X射線衍射方向及其方程 59
2.3.1 勞厄衍射 59
2.3.2 布拉格方程 61
2.4 倒易空間與衍射矢量 63
2.4.1 倒易點陣的定義 63
2.4.2 倒易矢量的性質(zhì) 64
2.4.3 衍射矢量方程與埃瓦爾德倒易球 67
2.5 X射線衍射強度 68
2.5.1 結(jié)構(gòu)因子 69
2.5.2 晶胞結(jié)構(gòu)因子 71
2.5.3 一個小晶體的衍射強度 72
2.5.4 多晶粉末衍射的積分強度 75
2.5.5 倒易點陣的衍射斑與衍射線的形狀大小 76
2.6 常規(guī)X射線衍射的兩種主要衍射方式 78
2.6.1 角度色散衍射 79
2.6.2 能量色散衍射 79
2.7 中子衍射簡介 81
2.8 高能同步輻射的短波長X射線衍射簡介 85
2.9 X射線管的短波長X射線能量色散衍射簡介 87
第二部分 短波長特征X射線衍射基礎、儀器及實驗技術
第3章 短波長特征X射線衍射基礎 91
3.1 短波長特征X射線衍射原理 91
3.2 基于光子能量分析的短波長特征X射線單色化及衍射強度的準確測量 95
3.2.1 探測器系統(tǒng)能量分辨率 95
3.2.2 短波長特征X射線單色化的能量分辨率要求 97
3.2.3 短波長特征X射線衍射強度的準確測量 97
3.3 短波長X射線的屏蔽 99
3.4 衍射幾何光路與衍射體積 100
3.5 短波長特征X射線衍射譜的測試 102
3.6 短波長特征X射線衍射峰峰形的特征 103
3.7 短波長特征X射線衍射譜的晶面間距測試誤差分析 105
第4章 SWXRD-1000型短波長X射線衍射儀 107
4.1 SWXRD-1000型短波長X射線衍射儀簡介 107
4.2 SWXRD-1000型短波長X射線衍射儀及主要技術指標 108
4.3 儀器主要分系統(tǒng) 110
4.3.1 X射線源 111
4.3.2 準聚焦的平行準直光路系統(tǒng) 112
4.3.3 衍射的短波長特征X射線探測系統(tǒng) 112
4.3.4 精密機械運動系統(tǒng) 112
4.3.5 測控系統(tǒng) 112
4.3.6 屏蔽系統(tǒng) 113
4.4 測控分析軟件簡介 113
4.4.1 SWXRD測控軟件V2.0 113
4.4.2 SWXRD分析軟件V2.0 118
第5章 短波長特征X射線衍射的實驗分析技術基礎 123
5.1 可測厚度與短波長特征X射線的波長選取 123
5.2 衍射角零點 124
5.3 測試部位的定位 125
5.3.1 衍射儀圓圓心定位 125
5.3.2 衍射過程的短波長特征X射線傳播路徑 127
5.3.3 SWXRD測試部位的常規(guī)定位方法 128
5.4 粗晶材料的衍射譜測試技術 128
5.5 織構(gòu)與極圖 133
5.6 織構(gòu)材料的“反常衍射峰” 135
5.6.1 “反常衍射峰” 135
5.6.2 “反常衍射峰”的SWXRD實驗研究及其呈現(xiàn)規(guī)律 136
5.6.3 關于“反常衍射峰”的探討 138
5.7 準確測定各向異性材料衍射峰的極密度極大值法 139
5.8 衍射譜的基本數(shù)據(jù)處理 140
5.8.1 SWXRD譜的基本分析方法 141
5.8.2 關于不對稱擬合函數(shù)的研究 142
5.9 晶體材料/工件內(nèi)部的物相定性分析 145
5.9.1 物相 145
5.9.2 物相定性分析 145
5.9.3 物相定性分析實例 149
第三部分 晶體材料/工件內(nèi)部的短波長特征X射線衍射分析應用
第6章 多晶材料/工件內(nèi)部織構(gòu)與單晶體內(nèi)部晶面取向的原位無損檢測 155
6.1 多晶材料內(nèi)部織構(gòu)與測試 155
6.1.1 常見的織構(gòu)類型與極圖 155
6.1.2 極圖的SWXRD測量方法 156
6.1.3 極圖分析 158
6.2 內(nèi)部織構(gòu)分布均勻性的特征參量表征及其快速無損檢測分析 160
6.2.1 預拉伸鋁板內(nèi)部晶面取向均勻性的特征參量選取 160
6.2.2 快速無損檢測預拉伸鋁板內(nèi)部織構(gòu)均勻性的裝置和方法 161
6.2.3 快速原位無損檢測預拉伸鋁板內(nèi)部晶面取向分布的均勻性 162
6.3 單晶體內(nèi)部晶面取向的原位無損測定與衍射峰測量準確性的評估 164
6.4 各向異性材料衍射峰位準確測量的判定準則 168
第7章 晶體材料/工件內(nèi)部殘余應力的原位無損測定 169
7.1 殘余應力及其產(chǎn)生 169
7.1.1 殘余應力的內(nèi)涵 169
7.1.2 殘余應力的產(chǎn)生 170
7.2 內(nèi)應力模型及晶體衍射表征 171
7.2.1 Macherauch內(nèi)應力模型及其分類 171
7.2.2 鄭林-張津內(nèi)應力模型及其分類 172
7.3 晶體衍射測定應力的應變與應力關系 175
7.3.1 材料應變與晶格應變 175
7.3.2 應力-應變關系 176
7.4 主應變的求解方法 178
7.5 無損測定(殘余)應力的常用方法 179
7.5.1 sin2Ψ法 180
7.5.2 cosa 181
7.5.3 d0法 184
7.6 無損測定各向異性材料內(nèi)部應力的新方法——極密度極大值法 185
7.6.1 平面應力的極密度極大值法 186
7.6.2 三維應力的極密度極大值法 186
7.7 無應力標樣制備 187
7.7.1 概述 187
7.7.2 無應力標樣晶面間距d0的影響因素 188
7.7.3 退火標樣的制備 190
7.7.4 方塊狀、梳狀標樣的制備 191
7.7.5 不同標樣對殘余應力測試結(jié)果的比較 194
7.8 應變、應力測試的SWXRD實驗驗證 196
7.8.1 應變測試的對比實驗 196
7.8.2 淬火鋁板內(nèi)部殘余應力測試的對比實驗 197
7.9 鋁合金攪拌摩擦焊接件內(nèi)部殘余應力的兩種無損測定方法綜合運用 198
7.9.1 樣品和測試條件 199
7.9.2 sin2??法無損測定焊縫中間層的縱向殘余應力 200
7.9.3 采用極密度極大值法無損測定中間層垂直焊縫的殘余應力及其分布 205
7.9.4 測試結(jié)果分析與討論 209
7.10 淬火鋁板內(nèi)部三維殘余應力無損測定 210
7.10.1 樣品、測試要求及測試時間 210
7.10.2 二維/三維殘余應力的無損測定及比較 212
7.11 部分典型零部件內(nèi)部殘余應力無損測定 214
7.11.1 30mm厚7075淬火鋁板內(nèi)部殘余應力及其分布的無損測定 214
7.11.2 A100高強鋼孔擠壓強化件內(nèi)部殘余應力及其分布的無損測定 215
7.11.3 鈦合金TC4焊接空心葉片內(nèi)部殘余應力及其分布的無損測定 216
7.11.4 3D打印鈦合金TC4件平板內(nèi)部殘余應力及其分布的無損測定 217
7.12 無損測定(殘余)應力中的常見問題 218
7.12.1 工件或樣品的準備 218
7.12.2 測試晶面的選擇 219
7.12.3 材料系數(shù)及應力模型 221
第8章 預拉伸鋁板內(nèi)部織構(gòu)對內(nèi)部殘余應力狀態(tài)影響及消減對策研究 223
8.1 預拉伸鋁板及其相關研究 223
8.2 兩種預拉伸鋁板內(nèi)部殘余應力和織構(gòu)及其分布的無損測定 224
8.2.1 預拉伸鋁板內(nèi)部織構(gòu)及其沿厚度方向分布的無損測定 224
8.2.2 預拉伸鋁板內(nèi)部殘余應力及其沿厚度方向分布的無損測定 226
8.3 殘余應力與均勻塑性變形 228
8.4 不均勻織構(gòu)的產(chǎn)生 229
8.4.1 預拉伸鋁板的滑移系與內(nèi)部織構(gòu) 229
8.4.2 織構(gòu)分布的均勻性、塑性變形的均勻性與殘余應力 229
8.5 預拉伸鋁板內(nèi)部殘余應力的消減對策 230
8.6 織構(gòu)和殘余應力對加工變形的影響 230
第9章 鋁合金板攪拌摩擦焊殘余應力與性能研究 232
9.1 研究方法 233
9.1.1 攪拌摩擦焊 233
9.1.2 組織結(jié)構(gòu)分析 234
9.1.3 殘余應力的測試 234
9.1.4 無應力標樣制備 234
9.2 7075鋁合金FSW焊接接頭組織及內(nèi)部殘余應力 235
9.2.1 FSW焊接接頭的微觀組織及顯微硬度 235
9.2.2 FSW樣品內(nèi)部殘余應力分析 237
9.3 時效對FSW焊接接頭組織及內(nèi)部殘余應力分布的影響 242
9.3.1 時效前后焊接接頭的微觀組織 242
9.3.2 時效后焊接接頭的顯微硬度 246
9.3.3 時效前后焊接接頭的殘余應力分布 246
9.4 FSW內(nèi)部殘余應力及性能指標的關聯(lián)性研究 250
9.4.1 不同工藝加工的FSW焊接樣品 250
9.4.2 焊接參數(shù)對焊接接頭微觀組織的影響 251
9.4.3 焊接參數(shù)對焊接接頭顯微硬度的影響 254
9.4.4 焊接參數(shù)對接頭拉伸性能的影響 255
9.4.5 焊接參數(shù)對焊接殘余應力分布的影響 257
9.4.6 內(nèi)部殘余應力及性能指標的關聯(lián)性 262
9.4.7 關聯(lián)性研究結(jié)論 266
第10章 鎂合金板成形殘余應力及其消減研究 268
10.1 鎂合金殘余應力的研究現(xiàn)狀 268
10.2 不同擠壓工藝