材料織構分析原理與檢測技術

內(nèi)容概要

晶體學織構及相應的各向異性是現(xiàn)代先進材料十分重要的特性。本書介紹了材料宏觀織構、微觀織構和織構快速檢測的基本過程和相關技術，綜述了工程材料中存在的織構類型，闡述了織構檢測技術在生產(chǎn)檢驗中的實際應用以及在材料開發(fā)研究中的基本分析方法。本書內(nèi)容側重于基礎性、實用性和技術可操作性。    本書可作為鋼鐵企業(yè)從事織構檢測人員的技術參考書或培訓教材；也可作為從事冶金、鑄造、材料研發(fā)、材料加工等專業(yè)的技術人員在進行織構檢測、分析與研究時的參考用書；還可作為高等院校相關專業(yè)教師、大學生或研究生的教學參考書。

作者簡介

　　陳冷，教授，工學博士。男，1964年出生。先后畢業(yè)于吉林大學、東北大學和北京科技大學，獲材料學學士、碩士和博士學位。2003年在德國馬克斯-普朗克鋼鐵研究所（Max-Planck-Institut Für Eisenforschung）短期工作。長期在高校從事科研和教學工作，現(xiàn)任北京科技大學材料學系教授，兼任中國體視學學會材料科學分會常務理事兼副秘書長。

書籍目錄

1　材料宏觀織構原理與檢測技術　1.1　晶體取向與多晶體織構　　1.1.1　晶體的結構及旋轉特性　　1.1.2　晶體取向與晶體學織構　　1.1.3　取向與織構的極圖表達原理　　1.1.4　反極圖原理　　1.1.5　極圖的局限性　1.2　材料宏觀織構生成原理　　1.2.1　鑄造織構的生成　　1.2.2　粉末燒結織構　　1.2.3　冷變形織構的生成　　1.2.4　再結晶與熱軋織構的生成　　1.2.5　二次再結晶織構的生成　　1.2.6　相變對織構生成的影響　　1.2.7　金剛石薄膜織構的生成　1.3　材料X射線宏觀織構檢測原理　　1.3.1　X射線衍射基本原理　　　1.3.1.1　X射線衍射的布拉格方程　　　1.3.1.2　X射線衍射強度　　　1.3.1.3　X射線衍射的結構因子　　　1.3.1.4　晶體點陣類型所引發(fā)的系統(tǒng)消光　　1.3.2　多晶體極圖的X射線測量原理　　1.3.3　取向分布函數(shù)的數(shù)學原理　　　1.3.3.1　極密度分布函數(shù)　　　1.3.3.2　取向分布函數(shù)的數(shù)學式　　　1.3.3.3　取向分布函數(shù)計算原理　1.4　材料織構的表達與定量分析方法　　1.4.1　取向空間的劃分　　　1.4.1.1　立方晶系的取向空間　　　1.4.1.2　六方晶系的取向空間　　　1.4.1.3　四方晶系的取向空間　　1.4.2　取向分布函數(shù)截面圖分析　　1.4.3　取向分布函數(shù)取向線分析　　1.4.4　織構組分分析　1.5　宏觀織構定量分析　　1.5.1　常見的取向分布函數(shù)截面圖分析　　1.5.2　材料織構變化過程的取向線分析　　　1.5.2.1　冷軋織構分析　　　1.5.2.2　再結晶織構分析　　　1.5.2.3　不均勻織構分析　　1.5.3　織構組分分析實例　　1.5.4　織構與材料宏觀性能的定量關系　　　1.5.4.1　多晶體取向分布函數(shù)與性能的線性定量關系　　　1.5.4.2　金屬材料屈服行為與織構的關系　　　1.5.4.3　材料磁致伸縮行為與織構的定量關系　　　1.5.4.4　材料織構與性能定量關系的唯象理論　1.6　宏觀織構測量技術　　1.6.1　X射線測角器的結構與工作原理　　1.6.2　織構試樣的制備與安放　　1.6.3　實測極圖數(shù)據(jù)的整理　　1.6.4　板材織構檢測數(shù)據(jù)示例　　1.6.5　取向分布函數(shù)測量與計算精度的評價　參考文獻2　材料微觀織構及電子背散射衍射技術　2.1　電子背散射衍射（EBSD）技術的發(fā)展過程與應用現(xiàn)狀　　2.1.1　EBSD技術發(fā)展過程簡述　　2.1.2　EBSD技術與其他相關技術的比較　　　2.1.2.1　侵蝕法　　　2.1.2.2　SEM下的單個取向分析技術　　　2.1.2.3　TEM下的取向測定技術　　2.1.3　EBSD技術在我國的應用現(xiàn)狀　2.2　EBSD技術相關基礎簡述　　2.2.1　取向的各種表示法及其數(shù)據(jù)操作　　　2.2.1.1　取向的數(shù)字表示法　　　2.2.1.2　各種取向表示法之間的關系　　　2.2.1.3　由EBSD數(shù)據(jù)算出的織構與X射線法算出的織構的差異　　2.2.2　取向差及取向關系　　　2.2.2.1　同種晶粒間的取向差　　　2.2.2.2　不同相之間的取向關系　　2.2.3　界面法線晶面指數(shù)的測定　2.3　電子背散射衍射測試技術及原理簡介　　2.3.1　EBSD的硬件　　2.3.2　EBSD測量的主要原理　　　2.3.2.1　菊池帶的產(chǎn)生　　　2.3.2.2　取向標定原理　　　2.3.2.3　菊池帶自動識別原理　　　2.3.2.4　EBSD分辨率　　　2.3.2.5　花樣（或圖像）質(zhì)量IQ、花樣襯度BC與置信指數(shù)CI　　2.3.3　EBSD測試的操作過程　　2.3.4　取向顯微鏡及取向成像　　2.3.5　EBSD測定時可能出現(xiàn)的問題　2.4　電子背散射衍射數(shù)據(jù)的處理　　2.4.1　EBSD數(shù)據(jù)結構　　2.4.2　用于取向、織構分析的EBSD數(shù)據(jù)處理　　2.4.3　取向差或取向關系數(shù)據(jù)的處理　　2.4.4　取向成像分析中的其他信息處理　　2.4.5　EBSD數(shù)據(jù)誤差來源　　　2.4.5.1　樣品坐標系確定不當帶來的誤差　　　2.4.5.2　EBSD花樣標定不好帶來的誤差　　　2.4.5.3　EBSD數(shù)據(jù)中的噪聲　2.5　電子背散射衍射技術在微織構分析中的應用　　2.5.1　微觀組織的形變不均勻性　　　2.5.1.1　BCC結構低碳鋼壓縮時的形變不均勻　　　2.5.1.2　FCC鋁錳合金形變后取向差分布對析出的影響　　　2.5.1.3　金絲球鍵合時的形變不均勻性及工藝參數(shù)的影響　　　2.5.1.4　第二相粒子周圍亞晶的取向變化　　2.5.2　金屬靜、動態(tài)再結晶及相變初期取向　　　2.5.2.1　第二相粒子周圍新晶粒的取向　　　2.5.2.2　形變強化相變初期（小應變量）晶界及形變帶上鐵素體的取向　　　2.5.2.3　HCP鎂合金動態(tài)再結晶初期新晶粒取向特征　　2.5.3　各類孿晶的分析　　　2.5.3.1　高錳鋼中形變孿晶變體的確定及其與晶粒取向的關系　　　2.5.3.2　鎂中拉伸孿晶的確定　　　2.5.3.3　鋁-錳合金退火孿晶取向特點分析　　　2.5.3.4　鍵合銅絲內(nèi)退火孿晶分析　2.6　EBSD分析樣品的制備　　2.6.1　EBSD分析樣品的基本要求及各種拋光方法的特點　　　2.6.1.1　基本要求　　　2.6.1.2　各種拋光法的特點　　2.6.2　EBSD分析樣品的制備方法　　2.6.3　特殊的樣品制備方法　　　2.6.3.1　小樣品的處理　　　2.6.3.2　表面噴碳、金　　　2.6.3.3　聚焦離子束（FIB）技術　　2.6.4　一些材料的EBSD分析樣品制備方法　參考文獻3　材料織構在線檢測技術　3.1　織構在線檢測概述　　3.1.1　織構在線檢測的工業(yè)背景　　3.1.2　織構在線檢測的研究歷史　3.2　X射線二維衍射理論基礎　　3.2.1　X射線面探測器衍射系統(tǒng)　　3.2.2　X射線二維衍射幾何關系　3.3　織構在線檢測原理與方法　　3.3.1　織構在線檢測原理　　3.3.2　快速采集極圖數(shù)據(jù)及計算取向分布函數(shù)　　3.3.3　在線采集極圖數(shù)據(jù)及計算取向分布函數(shù)　3.4　金屬材料織構在線檢測應用　　3.4.1　超深沖壓鋼板織構快速檢測　　3.4.2　沖壓鋁板織構快速檢測　　3.4.3　退火鋁板織構在線檢測　　3.4.4　冷軋鋁板織構在線檢測　　3.4.5　深沖壓鋼板塑性應變比r值在線檢測技術　　3.4.6　沖壓鋁板塑性應變比r值的在線檢測技術　　3.4.7　多相材料的織構檢測　參考文獻術語索引

章節(jié)摘錄

　　1　材料宏觀織構原理與檢測技術　　1.1　晶體取向與多晶體織構　　1.1.1　晶體的結構及旋轉特性　　1895年德國物理學家倫琴發(fā)現(xiàn)了x射線之后，1912年德國科學家勞厄用x射線作光源，用晶體作光柵，進行照射實驗，發(fā)現(xiàn)了x射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，進而間接證明了晶體中的原子或分子呈現(xiàn)規(guī)則排列的特征。運用現(xiàn)代高分辨率電子顯微技術還可以直接觀察到晶體中原子的規(guī)則排列。圖1-1是用高分辨率電子顯微鏡觀察到的鋁晶體中原子規(guī)則排列的情況。鋁原子在晶體結構中的規(guī)則排列表現(xiàn)為，鋁原子沿空間3個方向做特定平移后又可以移到附近另一個鋁原子的位置，而且這種平移可以持續(xù)不變地重復下去，并可以用某種平移的周期性來描述?！　∪藗冮L期的研究結果表明，由原子或原子團構成的基本結構單元體進行三維長程有序排列而構成的一切固體物質(zhì)都是晶體。晶體的諸如物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、幾何形態(tài)等各種性質(zhì)都與其內(nèi)部長程的周期性結構緊密相聯(lián)。　　晶體中原子的周期性排列促成晶體的某些特性與所觀察的方向有一定的聯(lián)系。圖1-2為某三維無限大的晶體中原子的有序排列結構示意圖?？梢钥闯?，長程有序排列的原子導致晶體性質(zhì)的各向異性，即晶體在不同的方向上具有不同的物理、化學等性質(zhì)。當觀察晶體某性質(zhì)的方向從圖中的方向0轉動到方向1或2時（圖1-2），各方向上原子的密度、相對幾何關系等排列規(guī)則發(fā)生了改變，因而會使所觀察的性能也發(fā)生改變，這反映出了晶體性質(zhì)的旋轉特性。這種特征起源于晶體三維長程有序排列的本質(zhì)?！　×硗猓谛D晶體并改變觀察方向時，如果旋轉到特定的方向，則晶體的某些性質(zhì)可能會表現(xiàn)出旋轉前與旋轉后完全相同的特征。晶體的這種特征稱為晶體的旋轉對稱性，或簡稱對稱性，即晶體在某幾個特定方向上所表現(xiàn)出的物理、化學性質(zhì)完全相同的特征。當觀察晶體某性質(zhì)的方向從圖中的方向0平移到方向3時，方向3上的原子排列規(guī)則與方向1上的相同，因而所觀察的性能在旋轉前后不發(fā)生改變。

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