教材内容除了继承传统的理论知识外,将编者近年的研究成果添加到教材里,其次将最近3年SCI文献的最新研究成果及时更新到教材中,这部分内容将占70%,是教学内容改革的重点。更新的内容主要包括:同步、异步叠轧、等通道挤压等深度塑性变形原理,深度塑性加工弹塑性力学原理、有限元模拟,深度塑性变形织构形成的理论机制,任意织构理论极图的计算方法,常见织构的标准极图,ODF图谱的特征,X-射线衍射极图测试方法,EBSD微观织构的测试方法和数据解析方法,传统加工材料的织构与性能的关联等。因此教学内容改革的特点突出新颖、有深度和难度。
我们在从事大塑性变形制备有色金属块体超细晶材料的研究工作中,对材料微观结构及性能表征进行了较为系统的研究,结合研究生培养需要,将研究内容贯穿到教学过程中,培养学生在这方面的知识应用和技能是十分必要的。恰逢昆明理工大学研究生院为提高研究生的培养水平,拔专项经费开展研究生百门核心课程的建设,希望在科研一线工作的教师结合自己多年的科研成果和工作经验编写新教材,使新的研究成果进入课堂,提高硕士研究生掌握最新的科学技术、提高解决实际问题的能力。在此背景下,史庆南教授通过竞争获得了该项目的支持,承担“材料先进塑性变形及其微结构表征”核心课程建设任务,指导教学团队根据教学实践的需要,针对教学的重点和难点,并结合科研成果编著了本书。
史庆南教授是昆明理工大学材料学专业的博士生导师,在大塑性变形制备有色金属块体超细晶材料方面共承担国家自然科学基金项目3项、云南省自然科学基金重点项目1项,获云南省2015年度自然科学类三等奖。陈亮维和王效琪都是史庆南教授的博士生。陈亮维在2004年度被遴选为云南省分析检测领域中青年学术技术带头人后备人才,于2009年获云南省中青年学术技术带头人称号和博士学位。陈亮维从1991年7月至今一直在分析检测领域从事材料微结构和性能的表征工作,建立了国际粉末衍射数据标准约50项,其中包括了屠呦呦发明的青蒿素、蒿甲醚,昆明贵金属研究所研发的抗类风湿药物金诺芬、抗癌药物卡铂等药物的晶体结构和晶体衍射数据;在利用X射线衍射方法表征焊缝的残余应力、人造超晶格的小角衍射、晶粒大小和晶格畸变方面做了大量的工作;在晶粒取向织构分析表征方面积累了丰富的经验,其中建立了立方晶系任意织构对应的理论极图的计算方法,获得了国家发明专利授权。本书的编写分工如下:第1章由王效琪编写,第2~9章由陈亮维编写。史庆南对全书进行了审校。
在原来的教学实践中,以大塑性变形为主线,讲授大塑性变形如何影响材料的微观组织和性能、表征微观组织和性能的表征方法,以及成分、组织结构与性能之间的内在关系,让硕士生获得最接近科研实践的培养。尽管研究生已经学习过现代分析检测技术,在授课过程中仍发现多数学生看不懂极图和取向分布函数截面图(ODFs)所反映的织构信息、透射电镜电子衍射花样所反映的晶体结构与物相成分的信息,也不会解析未知物相的晶体结构和晶体结构精修,更不会做残余应力检测与分析,等等。因此,在后来的教学中主要针对学生在微结构与性能表征方面的难点问题,成形了目前的教学内容。
目前多数现代分析检测技术教材往往注重理论知识的讲解,分析仪器的工作原理编写得很深入、透彻,内容很广泛,仪器的校对、仪器参数调整等操作细节和数据处理细节常常被忽略了。本书恰好相反,微结构表征部分的编写者陈亮维近25年来一直在分析检测前线做具体的分析工作,每天要做数十上百种样品,把全部精力放在仪器校对、仪器工作参数的调整和实验数据处理上,力求每个实验数据准确可靠,能客观公正地反映样品的性质。本书的突出特点是尽量把复杂问题简单化,注重实际操作技巧与检测经验的传承,就如驾校教练培养新学员一样,把每步操作分解得很详细、很具体,经过短期培训,绝大多数学员能取得驾驶证,能很快单独开车上路。
前言
第1章 大塑性变形制备超细晶材料概述
1.1 大塑性变形的原理和工艺
1.1.1 大塑性变形的基本原理
1.1.2 SPD工艺简介
1.2 有关大塑性变形的理论研究
1.2.1 细化机制
1.2.2 SPD过程中形成的显微织构
1.2.3 强化机制
1.2.4 SPD过程对第二相的影响
参考文献
第2章 X射线衍射分析的理论基础和应用
2.1 X射线衍射分析理论基础
2.1.1 晶体结构一一点阵、晶胞和原子坐标
2.1.2 晶体学中的对称操作元素
2.1.3 晶系、点群和空间群
2.1.4 布拉格衍射定律
2.1.5 X射线衍射强度理论基础
2.2 衍射样品的制备
2.3 X射线衍射分析的应用
2.3.1 晶粒大小和品格畸变的分析
2.3.2 残余应力分析
2.3.3 X射线短波长应力测试的新技术和新装备
2.3.4 结晶度的计算
2.3.5 小角X射线散射
2.3.6 人造超品格的测定
2.3.7 薄膜试样的测定
2.3.8 物相的定量分析
2.3.9 新物相衍射峰的指标化
参考文献
第3章 粉末衍射晶体结构精修
3.1 全谱拟合的理论要点
3.1.1 峰形函数
3.1.2 峰宽函数Hk
3.1.3 背景函数Yib
3.1.4 择优取向校正
3.2 粉末衍射全谱拟合实验基础一一高分辨、高准确的数字粉末衍射谱
3.3 从头晶体结构测定
3.3.1 X射线衍射测定单晶结构的一般步骤与传统粉末法的困难
3.3.2 粉末衍射测定晶体结构的步骤
3.3.3 粉末衍射从头晶体结构测定举例
3.3.4 Fullprof运行演示
3.4 全谱拟合法在物相分析中的应用
3.4.1 物相定性分析
3.4.2 物相定量分析
参考文献
第4章 X射线衍射宏观织构表征
4.1 织构的定义、分类命名和测试
4.2 极图的常规分析
4.3 立方晶系中任意织构的理论极图计算及常见织构的标准极图
4.3.1 理论极图的计算
4.3.2 常见织构的标准极图
4.3.3 部分理论极图织构的实测验证
4.4 反极图的定义与分析
4.5 织构的0DF表示法
4.6 0DF分析结果的验算及0DF截面图的特征
4.7 采集极图数据的实验技巧
参考文献
第5章 金属材料在加工中的织构与性能
5.1 立方晶体生长织构
5.1.1 定向凝固Au铸态织构
5.1.2 化学气相沉积Ta晶体织构
5.1.3 离子溅射Ag织构
5.1.4 电镀Au织构
5.2 立方结构金属的变形织构和退火织构
5.2.1 锻压、挤压和拉拔形成的变形织构和退火织构
5.2.2 轧制变形织构和退火织构
5.3 织构对抗拉强度的影响
5.3.1 AgCu28合金和纯Ag金相组织
5.3.2 AgCu28合金和纯Ag的抗拉强度的各向异性
5.4 面心立方金属材料织构与滑移系的关系
5.4.1 面心立方晶体塑性变形时织构与滑移系的关系
5.4.2 外力F沿(215)方向时滑移系的计算
5.4.3 立方织构、剪切织构和铜织构的滑移系计算
参考文献
第6章 EBSD微观织构的表征
6.1 EBsD分析中常用的术语
6.2 EBsD样品制备方法
6.3 EBSD分析数据的采集
6.4 EBSD分析实例
参考文献
第7章 透射电子衍射斑点分析
7.1 标定花样前需要注意的问题
7.2 花样特征
7.3 多晶电子衍射谱的标定
7.4 单晶带或零阶劳厄带花样的指数标定
7.5 多晶带、高阶劳厄带衍射花样的标定
7.6 透射电镜电子衍射花样的应用
参考文献
第8章 扫描电子显微镜观测指南
8.1 图像干扰类型
8.2 电子探针和试样的相互作用对图像质量的影响
8.2.1 加速电压
8.2.2 束流、束斑直径
8.2.3 边缘效应
8.2.4 试样倾斜
8.2.5 背散射电子信号
8.2.6 充电
8.2.7 电子束
8.2.8 污染
8.3 操作技术、样品制备技术、外部干扰等对图像质量的影响
8.3.1 工作距离和物镜光阑
8.3.2 像散
8.3.3 显微图片对比度和亮度
8.3.4 为获得X射线图像的曝光时间
8.3.5 外部干扰
8.3.6 试样制备过程中的变形和杂质沉积
8.3.7 图像畸变及其原因
8.3.8 涂层
8.4 设备缺陷对图像质量的影响
8.4.1 灯丝预热不够
8.4.2 不正确的像散和物镜光阑对中
8.4.3 探头的10kV放电
8.4.4 烧坏或肮脏的CRT表面
8.5 技术术语
参考文献
第9章 国产现代分析仪器的进展
9.1 国产短波长X射线衍射应力无损分析仪
9.2 国产X射线衍射仪
9.3 国产扫描电镜
附录
附录A Fullprof-Suite软件的介绍
附录B Orientation Imaging Microscopy相关知识