材料喷丸强化及其X射线衍射表征

目录 
第1章 喷丸强化原理和设备 1
1.1 喷丸发展 1
1.2 喷丸强化原理 2
1.3 喷丸机 4
1.3.1 气动式喷丸机 4
1.3.2 机械离心式喷丸机 10
1.3.3 喷丸机选择原则 13
1.4 弹丸种类 13
1.4.1 喷丸过程中弹丸的状态 14
1.4.2 铸钢弹丸 15
1.4.3 钝化钢丝切丸 16
1.4.4 玻璃及陶瓷弹丸 20
1.5 弹丸的质量 24
1.5.1 弹丸的质量要求和检验方法 24
1.5.2 弹丸尺寸的均匀性 25
1.5.3 弹丸的硬度和使用寿命 25
1.5.4 弹丸的选择原则 25
1.6 弹丸的筛选设备 27
参考文献 29
第2章 喷丸工艺和评价 31
2.1 喷丸方法和工艺概述 31
2.2 主要喷丸工艺参数试验 32
2.2.1 喷丸强度试验 32
2.2.2 表面覆盖率试验 34
2.3 喷丸最佳工艺参数的选择 40
2.4 喷丸强化工艺质量的控制和检验 40
2.5 零部件的喷丸强化工艺规范 41
2.6 影响喷丸强化效果的参数 43
2.6.1 弹丸尺寸的影响 43
2.6.2 弹丸速度的影响 44
2.6.3 弹丸形状的影响 44
2.6.4 喷丸强化时间的影响 45
2.6.5 喷丸温度的影响 45
2.6.6 喷丸工件应力状态的影响 46
2.7 受喷材料/零部件表面粗糙度 47
2.7.1 喷丸表面的粗糙度 47
2.7.2 测定粗糙度的方法 48
2.7.3 影响喷丸表面粗糙度的因素 49
2.7.4 改善喷丸表面粗糙度的方法 49
2.8 喷丸强化工艺过程常遇到的问题 49
2.8.1 喷丸强度不稳定 49
2.8.2 喷丸覆盖率不稳定 52
2.8.3 弹丸再循环问题 53
2.8.4 静电问题 54
2.9 喷丸强化工艺规范说明 54
参考文献 55
第3章 喷丸强化对材料性能的影响及其应用领域 56
3.1 喷丸强化对材料疲劳性能的影响 56
3.1.1 金属材料的疲劳性能 56
3.1.2 喷丸对几种钢材疲劳性能的影响 61
3.1.3 喷丸强化对DD5镍基高温合金单晶材料疲劳性能的影响 64
3.1.4 喷丸强化对TC21高强度钛合金疲劳性能的影响 65
3.1.5 喷丸强化对ZK60镁合金高周疲劳性能的影响 66
3.1.6 喷丸强化对铝合金疲劳性能的影响 67
3.2 喷丸强化对材料应力腐蚀性能的影响 68
3.2.1 喷丸和退火对304不锈钢晶间腐蚀性能的影响 68
3.2.2 喷丸对铝合金和钛合金抗应力腐蚀性能的影响 69
3.2.3 喷丸对钢材抗应力腐蚀性能的影响 70
3.3 喷丸强化对材料其他性能的影响 71
3.3.1 显著提高其抗高温水蒸气氧化性能 71
3.3.2 明显提高材料的硬度 75
3.3.3 明显提高材料的屈服强度 76
3.4 喷丸强化的应用领域 78
3.4.1 一般介绍 78
3.4.2 喷丸强化在航空航天工业中的应用 78
3.4.3 喷丸强化在汽车工业中的应用 80
参考文献 82
第4章 晶体学、X射线源衍射原理 84
4.1 晶体学基础 84
4.1.1 点阵概念 84
4.1.2 晶胞、晶系 84
4.1.3 点阵类型 85
4.1.4 宏观对称性和点群 86
4.1.5230 种空间群 88
4.2 实验室X射线源 89
4.3 同步辐射X射线源 91
4.3.1 同步辐射光源的原理 91
4.3.2 同步辐射光源的主要特征 93
4.4 射线与物质的交互作用 96
4.4.1 X射线的吸收 96
4.4.2 激发效应 97
4.4.3 X射线的折射 97
4.4.4 X射线的反射 98
4.4.5 物质对X射线的散射和衍射 98
4.5 射线衍射线束方位——劳厄方程和布拉格公式 99
4.5.1 劳厄方程 99
4.5.2 布拉格公式 101
4.6 多晶体衍射强度的运动学理论 102
4.6.1 单个电子散射强度 102
4.6.2 单个原子散射强度 103
4.6.3 单个晶胞散射强度 104
4.6.4 实际小晶粒积分衍射强度 106
4.6.5 实际多晶体衍射强度 107
4.6.6 实际多晶体的衍射强度公式 109
4.7 喷丸强化表层结构的衍射效应 110
参考文献 110
第5章 多晶物相的定量分析方法 111
5.1 多晶物相定量分析的原理 111
5.1.1 单相试样衍射强度的表达式 112
5.1.2 多重性因数 112
5.1.3 结构因数 112
5.1.4 温度因数 113
5.1.5 吸收因数 113
5.1.6 衍射体积 114
5.1.7 多相试样的衍射强度 115
5.2 采用标样的定量相分析方法及其比较 116
5.2.1 标样法的特点比较 117
5.2.2 标样法的实验比较研究 119
5.3 无标样的定量相分析方法及其比较 120
5.3.1 无标样法特征的比较 120
5.3.2 无标样法的实验比较 121
5.4 多峰定量法 123
5.4.1 多衍射峰强度的权因子定量分析法 123
5.4.2 黄旭鸥、陈名浩多峰定量法 124
5.5 物相定量多峰匹配强度比方法 127
5.6 大块样品的定量分析技术 130
5.7 实例——304奥氏体钢喷丸过程中马氏体相变 135
参考文献 136
第6章 多晶材料织构衍射分析方法 139
6.1 晶粒取向和织构及其分类 139
6.1.1 晶体取向的表达式 139
6.1.2 晶体学织构及分类 140
6.2 极图测定 141
6.2.1 极图测定的衍射几何和方法 141
6.2.2 数据处理和极图的描绘 143
6.3 反极图的测定 144
6.4 三维取向分布函数 146
6.4.1 一般介绍 146
6.4.2 极密度分布函数 147
6.4.3 三维取向分布函数的表达式 147
6.4.4 三维取向分布函数的计算 148
6.4.5 三维取向分布函数的截面图和取向线 149
6.5 材料织构实验测定结果的综合分析 150
6.5.1 理想取向的分析 150
6.5.2 多重织构组分分析 153
6.5.3 织构的形成和演变 154
6.6 实例——喷丸对S30432奥氏体不锈钢原始织构的影响 156
参考文献 157
第7章 宏观应力的X射线衍射测定方法 159
7.1 应力状态分类和应力应变间的基本关系式 159
7.1.1 三轴应力 159
7.1.2 平面应力（双轴应力） 163
7.1.3 单轴应力 164
7.1.4 主应力状态 164
7.2 宏观应力X射线测定的衍射几何 165
7.2.1 测定宏观应力的一般X射线衍射方法 165
7.2.2 测定宏观应力的掠入射X射线衍射方法 167
7.3 宏观应力测定的基本方法 170
7.3.1 衍射应力分析的参考坐标系 170
7.3.2 一般情况下εφψ的表达式 170
7.3.3 宏观内应力测量的同倾法（ω模式） 171
7.3.4 宏观内应力测量的侧倾法 172
7.3.5 φ旋转和ψ旋转的实质 174
7.4 宏观应力测定主要实验装备 175
7.4.1 一般多晶X射线衍射仪中的应力附件 175
7.4.2 X射线应力测定仪 176
7.5 双轴应力的测定原理和方法 179
7.5.1 0°-45°法 180
7.5.2 sin2ψ法 180
7.6 喷丸表层力学特性研究 181
7.6.1 原位X射线屈服强度测定原理 181
7.6.2 TC4钛合金拉伸力学行为 182
7.7 残余应力测定实例——18CrNiMo7-6钢喷丸残余应力 184
7.7.1 残余应力计算公式 184
7.7.2 喷丸残余应力沿层深的分布 184
7.7.3 喷丸表面残余应力的均匀性 186
参考文献 187
第8章 多晶材料中微结构和层错的衍射线形分析 189
8.1 谱线线形的卷积关系 189
8.2 晶粒度宽化和微应变宽化 190
8.2.1 X射线衍射晶粒度宽化效应——Scherrer公式 190
8.2.2 微应变引起的宽化 191
8.3 分离微晶和微应力宽化效应的各种方法 192
8.3.1 Fourier级数法 192
8.3.2 方差分解法 193
8.3.3 近似函数法 194
8.3.4 最小二乘方法 195
8.3.5 前述几种方法的比较 196
8.3.6 作图法与最小二乘方法的比较 197
8.4 层错引起的X射线衍射效应 199
8.4.1 密堆六方的层错效应 199
8.4.2 面心立方的层错效应 200
8.4.3 体心立方的层错效应 201
8.4.4 分离密堆六方ZnO中微晶层错宽化效应的Langford方法 202
8.5 分离多重宽化效应的最小二乘方法 203
8.5.1 分离微晶层错二重宽化效应的最小二乘方法 203
8.5.2 分离微应变层错二重宽化效应的最小二乘方法 204
8.5.3 微晶微应变层错三重宽化效应的最小二乘方法 205
8.5.4 计算程序系列的结构 207
8.6 微晶微应变层错的测定实例 209
8.6.1 MH/Ni电池活化前后对比研究 209
8.6.2 实际应用小结 210
参考文献 211
第9章 喷丸表面微结构和位错的衍射线形分析 212
9.1 位错等多重宽化的线形分析 213
9.1.1 晶体缺陷引起的衍射效应 213
9.1.2 运动学散射理论框架中衍射峰宽化 213
9.1.3 均方应变的位错模型 214
9.1.4 在特征非对称线形情况下〈εg    L2〉的形式 214
9.2 改进的Williamson-Hall方法和Fourier方法 215
9.2.1 Williamson公式和改进的Williamson-Hall方法 215
9.2.2 用Fourier方法测定位错密度 216
9.2.3 球磨α-铁粉中的晶粒大小和位错密度测定 217
9.3 位错宽化的确定 218
9.4 位错的比对因子Chkl的意义 219
9.4.1 位错的比对因子Chkl的评定 219
9.4.2 测定位错的位移场 223
9.5 位错比对因子Chkl的计算 226
9.5.1 fcc材料的Chkl值 226
9.5.2 bcc材料的Chkl值 230
9.6 由半高宽求解晶粒大小和位错密度 234
9.7 求解晶粒大小微应变位错的Voigt单线法和最小二乘方法 235
9.7.1 Voigt单线法的原理 2