第一部分 概述 3
第1章 工程材料的显微结构和特性 3
1.1 引言 3
1.2 显微结构 4
1.2.1 晶体缺陷 6
1.2.2 晶界（相界）和孪晶 6
1.2.3 沉淀相和弥散物 7
1.3 显微结构及性能 9
1.4 显微结构的表征 12
参考文献 15
第2章 工程材料中的内应力 18
2.1 定义 18
2.1.1 应力张量、应变张量和弹性张量 18
2.1.2 定义，残余应力 20
2.2 宏观和微观残余应力的产生 23
2.2.1 主要成型过程中残余应力的形成 24
2.2.2 热处理过程中残余应力的形成 25
2.2.3 成型过程中残余应力的形成 29
2.2.4 切削加工中残余应力的形成 33
2.2.5 焊合过程中的残余应力 35
2.2.6 涂层中残余应力的形成 39
2.3 相关内容 41
2.3.1 温度变化引发残余应力形成或释放导致的失效 42
2.3.2 静态和动态机械加载对失效零部件上残余应力的影响 43
2.3.3 腐蚀环境中残余应力对工件失效的影响 45
2.3.4 残余应力对耐磨性的影响 45
参考文献 46
第3章 工程材料的织构与织构分析 50
3.1 引言 50
3.2 极图 52
3.3 实验室尺度上的织构测量 53
3.3.1 X射线衍射 53
3.3.2 电子衍射 55
3.4 大型设备织构测量 56
3.4.1 中子衍射 56
3.4.2 同步X射线在织构分析中的应用 60
参考文献 64
第4章 光子和中子的物理性能 67
4.1 引言 67
4.2 X射线光子和中子与单个原子的相互作用 68
4.2.1 中子 68
4.2.2 X射线 70
4.3 原子集群的X射线光子和中子的散射 73
参考文献 75
第5章 辐射源 76
5.1 中子的产生和特性 76
5.1.1 引言 76
5.1.2 中子的产生 76
5.1.3 谱仪 80
参考文献 81
5.2 同步辐射的产生和特性 81
5.2.1 引言 81
5.2.2 同步辐射的特性 83
5.2.3 同步辐射光源 87
5.2.4 展望：自由电子激光器 91
5.2.5 总结 93
参考文献 93
第二部分 方法 97
第6章 用于内应力分析的衍射方法介绍 97
6.1 一般性质 97
6.2 衍射原理 97
6.3 用衍射方法确定应变的原理 99
6.4 无应力晶面间距d0的确定 101
6.5 sin2 ？技术 102
6.6 非线性的晶格应变分布 103
6.6.1 各向异性 103
6.6.2 应力／应变梯度 104
6.6.3 剪切应力／应变 105
6.7 衍射弹性常数 106
6.7.1 DEC的计算 107
6.7.2 DEC的实验测定 107
6.8 实验装置和测量步骤 108
6.8.1 实验装置 108
6.8.2 测量步骤 110
6.9 深度和局部残余应力分析综述 111
参考文献 111
第7章 利用角度色散中子衍射方法分析应力 114
7.1 引言 114
7.2 残余应力分析衍射仪 115
7.2.1 应变扫描衍射仪的布局 115
7.2.2 单色器 116
7.2.3 狭缝系统 116
7.2.4 样品定位 117
7.2.5 探测器 117
7.3 测量和数据分析 118
7.3.1 测试体积与样品定位 118
7.3.2 数据简化和分析 120
7.4 实例 122
7.4.1 搅拌摩擦焊薄铝片中的残余应力分析 122
7.4.2 水淬火涡轮盘中的残余应力 124
7.5 总结与展望 126
参考文献 126
第8章 利用中子能量色散衍射方法分析应力 128
8.1 引言 128
8.2 飞行时间中子衍射 128
8.2.1 飞行时间的衍射峰形状与数据分析包 129
8.3 飞行时间应变扫描仪 131
8.3.1 计数时间与分辨率 132
8.3.2 中子光学与时间聚焦 134
8.4 虚拟应变扫描实验室 135
8.5 晶粒间的应力演化 137
8.6 飞行时间透射分析 138
8.6.1 布拉格边 139
8.6.2 绘制应变图 139
8.6.3 定量物相分析 140
8.6.4 其他方面的应用 141
8.7 小结 142
参考文献 142
第9章 利用高能单色X射线分析残余应力 145
9.1 基本装置 145
9.2 狭缝成像原理及数据重建 147
9.3 锥形狭缝 148
9.3.1 工作原理 148
9.3.2 性能 149
9.3.3 实例 150
9.4 螺线形狭缝 151
9.4.1 功能原理 151
9.4.2 性能 152
9.4.3 实例 153
9.5 同时测量几个大晶粒的应变 154
9.6 粗粒度效应 156
9.7 面探测器获取的衍射数据分析 157
9.8 针对具体问题选择实验技术 158
参考文献 159
第10章 高能X射线白光分析残余应力 161
10.1 反射模式 161
10.1.1 原因 161
10.1.2 反射几何下深度分辨能量色散X射线应力分析（XSA）的基本关系式 161
10.1.3 实验装置 164
10.1.4 用能量色散衍射法分析深度方向的残余应力实例 166
10.1.5 结束语和展望 169
参考文献 170
10.2 透射模式 171
10.2.1 原因 171
10.2.2 实验装置和实验细节 171
10.2.3 数据处理 175
10.2.4 例子 176
10.2.5 总结 179
参考文献 179
第11章 微结构分析的衍射成像方法 183
11.1 介绍和衍射成像的原理 183
11.2 HASYLAB光源G3束线上的MAXIM实验 183
11.3 数据结构 184
11.4 数据处理和可视化策略 185
11.5 展望，块体成像 187
参考文献 189
第12章 小角散射方法基础 190
12.1 小角散射装置的共同特征 190
12.2 衬度 190
12.3 散射曲线 191
12.4 幂定律／分形系统的散射 193
12.5 纪尼叶（Guinier）和波罗德（Porod ）近似 193
12.6 宏观微分散射截面 194
12.7 尺寸分布的模型计算 195
12.8 磁结构 195
参考文献 196
第13章 小角中子散射 198
13.1 氢可逆存储的二氢化镁纳米晶体 198
13.2 钢铁中的析出物 201
13.3 聚合物基体中的SiO2纳米颗粒—工业应用 203
13.4 绿色表面活性剂 204
参考文献 205
第14章 Cu-Co合金的分解动力学：小角X射线散射应用 207
14.1 引言 207
14.2 反常小角X射线散射（ASAXS ）的基本原理 207
14.3 表征铜钴合金分解的ASAXS实验结果 209
14.4 展望 211
14.5 总结 212
参考文献 212
第15章 B3成像 214
15.1 射线投影成像 214
15.1.1 基本原理 214
15.1.2 中子与物质的相互作用 215
15.1.3 几何结构 218
15.1.4 分辨率函数 220
15.1.5 图像退化 223
15.1.6 其他成像技术 224
15.2 断层成像 228
15.2.1 数学处理方法介绍 228
15.2.2 切片定理和香农定理 230
15.2.3 图像重建 231
15.3 中子断层成像的新进展 234
参考文献 238
第16章 基于中子和同步辐射的成像在材料科学中的应用——从宏观到纳米断层成像 240
16.1 引言 240
16.1.1 吸收衬度投影 240
16.1.2 相位衬度投影 241
16.1.3 相位增强投影 241
16.1.4 直接相位衬度投影 242
16.1.5 非直接相位衬度投影 242
16.2 平行束断层成像 242
16.2.1 数据测量和重建 243
16.2.2 密度分辨率和探测器质量 244
16.2.3 数据评估和可视化 245
16.3 中子宏观断层成像 247
16.3.1 实验装置 247
16.3.2 测量和结果 248
16.4 基于同步辐射的显微断层成像 249
16.4.1 束线光学 250
16.4.2 实验装置 252
16.5 总结和展望 254
参考文献 254
第17章 工程材料的微断层成像技术（μ-CT） 257
17.1 同步辐射断层成像的优点 257
17.2 应用和3D图像分析 257
17.2.1 碱性电池的放电过程 257
17.2.2 Nb3Sn多丝超导线的微结构检测 260
17.2.3 发泡剂在金属泡沫结构中的影响 261
17.3 图像伪影 263
17.3.1 环状伪影 263
17.3.2 图像噪声 263
17.3.3 边缘伪影 264
17.3.4 运动伪影 264
17.3.5 旋转轴的中心误差 265
参考文献 265
第18章 衍射增强成像 268
18.1 引言 268
18.1.1 理论基础 268
18.1.2 消光衬度 270
18.1.3 DEI的原理 270
18.2 实验装置 272
18.3 实例 273
18.3.1 一套完整的DEI图像 273
18.3.2 材料科学 274
18.3.3 矿物学研究举例 274
18.4 结论 275
参考文献 276
第三部分 新出现的方法 279
第19章 三维X射线衍射显微术 279
19.1 基本实验装置和方法 279
19.1.1 3DXRD显微镜 282
19.2 晶粒指标化和平均特性表征 282
19.2.1 应用Ⅰ：成核和生长研究 283
19.2.2 应用Ⅱ：塑性形变 284
19.2.3 应用Ⅲ：亚晶粒和纳米晶粒材料研究 285
19.3 晶粒和取向分布图 286
19.3.1 模式Ⅲ：无形变样品中晶粒分布图 286
19.3.2 模式Ⅳ：形变样品的晶粒取向分布图 287
19.3.3 应用Ⅰ：再结晶 288
19.3.4 应用Ⅱ：晶粒生长 289
19.4 3DXRD和断层成像术的结合 290
19.4.1 利用断层成像术获取晶粒分布图 290
19.5 展望 291
参考文献 291
第20章 三维微米分辨劳埃衍射 293
20.1 引言 293
20.1.1 多色微衍射的需求 293
20.2 先进的多色微衍射理论基础 294
20.2.1 劳埃衍射的修正埃瓦球描述 294
20.2.2 定量信息：相，织构，弹性应变，位错密度 295
20.3 针对自动3D探针的技术发展 296
20.3.1 光源 297
20.3.2 微束单色器 298
20.3.3 非色散聚焦光学元件 299
20.3.4 面探测器 299
20.3.5 差分孔径 299
20.3.6 软件 300
20.4 研究例子 300
20.4.1 晶粒边界的3D网络 300
20.4.2 形变行为与晶界 301
20.4.3 单晶中的形变 302
20.4.4 表面及三维尺度上的晶粒生长 302
20.4.5 反常晶粒的生长 304
20.5 未来展望与机遇 304
参考文献 305
第21章 利用标记物和X射线吸收断层成像技术开展三维塑性应变场的定量分析 307
21.1 引言 307
21.2 实验方法 307
21.2.1 标记物 307
21.2.2 颗粒跟踪和位移梯度张量（DGT）计算 308
21.2.3 空间分辨率 308
21.3 测试结果 309
21.3.1 均匀形变 309
21.3.2 非均匀形变 309
21.3.3 微结构效应 310
21.4 展望 311
参考文献 311
第22章 衍射和断层成像联合技术 313
22.1 引言 313
22.2 实验设备 313
22.3 例子：合并的衍射／断层成像实验研究蠕变损伤 314
22.3.1 科学背景 314
22.3.2 实验细节 314
22.3.3 结果 316
22.4 结论和展望 317
参考文献 318
第四部分 工业应用 321
第23章 残余应力衍射分析技术在航空工业中的应用 321
23.1 概况 321
23.2 涡轮盘的残余应力 322
23.2.1 引言 322
23.2.2 材料 323
23.2.3 有限元建模 324
23.2.4 中子衍射 325
23.2.5 结果 326
23.2.6 结语 329
23.3 激光焊接铝接头的残余应力 329
23.3.1 引言 329
23.3.2 材料与焊接 330
23.3.3 中子衍射 332
23.3.4 激光焊T形接头残余应力 333
23.3.5 激光焊对接接头残余应力 334
23.3.6 小结 336
23.4 结论 336
参考文献 337
第24章 曲轴残余应力的优化 341
24.1 引言 341
24.2 残余应力的实验测试 342
24.3 实验结果和意义 343
24.4 结论 345
参考文献 345
索引 347