Textur in metallischen Werkstoffen und deren Einfluss auf die Eigenschaften

Üblicherweise ist das Metallmaterial ein Polykristall, der aus einer großen Anzahl von Kristallkörnern besteht. Wenn die Kornorientierung eines Polykristalls um eine bestimmte Referenzebene (oder Richtung) eines makroskopischen Materials konzentriert ist, wird dies als bevorzugte Orientierung bezeichnet, und die Textur ist bevorzugte Orientierung von Polykristallen. Im weiteren Sinne kann das Phänomen, dass die Kornorientierung von der zufälligen Verteilung im Polykristall abweicht, als Textur bezeichnet werden.

Bei metallischen Werkstoffen ist die Existenz von Texturphänomenen universell. Das externe Temperaturfeld, das elektromagnetische Feld, das Dehnungsfeld und die Anisotropie im Inneren des Kristalls können Texturen verursachen. Beispielsweise ist die bevorzugte Ausrichtung des Korns während der Verformung die Kristall-Gleit/Gleit-Oberfläche und die Momentenwirkung während des Streckens. das Ergebnis von. Industrielle Materialien haben üblicherweise Gusstextur, Deformationstextur, Rekristallisationstextur und Phasenänderungstextur, unter denen die Deformationstextur und die Rekristallisationstextur mehr untersucht werden.

Texturdarstellung

Die sogenannte Kristallorientierung bezieht sich auf die drei Kristallachsen des Kristalls (z. B. [100]-, [010]-, [001]-Achse) in einem vorgegebenen Bezugskoordinatensystem (z. B. Walzrichtung RD, lateral TD und Normal ND in der rollenden Platte) Die relative Ausrichtung innerhalb. Bei der eigentlichen Beschreibung der Kristallorientierung werden aufgrund unterschiedlicher Verformungsbedingungen unterschiedliche Bezugsrahmen gesetzt. Beispielsweise werden für die häufigste Rollverformung die drei Achsen des Referenzrahmens normalerweise auf die Rollrichtung (RD) und die Rolloberfläche eingestellt. Die Richtung (ND) und die Querrichtung des gewalzten Blechs, d. h. die Richtung senkrecht zur Walzrichtung (TD), unter der Annahme einer Orientierung, wird als (110) [1-12] ausgedrückt, was die (110)-Ebene von angibt die Einheitszelle zu diesem Zeitpunkt. Parallel zur Rollfläche ist die Richtung [1-12] parallel zur Rollrichtung.

Die Art der Textur hängt hauptsächlich von der Natur des Metalls und dem Verarbeitungsverfahren usw. ab. Darunter gibt es Walztextur, Ziehtextur und dergleichen. Die Rolltextur ist die Textur, die während der Rollverformung auftritt. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Kristallebene {hkl} jedes Korns parallel zur Rollfläche und einer Richtung verläuft ist parallel zur Walzrichtung. Die rollende Textur wird normalerweise als {hkl} ausgedrückt . Unidirektionales Strecken und Streckverformen bewirken, dass eine bestimmte Richtung der polykristallinen Körner parallel zur Streck- oder Streckrichtung ist. Die so gebildete Textur wird als Seidentextur, auch Fasertextur genannt, parallel zur Streckung bezeichnet. Oder die Kristallorientierung der Ziehrichtung.

Die Polfigur ist ein Orientierungsverteilungsmuster, das eine ausgewählte Kristallebene {hkl} jedes Korns in dem zu testenden Material auf der Polarprojektionsprojektionskarte darstellt, die die Richtung des Probenkoordinatensystems enthält. Diese Figur wird als {hkl}-Polfigur bezeichnet. Abbildung 1 ist die {111}-Polfigur der Cu-30%Zn-Legierung nach dem 96%-Walzen. Aus der Orientierungsanalyse ist ersichtlich, dass die Texturkomponente im Material hauptsächlich eine {110}<1-12>-Textur ist. Auch bekannt als Messingstruktur.

Abb. 1 {111}-Polfigur der Cu-30%Zn-Legierung nach dem 96%-Walzen

Im Gegensatz zur Polfigur ist die inverse Polfigur ein Graph, der die räumliche Verteilung eines bestimmten Aussehens, das für ein polykristallines Material charakteristisch ist, parallel zu dem Material im Kristallkoordinatensystem darstellt. Die drei Achsen des Referenzkoordinatensystems nehmen im Allgemeinen die drei Kristallachsen des Kristalls oder die niedrigindexige Kristallorientierung ein. Für das kubische System wird, da es 24 Symmetrie gibt, nur der Teil von [001]–[101]–[111] ausgewählt. Beschreiben. Die inverse Polfigur wird im Allgemeinen verwendet, um die Seidentextur zu beschreiben. Abbildung 2 zeigt die umgekehrte Polfigur eines warmgewalzten Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt parallel zur normalen ND-Richtung. Es ist ersichtlich, dass <111>- und <100>-Seidengewebe in dem Material vorhanden sind. Struktur.

Abbildung 2 ND-Umkehrpoldiagramm von warmgewalztem Baustahl

Pol- und inverse Polfiguren verwenden zweidimensionale Grafiken, um die Orientierungsverteilung des dreidimensionalen Raums zu beschreiben, und alle haben Einschränkungen. Die Verteilungsdichte f(g) der räumlichen Orientierung g(φ1, Φ, φ2) kann die Orientierungsverteilung des gesamten Raums ausdrücken, die als räumliche Orientierungsverteilungsfunktion (ODF) bezeichnet wird. Die ODF ist eine dreidimensionale Figur, die aus der polaren Dichteverteilung der Polfigur berechnet wird. Da es unbequem ist, ein dreidimensionales Diagramm zu verwenden, wird es im Allgemeinen durch einen Satz von Abschnitten dargestellt, die durch φ2 festgelegt sind. Abbildung 3 zeigt die ODF von industriellem reinem Aluminium nach dem Kaltwalzen durch 95%-Verformung.

Abb. 3 ODF-Diagramm von industriellem Reinaluminium nach dem Kaltwalzen mit 95%-Verformung

Auswirkungen der Textur auf die Leistung

Eine große Anzahl experimenteller Ergebnisse zeigt, dass die Eigenschaften von Materialien durch die Textur beeinflusst werden und die Textur die Mechanik des Elastizitätsmoduls, der Poisson-Zahl, der Festigkeit, Zähigkeit, Plastizität, der magnetischen Eigenschaften, der Leitfähigkeit und des linearen Ausdehnungskoeffizienten beeinflusst. Leistung und physikalische Eigenschaften, hier sind einige Beispiele für die Auswirkungen der Textur auf die Materialeigenschaften.

Am besten untersucht ist der Einfluss der Textur auf die statischen mechanischen Eigenschaften des Materials. Abbildung 4 zeigt, dass eine handelsübliche Magnesiumlegierung unter dem Einfluss des Rührreibschweißverfahrens eine starke Basistextur erzeugt, so dass verschiedene Teile des Materials in verschiedene Richtungen gezogen werden. Die Dehnungsleistung zeigt einen Unterschied. Zum Beispiel ist im Fall einer Probe, die durch einen Reibschweißprozess (FSP) verarbeitet wurde, die Zugfestigkeit des Materials in der Breitenrichtung der Probe, das heißt, der Querrichtung (TD), signifikant höher als die Verarbeitungsrichtung (PD) mit bemerkenswerter Anisotropie.

Abb.4 Zugeigenschaften verschiedener Probenorientierungen nach AZ31-Magnesiumlegierung im ursprünglichen Walzzustand und Rührreibschweißen

Die Textur beeinflusst auch die elastischen Eigenschaften des Materials. Abbildung 5 zeigt die Auswirkung der Textur auf den Elastizitätsmodul eines Goldfilms. Die drei Figuren in der Abbildung zeigen das einkristalline Gold im Kristallkoordinatensystem. Aus der Textur des nicht texturierten Goldfilms im Probenkoordinatensystem und dem Elastizitätsmodulparameter des die Seidentextur enthaltenden Goldfilms im Probenkoordinatensystem ist ersichtlich, dass die Textur den Elastizitätsmodul des Materials entlang anisotrop macht Der Elastizitätsmodul des Materials in verschiedenen Richtungen zeigt einen signifikanten Unterschied. Der Elastizitätsmodul des Materials in Richtung S3 beträgt 118 GPa, was höher ist als der Elastizitätsmodul von 89,7 GPa in Richtung S1 und S2, und der Mindestwert des Elastizitätsmoduls liegt entlang der Abweichung S3. Die Richtung beträgt etwa 40 Grad und der Modul beträgt nur 60 GPa.

Abb. 5 Einfluss der Textur auf den Elastizitätsmodul eines Goldfilms

Auch das Korrosionsverhalten wird durch die Textur beeinflusst. Fig. 6 zeigt das Nyquist-Diagramm des Impedanzspektrums von handelsüblichem Reintitan, nachdem es verschiedenen Graden gleicher Winkelverformung des Kanals unterzogen wurde. Die Anzahl der Verformungen ist unterschiedlich, und die Mikrostruktur und Textur des Materials sind ebenfalls unterschiedlich. Es ist ersichtlich, dass das Material eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweist, wenn es im Ausgangszustand keiner Verformung (0-Durchgang) ausgesetzt ist.

Abb. 6 Auswirkung der Winkelextrusion mit gleichem Kanal auf das Nyquist-Diagramm des kommerziellen Impedanzspektrums von reinem Titan

Auch das Ermüdungsverhalten des Materials unter dynamischer Wechselbelastung wird durch die Textur beeinflusst. Abbildung 7 zeigt, dass das Low-Cycle-Ermüdungsverhalten einer anderen Ausrichtung einer Magnesiumlegierung nach der Extrusionsverformung unterschiedlich sein wird. Es ist ersichtlich, dass bei gleicher Gesamtdehnungsamplitude die Ermüdungslebensdauer des Materials in RD-Richtung im Allgemeinen besser ist als die Ermüdungslebensdauer in ND-Richtung.

Abb. 7 Einfluss der Textur auf das Ermüdungsverhalten von Werkstoffen bei niedrigen Zyklen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Vorhandensein von Textur in metallischen Materialien universell ist. Die Essenz der Textur besteht darin, dass viele Körner nicht zufällig verteilt sind, was natürlich zu Anisotropie in den Eigenschaften des Materials führt. Die Auswirkung der Textur auf Materialeigenschaften wird untersucht, um die Textur im Material besser zu nutzen, um die damit verbundenen Eigenschaften des Materials zu regulieren.