Texture des matériaux métalliques et son effet sur les propriétés

Habituellement, le matériau métallique est un polycristal composé d'un grand nombre de grains cristallins. Lorsque l'orientation des grains d'un polycristal est concentrée autour d'un certain plan de référence (ou direction) d'un matériau macroscopique, on l'appelle une orientation préférée, et la texture est l'orientation préférée des polycristaux. Au sens large, le phénomène selon lequel l'orientation des grains s'écarte de la distribution aléatoire dans le polycristal peut être appelé texture.

Dans les matériaux métalliques, l'existence de phénomènes de texture est universelle. Le champ de température externe, le champ électromagnétique, le champ de déformation et l'anisotropie à l'intérieur du cristal peuvent provoquer une texture. Par exemple, l'orientation préférée du grain lors de la déformation est la surface de glissement/glissement du cristal et l'effet de moment lors de l'étirement. Le résultat de. Les matériaux industriels ont généralement une texture de moulage, une texture de déformation, une texture de recristallisation et une texture de changement de phase, parmi lesquelles la texture de déformation et la texture de recristallisation sont davantage étudiées.

Représentation des textures

L'orientation dite du cristal fait référence aux trois axes cristallins du cristal (tels que l'axe [100], [010], [001]) dans un système de coordonnées de référence donné (tel que la direction de roulement RD, TD latéral et ND normal dans la plaque de roulement) L'orientation relative à l'intérieur. Lors de la description réelle de l'orientation cristalline, différents cadres de référence sont définis en raison de différentes conditions de déformation. Par exemple, pour la déformation de roulement la plus courante, les trois axes du repère de référence sont généralement réglés sur la direction de roulement (RD) et la surface de roulement. La direction (ND) et la direction transversale de la tôle laminée, c'est-à-dire la direction perpendiculaire à la direction de laminage (TD), en supposant une orientation, sont exprimées par (110) [1-12], indiquant le plan (110) de la cellule unitaire à ce moment. Parallèle à la surface de roulement, la direction [1-12] est parallèle à la direction de roulement.

Le type de texture dépend principalement de la nature du métal et de la méthode de traitement, etc. Parmi eux, il y a la texture de roulement, la texture de dessin et similaires. La texture de roulement est la texture qui se produit lors de la déformation de roulement. Il est caractérisé en ce qu'un certain plan cristallin {hkl} de chaque grain est parallèle à la surface de roulement, et une direction est parallèle à la direction de laminage. La texture roulante est généralement exprimée sous la forme {hkl} . L'étirement unidirectionnel et la déformation par étirage font qu'une certaine direction des grains polycristallins est parallèle à la direction d'étirement ou d'étirage. La texture ainsi formée est appelée texture soyeuse, encore appelée texture fibreuse, parallèlement à l'étirement. Ou l'orientation cristalline du sens du dessin.

La figure polaire est un modèle de distribution d'orientation représentant un plan cristallin sélectionné {hkl} de chaque grain dans le matériau à tester sur la carte de projection polaire contenant la direction du système de coordonnées de l'échantillon. Cette figure s'appelle une figure de pôle {hkl}. La figure 1 est la figure polaire {111} de l'alliage Cu-30%Zn après laminage 96%. Il ressort de l'analyse d'orientation que le composant de texture dans le matériau est principalement une texture {110}<1-12>. Aussi connu sous le nom de texture en laiton.

Fig.1 {111} figure polaire de l'alliage Cu-30%Zn après laminage 96%

Contrairement à la figure polaire, la figure polaire inverse est un graphique représentant la distribution spatiale d'une certaine caractéristique d'apparence d'un matériau polycristallin parallèle au matériau dans le système de coordonnées cristallines. Les trois axes du système de coordonnées de référence prennent généralement les trois axes cristallins du cristal ou l'orientation du cristal à faible indice. Pour le système cubique, puisqu'il y a 24 symétries, seule la partie de [001]-[101]-[111] est sélectionnée. Décris. La figure du pôle inverse est généralement utilisée pour décrire la texture de la soie. La figure 2 montre la figure du pôle inverse d'un acier à faible teneur en carbone laminé à chaud parallèlement à la direction ND normale. On peut voir qu'il y a des tissages de soie <111> et <100> dans le matériau. Structure.

Figure 2 Diagramme des pôles inversés ND de l'acier doux laminé à chaud

Les figures polaires et polaires inverses utilisent des graphiques bidimensionnels pour décrire la distribution d'orientation de l'espace tridimensionnel, et elles ont toutes des limites. La densité de distribution f(g) de l'orientation spatiale g(φ1, Φ, φ2) peut exprimer la distribution d'orientation de tout l'espace, qui est appelée la fonction de distribution d'orientation spatiale (ODF). L'ODF est une figure tridimensionnelle calculée à partir de la distribution de densité polaire de la figure polaire. Comme il est peu pratique d'utiliser un schéma tridimensionnel, celui-ci est généralement représenté par un ensemble de sections fixées par φ2. La figure 3 montre l'ODF de l'aluminium pur industriel après laminage à froid par déformation 95%.

Fig. 3 Diagramme ODF de l'aluminium pur industriel après laminage à froid avec déformation 95%

Impact de la texture sur les performances

Un grand nombre de résultats expérimentaux montrent que les propriétés des matériaux sont 20%-50% affectées par la texture, et que la texture affecte la mécanique du module élastique, le coefficient de Poisson, la résistance, la ténacité, la plasticité, les propriétés magnétiques, la conductance et le coefficient de dilatation linéaire. Performances et propriétés physiques, voici quelques exemples des effets de la texture sur les propriétés des matériaux.

La plus étudiée est l'influence de la texture sur les propriétés mécaniques statiques du matériau. La figure 4 montre qu'un alliage de magnésium commercial produit une texture de base solide sous l'influence du procédé de soudage par friction-malaxage, de sorte que différentes parties du matériau sont tirées dans différentes directions. La performance d'étirement montre une différence. Par exemple, dans le cas d'un échantillon traité par un procédé de soudage par friction (FSP), la résistance à la traction du matériau dans le sens de la largeur de l'échantillon, c'est-à-dire la direction transversale (TD), est nettement supérieure à la direction de traitement (PD), présentant une anisotropie remarquable.

Fig.4 Propriétés de traction de différentes orientations d'échantillons après alliage de magnésium AZ31 dans l'état de laminage d'origine et soudage par friction-malaxage

La texture affecte également les propriétés élastiques du matériau. La figure 5 montre l'effet de la texture sur le module d'élasticité d'un film d'or. Les trois figures de la figure montrent l'or monocristallin dans le système de coordonnées cristallines. La texture du film d'or non texturé dans le système de coordonnées de l'échantillon et le paramètre de module élastique du film d'or contenant la texture de soie dans le système de coordonnées de l'échantillon, on peut voir que la texture rend le module d'élasticité du matériau anisotrope le long du Le module d'élasticité du matériau dans différentes directions montre une différence significative. Le module d'élasticité du matériau dans la direction S3 est de 118 GPa, ce qui est supérieur au module d'élasticité de 89,7 GPa dans les directions S1 et S2, et la valeur minimale du module d'élasticité se situe le long de la déviation S3. La direction est d'environ 40 degrés et le module n'est que de 60 GPa.

Fig. 5 Effet de la texture sur le module d'élasticité d'un film d'or

Le comportement à la corrosion est également affecté par la texture. La figure 6 montre le tracé de Nyquist du spectre d'impédance du titane pur commercial après avoir subi différents degrés de déformation angulaire de canal égale. Le nombre de fois de déformation est différent, et la microstructure et la texture du matériau le sont également. Différemment, on constate que le matériau a une meilleure résistance à la corrosion lorsqu'il n'est pas soumis à la déformation (0 passe) à l'état initial.

Fig.6 Effet de l'extrusion angulaire de canaux égaux sur le tracé de Nyquist du spectre d'impédance du titane pur commercial

Le comportement en fatigue du matériau sous chargement cyclique dynamique est également affecté par la texture. La figure 7 montre que le comportement à la fatigue oligocyclique d'une orientation différente d'un alliage de magnésium après déformation par extrusion sera différent. On constate que dans le cas d'une même amplitude de déformation totale, la tenue en fatigue du matériau dans le sens RD est généralement meilleure que la tenue en fatigue dans le sens ND.

Fig. 7 Effet de la texture sur le comportement en fatigue oligocyclique des matériaux

En résumé, la présence de texture est universelle dans les matériaux métalliques. L'essence de la texture est que de nombreux grains ne sont pas distribués dans une orientation aléatoire, ce qui conduit naturellement à une anisotropie dans les propriétés du matériau. L'effet de la texture sur les propriétés du matériau est étudié afin de mieux utiliser la texture du matériau pour réguler les propriétés associées du matériau.