Texture in materiali metallici e suo effetto sulle proprietà

Solitamente, il materiale metallico è un policristallo composto da un gran numero di grani di cristallo. Quando l'orientamento della grana di un policristallo è concentrato attorno a un determinato piano di riferimento (o direzione) di un materiale macroscopico, viene chiamato orientamento preferito e la trama è Orientamento preferito dei policristalli. In senso lato, il fenomeno che l'orientamento del grano devia dalla distribuzione casuale nel policristallo può essere chiamato tessitura.

Nei materiali metallici, l'esistenza di fenomeni di tessitura è universale. Il campo della temperatura esterna, il campo elettromagnetico, il campo di deformazione e l'anisotropia all'interno del cristallo possono causare struttura. Ad esempio, l'orientamento preferito della grana durante la deformazione è la superficie di scivolamento/scivolamento del cristallo e l'effetto momento durante l'allungamento. il risultato di. I materiali industriali hanno comunemente texture di colata, texture di deformazione, texture di ricristallizzazione e texture a cambiamento di fase, tra le quali vengono studiate maggiormente la texture di deformazione e la texture di ricristallizzazione.

Rappresentazione della trama

Il cosiddetto orientamento del cristallo si riferisce ai tre assi cristallini del cristallo (come l'asse [100], [010], [001]) in un dato sistema di coordinate di riferimento (come la direzione di rotolamento RD, TD laterale e ND normale in la piastra di rotolamento) L'orientamento relativo all'interno. Quando si descrive effettivamente l'orientamento del cristallo, vengono impostati diversi sistemi di riferimento a causa delle diverse condizioni di deformazione. Ad esempio, per la deformazione di laminazione più comune, i tre assi del sistema di riferimento sono solitamente impostati sulla direzione di laminazione (RD) e sulla superficie di rotolamento. La direzione (ND) e la direzione trasversale del foglio laminato, cioè la direzione perpendicolare alla direzione di laminazione (TD), assumendo un orientamento sia espressa come (110) [1-12], indicando il (110) piano di la cella unitaria in questo momento. Parallela alla superficie di rotolamento, la direzione [1-12] è parallela alla direzione di rotolamento.

Il tipo di trama dipende principalmente dalla natura del metallo e dal metodo di lavorazione, ecc. Tra questi, ci sono trama rotolante, trama di disegno e simili. La trama di laminazione è la trama che si verifica durante la deformazione di laminazione. È caratterizzato dal fatto che un certo piano cristallino {hkl} di ciascun grano è parallelo alla superficie di rotolamento e una direzione è parallela alla direzione di rotolamento. La trama rotolante è solitamente espressa come {hkl} . L'allungamento unidirezionale e la deformazione di stiramento fanno sì che una certa direzione dei grani policristallini sia parallela alla direzione di stiramento o stiramento. La tessitura così formata è detta tessitura di seta, detta anche tessitura di fibre, parallela allo stiramento. O l'orientamento del cristallo della direzione del disegno.

La figura del polo è un modello di distribuzione dell'orientamento che rappresenta un piano cristallino selezionato {hkl} di ciascun grano nel materiale da testare sulla mappa di proiezione della proiezione polare contenente la direzione del sistema di coordinate del campione. Questa figura è chiamata figura polare {hkl}. La figura 1 è la figura del polo {111} della lega Cu-30%Zn dopo la laminazione di 96%. Dall'analisi dell'orientamento si può sapere che la componente della trama nel materiale è principalmente {110}<1-12> trama. Conosciuto anche come struttura in ottone.

Fig.1 {111} figura polare della lega Cu-30%Zn dopo laminazione 96%

In contrasto con la figura del polo, la figura del polo inverso è un grafico che rappresenta la distribuzione spaziale di un certo aspetto caratteristico di un materiale policristallino parallelo al materiale nel sistema di coordinate cristalline. I tre assi del sistema di coordinate di riferimento generalmente prendono i tre assi cristallini del cristallo o l'orientamento del cristallo a basso indice. Per il sistema cubico, essendoci 24 simmetrie, viene selezionata solo la parte di [001]-[101]-[111]. Descrivere. La figura del polo inverso è generalmente usata per descrivere la trama della seta. La Figura 2 mostra la figura del polo inverso di un acciaio a basso tenore di carbonio laminato a caldo parallelo alla normale direzione ND. Si può notare che nel materiale sono presenti <111> e <100> intrecci di seta. Struttura.

Figura 2 Diagramma del polo inverso ND di acciaio dolce laminato a caldo

Le figure del polo e del polo inverso utilizzano grafici bidimensionali per descrivere la distribuzione dell'orientamento dello spazio tridimensionale e hanno tutti dei limiti. La densità di distribuzione f(g) dell'orientamento spaziale g(φ1, Φ, φ2) può esprimere la distribuzione di orientamento dell'intero spazio, che è chiamata funzione di distribuzione dell'orientamento spaziale (ODF). L'ODF è una figura tridimensionale calcolata dalla distribuzione della densità polare della figura polare. Poiché è scomodo utilizzare un diagramma tridimensionale, esso è generalmente rappresentato da un insieme di sezioni fissate da φ2. La figura 3 mostra l'ODF di alluminio puro industriale dopo la laminazione a freddo mediante deformazione 95%.

Fig. 3 Diagramma ODF di alluminio puro industriale dopo laminazione a freddo con deformazione 95%

Impatto della trama sulle prestazioni

Un gran numero di risultati sperimentali mostra che le proprietà dei materiali sono 20%-50% influenzate dalla trama e la trama influenza la meccanica del modulo elastico, il rapporto di Poisson, la forza, la tenacità, la plasticità, le proprietà magnetiche, la conduttanza e il coefficiente di espansione lineare. Prestazioni e proprietà fisiche, ecco alcuni esempi degli effetti della trama sulle proprietà dei materiali.

La più studiata è l'influenza della tessitura sulle proprietà meccaniche statiche del materiale. La Figura 4 mostra che una lega di magnesio commerciale produce una struttura di base forte sotto l'influenza del processo di saldatura ad attrito, in modo che diverse parti del materiale vengano tirate in direzioni diverse. Le prestazioni di allungamento mostrano una differenza. Ad esempio, nel caso di un campione lavorato con un processo di saldatura ad attrito (FSP), la resistenza alla trazione del materiale nella direzione della larghezza del campione, cioè la direzione trasversale (TD), è significativamente superiore alla direzione di lavorazione (PD), esibendo una notevole anisotropia.

Fig.4 Proprietà di trazione di diversi orientamenti del campione dopo la lega di magnesio AZ31 nello stato di laminazione originale e saldatura ad attrito

La trama influisce anche sulle proprietà elastiche del materiale. La figura 5 mostra l'effetto della trama sul modulo elastico di un film d'oro. Le tre figure nella figura mostrano l'oro monocristallo nel sistema di coordinate del cristallo. La trama del film d'oro non testurizzato nel sistema di coordinate del campione e il parametro del modulo elastico del film d'oro contenente la trama di seta nel sistema di coordinate del campione, si può vedere che la trama rende il modulo elastico del materiale anisotropo lungo il Il modulo elastico del materiale in diverse direzioni mostra una differenza significativa. Il modulo elastico del materiale nella direzione S3 è 118 GPa, che è superiore al modulo elastico di 89,7 GPa nelle direzioni S1 e S2 e il valore minimo del modulo elastico è lungo la deviazione S3. La direzione è di circa 40 gradi e il modulo è di soli 60 GPa.

Fig. 5 Effetto della texture sul modulo elastico di un film d'oro

Anche il comportamento alla corrosione è influenzato dalla trama. La Figura 6 mostra il grafico di Nyquist dello spettro di impedenza del titanio puro commerciale dopo aver subito diversi gradi di deformazione angolare a canale uguale. Il numero di volte di deformazione è diverso, e anche la microstruttura e la consistenza del materiale sono diverse, si può vedere che il materiale ha una migliore resistenza alla corrosione quando non è soggetto a deformazione (0 passaggi) nello stato iniziale.

Fig.6 Effetto dell'estrusione angolare a canale uguale sul diagramma di Nyquist dello spettro di impedenza commerciale del titanio puro

Anche il comportamento a fatica del materiale sotto carico ciclico dinamico è influenzato dalla tessitura. La Figura 7 mostra che il comportamento a fatica a basso ciclo di un diverso orientamento di una lega di magnesio dopo la deformazione per estrusione sarà diverso. Si può notare che nel caso della stessa ampiezza di deformazione totale, la vita a fatica del materiale nella direzione RD è generalmente migliore della vita a fatica nella direzione ND.

Fig. 7 Effetto della tessitura sul comportamento a fatica a basso ciclo dei materiali

In sintesi, la presenza di texture è universale nei materiali metallici. L'essenza della trama è che molti grani non sono distribuiti in un orientamento casuale, il che porta naturalmente all'anisotropia nelle proprietà del materiale. L'effetto della trama sulle proprietà del materiale è studiato al fine di utilizzare al meglio la trama nel materiale per regolare le relative proprietà del materiale.