Tekstura w materiałach metalicznych i jej wpływ na właściwości

Zazwyczaj materiał metalowy jest polikryształem złożonym z dużej liczby ziaren kryształu. Gdy orientacja ziarna polikryształu jest skoncentrowana wokół pewnej płaszczyzny odniesienia (lub kierunku) materiału makroskopowego, nazywa się to preferowaną orientacją, a tekstura to Preferowana orientacja polikryształów. W szerokim znaczeniu zjawisko, w którym orientacja ziarna odbiega od losowego rozkładu w polikryształu, można nazwać teksturą.

W materiałach metalowych istnienie zjawisk tekstury jest uniwersalne. Zewnętrzne pole temperatury, pole elektromagnetyczne, pole odkształcenia i anizotropia wewnątrz kryształu mogą powodować teksturę. Na przykład preferowaną orientacją ziarna podczas odkształcania jest krystaliczna poślizg / powierzchnia poślizgu i efekt momentu podczas rozciągania. wynik. Materiały przemysłowe zwykle mają teksturę odlewu, teksturę deformacji, teksturę rekrystalizacji i teksturę przemiany fazowej, wśród których badano bardziej teksturę deformacji i teksturę rekrystalizacji.

Reprezentacja tekstury

Tak zwana orientacja kryształu odnosi się do trzech osi kryształu kryształu (takich jak oś [100], [010], [001]) w danym referencyjnym układzie współrzędnych (takim jak kierunek toczenia RD, boczne TD i normalne ND w toczna płyta) Względna orientacja w obrębie. W rzeczywistości opisując orientację kryształu, ustawiane są różne ramki odniesienia ze względu na różne warunki deformacji. Na przykład w przypadku najczęstszego odkształcenia toczenia trzy osie ramy odniesienia są zwykle ustawiane w kierunku walcowania (RD) i powierzchni toczenia. Kierunek (ND) i kierunek poprzeczny walcowanego arkusza, to znaczy kierunek prostopadły do kierunku walcowania (TD), przy założeniu, że orientacja jest wyrażona jako (110) [1-12], wskazując płaszczyznę (110) komórka jednostkowa w tym momencie. Równolegle do powierzchni toczenia kierunek [1-12] jest równoległy do kierunku walcowania.

Rodzaj tekstury zależy głównie od rodzaju metalu i metody obróbki itp. Wśród nich są tekstury walcowane, tekstury rysunkowe i tym podobne. Tekstura toczenia to tekstura występująca podczas deformacji toczenia. Charakteryzuje się tym, że pewna płaszczyzna kryształu każdego ziarna jest równoległa do powierzchni tocznej i kierunku jest równoległy do kierunku walcowania. Tocząca się tekstura jest zwykle wyrażana jako {hkl} . Jednokierunkowe rozciąganie i deformacja rozciągania powodują, że pewien kierunek ziaren polikrystalicznych jest równoległy do kierunku rozciągania lub rozciągania. Tak utworzona tekstura nazywa się teksturą jedwabiu, zwaną również teksturą włókna, równoległą do rozciągania. Lub orientacja kryształu kierunku rysowania.

Figura bieguna jest wzorem rozkładu orientacji reprezentującym wybraną płaszczyznę kryształu {hkl} każdego ziarna w badanym materiale na mapie projekcji rzutów biegunowych zawierającej kierunek układu współrzędnych próbki. Ta liczba nazywa się figurą bieguna {hkl}. Ryc. 1 to rura {111} stopu Cu-30%Zn po walcowaniu 96%. Z analizy orientacji można stwierdzić, że składnikiem tekstury w materiale jest głównie tekstura {110} <1-12>. Znany również jako tekstura mosiądzu.

Ryc. 1 {111} rysunek słupowy stopu Cu-30%Zn po walcowaniu 96%

W przeciwieństwie do figury bieguna, odwrotna figura bieguna jest wykresem przedstawiającym rozkład przestrzenny określonego wyglądu charakterystycznego dla materiału polikrystalicznego równoległego do materiału w układzie współrzędnych kryształu. Trzy osie układu współrzędnych odniesienia ogólnie przyjmują trzy osie kryształu kryształu lub orientację kryształu o niskim indeksie. W przypadku układu sześciennego, ponieważ istnieje 24 symetria, wybrana jest tylko część [001] - [101] - [111]. Opisać. Odwrotna liczba biegunów jest zwykle używana do opisania tekstury jedwabiu. Ryc. 2 pokazuje rysunek bieguna wstecznego walcowanej na gorąco stali niskowęglowej równolegle do normalnego kierunku ND. Można zauważyć, że w materiale są sploty jedwabiu <111> i <100>. Struktura.

Ryc. 2 ND schemat bieguna wstecznego stali miękkiej walcowanej na gorąco

Liczby biegunowe i odwrotne biegunowe wykorzystują dwuwymiarową grafikę do opisania rozkładu orientacji przestrzeni trójwymiarowej i wszystkie mają ograniczenia. Gęstość rozkładu f (g) orientacji przestrzennej g (φ1, Φ, φ2) może wyrażać rozkład orientacji całej przestrzeni, który nazywa się funkcją rozkładu orientacji przestrzennej (ODF). ODF jest trójwymiarową liczbą obliczoną z rozkładu gęstości biegunowej figury biegunowej. Ponieważ korzystanie z trójwymiarowego diagramu jest niewygodne, jest ogólnie reprezentowane przez zestaw przekrojów ustalonych przez φ2. Rycina 3 pokazuje ODF czystego aluminium przemysłowego po walcowaniu na zimno przez deformację 95%.

Ryc. 3 Schemat ODF czystego aluminium przemysłowego po walcowaniu na zimno z odkształceniem 95%

Wpływ tekstury na wydajność

Duża liczba wyników eksperymentalnych pokazuje, że na właściwości materiałów wpływa tekstura, a tekstura wpływa na mechanikę modułu sprężystości, współczynnik Poissona, wytrzymałość, wiązkość, plastyczność, właściwości magnetyczne, przewodność i współczynnik rozszerzalności liniowej. Wydajność i właściwości fizyczne, oto kilka przykładów wpływu tekstury na właściwości materiału.

Najbardziej badany jest wpływ tekstury na statyczne właściwości mechaniczne materiału. Rysunek 4 pokazuje, że komercyjny stop magnezu wytwarza silną teksturę podstawową pod wpływem procesu zgrzewania tarciowego z mieszaniem, tak że różne części materiału są ciągnięte w różnych kierunkach. Wydajność rozciągania pokazuje różnicę. Na przykład w przypadku próbki poddanej procesowi zgrzewania tarciowego (FSP) wytrzymałość na rozciąganie materiału w kierunku szerokości próbki, to znaczy w kierunku poprzecznym (TD), jest znacznie wyższa niż w kierunku przetwarzania (PD), wykazując niezwykłą anizotropię.

Ryc.4 Właściwości rozciągania różnych orientacji próbek po stopie magnezu AZ31 w oryginalnym stanie walcowania i zgrzewu z mieszaniem tarciowym

Tekstura wpływa również na właściwości sprężyste materiału. Rycina 5 pokazuje wpływ tekstury na moduł sprężystości złotej folii. Trzy cyfry na rycinie przedstawiają jedno kryształowe złoto w kryształowym układzie współrzędnych. Tekstura nie teksturowanej złotej folii w przykładowym układzie współrzędnych i parametr modułu sprężystości złotej folii zawierającej jedwabną teksturę w przykładowym układzie współrzędnych, widać, że tekstura sprawia, że moduł sprężystości materiału jest anizotropowy wzdłuż Moduł sprężystości materiału w różnych kierunkach wykazuje znaczącą różnicę. Moduł sprężystości materiału w kierunku S3 wynosi 118 GPa, co jest wyższy niż moduł sprężystości 89,7 GPa w kierunkach S1 i S2, a minimalna wartość modułu sprężystości znajduje się wzdłuż odchylenia S3. Kierunek wynosi około 40 stopni, a moduł wynosi tylko 60 GPa.

Ryc. 5 Wpływ tekstury na moduł sprężystości złotej folii

Tekstura wpływa również na korozję. Rycina 6 pokazuje wykres Nyquista spektrum impedancji komercyjnego czystego tytanu po przejściu różnych stopni równego kanału odkształcenia kątowego. Liczba razy odkształcania jest różna, a mikrostruktura i tekstura materiału są również różne. Można zauważyć, że materiał ma lepszą odporność na korozję, gdy nie jest poddawany odkształceniu (przejście 0) w stanie początkowym.

Ryc. 6 Wpływ równomiernego wytłaczania kątowego na wykres Nyquista komercyjnego spektrum czystego tytanu

Tekstura wpływa również na zmęczenie materiału poddanego dynamicznemu cyklicznemu obciążeniu. Ryc. 7 pokazuje, że zachowanie zmęczeniowe w niskim cyklu przy innej orientacji stopu magnezu po odkształceniu przez wytłaczanie będzie różne. Można zauważyć, że w przypadku tej samej całkowitej amplitudy odkształcenia trwałość zmęczeniowa materiału w kierunku RD jest ogólnie lepsza niż trwałość zmęczeniowa w kierunku ND.

Ryc. 7 Wpływ tekstury na zachowanie materiałów w niskim cyklu zmęczeniowym

Podsumowując, obecność tekstury jest uniwersalna w materiałach metalicznych. Istotą tekstury jest to, że wiele ziaren nie jest rozmieszczonych w przypadkowej orientacji, co naturalnie prowadzi do anizotropii we właściwościach materiału. Wpływ tekstury na właściwości materiału jest badany w celu lepszego wykorzystania tekstury w materiale do regulacji powiązanych właściwości materiału.