Текстура в металлических материалах и ее влияние на свойства

Обычно металлический материал представляет собой поликристалл, состоящий из большого количества кристаллических зерен. Когда ориентация зерен поликристалла сосредоточена вокруг определенной опорной плоскости (или направления) макроскопического материала, ее называют предпочтительной ориентацией, а текстуру — предпочтительной ориентацией поликристаллов. В широком смысле явление отклонения ориентации зерен от случайного распределения в поликристалле можно назвать текстурой.

В металлических материалах существование текстурных явлений является универсальным. Внешнее температурное поле, электромагнитное поле, поле деформации и анизотропия внутри кристалла могут вызывать текстуру. Например, предпочтительной ориентацией зерна при деформации является скольжение кристалла/поверхность скольжения и моментный эффект при растяжении. результат. Промышленные материалы обычно имеют текстуру литья, текстуру деформации, текстуру рекристаллизации и текстуру фазового перехода, среди которых больше изучены текстура деформации и текстура рекристаллизации.

Представление текстуры

Так называемая ориентация кристалла относится к трем осям кристалла (например, ось [100], [010], [001]) в заданной базовой системе координат (например, направление прокатки RD, поперечное TD и нормальное ND в подвижная пластина) Относительная ориентация внутри. При фактическом описании ориентации кристалла задаются разные системы отсчета из-за разных условий деформации. Например, для наиболее распространенной деформации прокатки три оси системы отсчета обычно задаются направлением прокатки (RD) и поверхностью прокатки. Направление (ND) и поперечное направление прокатанного листа, то есть направление, перпендикулярное направлению прокатки (TD), при условии ориентации выражается как (110) [1-12], обозначая плоскость (110) прокатки. элементарная ячейка в это время. Параллельно поверхности качения направление [1-12] параллельно направлению качения.

Тип фактуры в основном зависит от характера металла и способа обработки и т. д. Среди них фактура прокатки, фактура рисунка и тому подобное. Текстура прокатки – это текстура, возникающая при деформации прокатки. Он характеризуется тем, что определенная кристаллическая плоскость {hkl} каждого зерна параллельна поверхности прокатки, а направление параллельна направлению прокатки. Текстура прокатки обычно выражается как {hkl} . Однонаправленное растяжение и деформация волочения приводят к тому, что определенное направление поликристаллических зерен становится параллельным направлению растяжения или волочения. Образующаяся таким образом текстура называется текстурой шелка, также называемой текстурой волокна, параллельной растяжению. Или ориентация кристалла направления рисования.

Полюсная фигура представляет собой картину распределения ориентации, представляющую выбранную кристаллическую плоскость {hkl} каждого зерна в тестируемом материале на карте проекции полярной проекции, содержащей направление системы координат образца. Эта фигура называется полюсной фигурой {hkl}. На рис. 1 представлена полюсная фигура {111} сплава Cu-30%Zn после прокатки 96%. Из анализа ориентации можно узнать, что компонент текстуры в материале в основном представляет собой текстуру {110}<1-12>. Также известна как латунная текстура.

Рис.1 {111} полюсная фигура сплава Cu-30%Zn после прокатки 96%

В отличие от полюсной фигуры, обратная полюсная фигура представляет собой график, изображающий пространственное распределение определенного внешнего вида, характерного для поликристаллического материала, параллельного материалу в системе координат кристалла. Три оси эталонной системы координат обычно принимают три оси кристалла кристалла или ориентацию кристалла с низким показателем преломления. Для кубической системы, поскольку имеется 24 симметрии, выбирается только часть [001]-[101]-[111]. Описывать. Обратная полюсная фигура обычно используется для описания текстуры шелка. На рис. 2 показана обратная полюсная фигура горячекатаной низкоуглеродистой стали, параллельная нормальному направлению ND. Видно, что в материале присутствуют шелковые переплетения <111> и <100>. Структура.

Рисунок 2 Диаграмма обратного полюса ND для горячекатаной мягкой стали

Полюсные и обратные полюсные фигуры используют двухмерную графику для описания распределения ориентации в трехмерном пространстве, и все они имеют ограничения. Плотность распределения f(g) пространственной ориентации g(φ1, Φ, φ2) может выражать ориентационное распределение всего пространства, которое называется функцией пространственного распределения ориентаций (ФПР). ODF представляет собой трехмерную фигуру, рассчитанную по распределению полярной плотности полюсной фигуры. Поскольку пользоваться трехмерной диаграммой неудобно, ее обычно изображают набором сечений, фиксированным φ2. На рис. 3 показана ФРО чистого технического алюминия после холодной прокатки деформацией 951ТП2Т.

Рис. 3 Диаграмма ФРО чистого технического алюминия после холодной прокатки с деформацией 951ТП2Т

Влияние текстур на производительность

Большое количество экспериментальных результатов показывает, что на свойства материалов влияет текстура, а текстура влияет на механику модуля упругости, коэффициент Пуассона, прочность, ударную вязкость, пластичность, магнитные свойства, проводимость и коэффициент линейного расширения. Производительность и физические свойства, вот несколько примеров влияния текстуры на свойства материала.

Наиболее изучено влияние текстуры на статические механические свойства материала. На рис. 4 показано, что промышленный магниевый сплав создает прочную основу под воздействием процесса сварки трением с перемешиванием, так что разные части материала растягиваются в разных направлениях. Характеристики растяжения показывают разницу. Например, в случае образца, обработанного процессом сварки трением (FSP), предел прочности при растяжении материала в направлении ширины образца, то есть в поперечном направлении (TD), значительно выше, чем в направлении обработки. (PD), демонстрируя замечательную анизотропию.

Рис.4 Прочность на растяжение образцов различной ориентации после магниевого сплава AZ31 в исходном состоянии прокатки и сварки трением с перемешиванием

Текстура также влияет на упругие свойства материала. На рис. 5 показано влияние текстуры на модуль упругости золотой пленки. Три фигуры на рисунке показывают монокристалл золота в кристаллической системе координат. По текстуре нетекстурированной пленки золота в системе координат образца и параметру модуля упругости пленки золота, содержащей текстуру шелка, в системе координат образца видно, что текстура делает модуль упругости материала анизотропным вдоль Модуль упругости материала в разных направлениях показывает значительную разницу. Модуль упругости материала в направлении S3 составляет 118 ГПа, что выше модуля упругости 89,7 ГПа в направлениях S1 и S2, а минимальное значение модуля упругости приходится на отклонение S3. Направление составляет около 40 градусов, а модуль составляет всего 60 ГПа.

Рис. 5 Влияние текстуры на модуль упругости золотой пленки

На коррозионное поведение также влияет текстура. На рис. 6 показан график Найквиста спектра импеданса технического чистого титана после различных степеней равноканальной угловой деформации. Количество раз деформации разное, а микроструктура и текстура материала тоже разные. Видно, что материал обладает лучшей коррозионной стойкостью, когда он не подвергался деформации (0 проход) в исходном состоянии.

Рис.6 Влияние равноканальной угловой экструзии на график Найквиста спектра импеданса коммерческого чистого титана

На усталостное поведение материала при динамическом циклическом нагружении также влияет текстура. На рис. 7 показано, что поведение малоцикловой усталости магниевого сплава различной ориентации после деформации выдавливанием будет различным. Можно видеть, что в случае одинаковой общей амплитуды деформации усталостная долговечность материала в направлении RD обычно лучше, чем усталостная долговечность в направлении ND.

Рис. 7 Влияние текстуры на малоцикловую усталость материалов

Таким образом, наличие текстуры универсально для металлических материалов. Суть текстуры в том, что многие зерна распределены не в произвольной ориентации, что естественным образом приводит к анизотропии свойств материала. Влияние текстуры на свойства материала изучается, чтобы лучше использовать текстуру материала для регулирования связанных свойств материала.