织构的测定

第二节织构类型2.１．形变织构：经金属塑性加工的材料，如经拉拔﹑挤压的线材或经轧制的金属板材，在塑性变形过程中常沿原子最密集的晶面发生滑移。

滑移过程中，晶体连同其滑移面将发生转动，从而引起多晶体中晶粒方位出现一定程度的有序化。

这种由于冷变形而在变形金属中直接产生的晶粒择优取向称为形变织构。

形变织构常有纤维织构、板织构等几种类型。

１）纤维织构金属材料中的晶粒以某一结晶学方向平行于（或接近平行于）线轴方向的择优取向。

具有纤维织构的材料围绕线轴有旋转对称性，即晶粒围绕纤维轴的所有取向的几率是相等的。

例如冷拉铝线，其中多数晶粒的[111]方向平行于线轴方向，其余则对线轴有不同程度的偏离，呈漫散分布。

这种线材的织构称[111]纤维织构。

纤维织构是最简单的择优取向，因其只牵涉一个线轴方向，需要解决的结晶学问题仅为确定纤维轴的指数<uvw>。

纤维织构的类型和完整度（即取向分布的漫散程度）主要和材料的组成、晶体结构类型和变形工艺有关。

除冷拉和挤压工艺外，有时由热浸﹑电沉积或蒸发形成的材料的涂覆层以及材料经氧化和腐蚀后表层所生成的产物都可能产生纤维织构。

在实际材料中经常存在不止一种的纤维织构，如铜线中<111>和<100>织构同时出现。

2）板织构在轧制过程中，随着板材的厚度逐步减小，长度不断延伸，多数晶粒不仅倾向于以某一晶向<uvw>平行于材料的某一特定外观方向，同时还以某一晶面（hkl）平行于材料的特定外观平面（板材表面），这种类型的择优取向称为板织构，一般以(hkl)[hkl]表示，晶粒取向的漫散程度也按两个特征来描述。

图8-1 轧制后部分晶粒取向示意图如图为经轧制后的纯铁板材的部分晶粒取向示意图﹐其（100）面平行于轧面，[011]方向平行于轧向﹐说明该板材具有一种(100)[011]织构。

2.2 再结晶织构具有形变织构的冷加工金属，经过退火、发生再结晶以后，通常仍具有择优取向，称为退火织构或再结晶织构。

再结晶织构依赖于所牵涉的再结晶过程，分为初次再结晶和二次再结晶织构。

对低碳钢，特别是硅钢片的织构曾进行过很多研究。

由于金属原有变形织构的漫散程度和延伸率、退火温度以及退火气氛等的差异，实际的再结晶织构的取向不同程度地偏离理论的再结晶织构取向。

再结晶织构的形成有两种理论，即定向成核学说与定向成长学说。

再结晶晶粒的择优取向由一些晶核的取向所决定，这种看法最早由伯格斯（W.R.Burgers）提出，后来伯格斯等又根据马氏体切变模型提出了关于形成立方织构的定向成核理论。

定向成长理论是贝克（P﹒A﹒Beck）提出来的，他认为在形变基体内存在着各种取向的晶核，其中有些晶核因取向合适，晶界移动本领最大，在退火过程中成长最快，最后形成再结晶织构。

2.3 织构的实际应用织构直接影响材料的物理和力学性能。

材料中存在织构是有利还是有害﹐视对材料的性能要求而定。

例如制造汽车外壳的深冲薄钢板﹐存在一般织构将使其变形不均匀﹐产生皱纹﹐甚至发生破裂﹓但具有（111）型板织构的板材﹐其深冲性能良好。

制造变压器的硅钢片则希望使易磁化的 [100]方向平行于轧向，立方织构的硅钢片，具有很低的铁损。

第三节织构的表示方法择优取向是多晶体在空间中集聚的现象，肉眼难于准确判定其取向，为了直观地表示，必须把这种微观的空间集聚取向的位置、角度、密度分布与材料的宏观外观坐标系（拉丝及纤维的轴向，轧板的轧向、横向、板面法向）联系起来。

通过材料宏观的外观坐标系与微观取向的联系，就可直观地了解多晶体微观的择优取向。

晶体X射线学中织构表示方法有：晶体学指数表示极图：直接极图、反极图取向分布函数3．1 晶体学指数表示法为了具体描述织构（即多晶体的取向分布规律），常把择优取向的晶体学方向（晶向）及晶体学平面（晶面）跟多晶体宏观参考系相关连起来。

宏观参考系一般与多晶体外观相关连：丝状材料一般采用轴向；板状材料多采用轧面及轧向。

丝织构：轴向拉拔或压缩多晶材料中，晶粒的一个或几个结晶学方向平行平行于轴向，形成丝织构（或称纤维织构）。

理想的丝织构一般沿材料流变方向对称排列，其织构常用与轴向平行的晶向指数<UVW>表示。

面织构：某些锻压、压缩多晶材料中，晶粒往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向，形成面织构，常用垂直于压缩力轴向的晶面指数{HKL}表示。

板织构：轧制板材的晶粒同时受到拉力和压力的作用，因此常以某些晶体学方向<UVW>平行轧向，同时还以某些晶面{HKL}平行于轧面，形成板织构。

板织构常用{HKL}<UVW>表示。

3．2 极图晶体在三维空间中取向分布的二维极射赤面投影称为极图。

1．直接极图（正极图）：是一种对于材料中某一选定的低指数（hkl）面﹐表明其极点密度随极点取向而变化的极射赤平投影图。

以多晶体材料的特征外观方向（轧制平面法向ND、轧制方向RD及横向TD）作为宏观参考系的三个坐标轴，取轧制平面为投影面，将多晶材料中每个晶粒的某一低指数晶面（hkl）法线用极射赤道平面投影的方法投影在此平面上得到多晶材料的（hkl）极图（直接极图、正极图）。

2．反极图：是把材料某一特定方向上的晶粒取向密度绘制在单晶标准投影图上。

以晶体的三个主要晶轴（或低指数晶向）为参照坐标系的三个坐标轴，取与晶体主要晶轴垂直的平面作投影面，将与某一外观方向平行的晶向的空间分布用极射赤道平面投影的方法投影在此平面上，得到多晶体材料的此特征方向的反极图。

如图为冷轧钢板实测[110]极图。

图中数字表示取向密度值﹐以完全无择优取向时不同方向的取向密度为1，则取向密度大于1表示试样中接近这一取向的晶粒体积大于无择优取向时具有该取向的晶粒的体积。

取向密度小于1的意义相反。

板织构的类型和漫散程度，除与材料的组成和晶体结构因素有关外，主要与轧制工艺有关。

因此在轧制过程中为要控制稳定的织构生成，必须注意压下道次数、压下量和轧制图8-2 冷轧钢板[110]极图温度等条件的影响。

板材织构的对称性比纤维织构低，必须利用极图才能确切地加以描述。

3．3 三维空间取向分布函数法60年代后期研究工作者提出取向分布函数法 (ODF)﹐完善了织构的表示方法。

这种方法是把分别表示材料外观和晶粒位置的二组坐标系O-ABC和O-XYZ之间的取向关系用一组欧拉角表达；即O-XYZ相对于O-ABC的任一取向均可通过三次转动y、q、j实现。

这里，首先约定O-XYZ与O-ABC完全重合为起始取向；令O-XYZ 绕OZ转动y角为第一转动，绕转动后的OY转动q角为第二转动；第三转动则是再绕新的OZ继续转动j角。

这三个转角数值y﹑q﹑j完全规定了O-XYZ的取向。

若以y﹑q、j为坐标轴建立O-jqy的直角坐标系，则每一晶粒取向（y﹑q﹑j）均可在此立体图中用一点表示出来。

在这三维空间中用取向密度w（q﹑y﹑j)来绘制，就构成了取向分布图。

多晶材料的空间取向密度w(jyq)可用一组正极图的数据经过数学变换后求得。

如图a冷轧钢板三维取向分布就是利用其实测 [110]极图的数据变换成三维取向分布图，曲线和曲面表示等取向密度线和面。

为了表达简便和清晰﹐常用一组截面图代替﹐图b给出j＝45°的横截面图，虚线表示立体图未画出部分。

图8-3 冷轧钢板实测极图ODF法能确切地、定量地表示出材料的织构类型和取向密度漫散程度。

这种方法的提出和应用，促进了织构理论和织构与性能关系的研究。

多晶材料的空间取向密度w(jyq)可用一组正极图的数据经过数学变换后求得。

如图a冷轧钢板三维取向分布就是利用其实测 [110]极图的数据变换成三维取向分布图，曲线和曲面表示等取向密度线和面。

为了表达简便和清晰﹐常用一组截面图代替﹐图b给出j＝45°的横截面图，虚线表示立体图未画出部分。

ODF法能确切地、定量地表示出材料的织构类型和取向密度漫散程度。

这种方法的提出和应用，促进了织构理论和织构与性能关系的研究。

第四节极射赤面投影直接极图是按极射赤道平面投影(简称极射赤面投影)法绘制的。

投影原理如下：投影球的赤道大圆平面与板材轧制平面也即试样被测面重合，轧面法线投影到大圆的圆心，轧制方向与大圆竖直直径相重，横向与水平直径重合，放置在球心的晶体，某晶面法线与上半球面的交点为P'，由下半球南极向P'点引出投射线，与赤道平面大圆的交点P，即为此晶面 (法线) 的极射赤面投影，如图所示。

如果把上半球面上的各条经线及纬线投影到赤道平面上，便形成极网，如图a所示。

如果试样被测面 (或晶面) 法线由图8-4 极射赤面投影作图北极开始，在沿纬线方向旋转的同时又沿经线方向自北向南运动，其赤道平面投影是一条螺旋线，称为螺旋极网。

如图b所示。

在特殊制样情况下，如罗帕塔(Lopata-Kula) 组合试样，试样被测面法线不与极网圆心重合，而是移到第一象限分角线(45°) 上与轧向、横向、法向夹角均为54.73°的位置，即其投影坐标为(45°，54.73°)，其极网或螺旋极网亦是以这点为中心点，如图8-9所示。

图8-5 极网和螺旋网第五节单晶标准投影图如果把一个单晶体放在投影球的球心，依次使其某些特定晶面与赤道平面重合，然后将其他各个晶面法线投影到赤道平面上，便成了标准投影图。

这些特定晶面常采用低指数晶面，立方晶系中如 (001)、(110)、(111)、(112) 等较常用，其标准投影图如图所示。

单晶标准投影图可用于标定极图织构。

图8-6 （001）标准投影图图8-7 （110）标准投影图图8-8 （111）标准投影图第六节丝织构及其测绘方法6．1 丝织构：大多数晶粒的某一晶体学方向＜uvw＞与材料的某个外观特征方向（如丝轴方向或生长方向）平行或于接近平行。

这种织构在冷拉金属丝中呈现得很典型，故称为丝织构。

一般在丝、棒、镀层、沉积层中都可能会存在某种类型的丝织构。

与拉丝方向平行的晶体学方向指数＜uvw＞称为丝织构指数。

例：图(a)为具有丝织构的棒材（或丝材），棒材中大部分晶粒的<100>方向平行于丝轴(拉丝)方向。

图(b)为横断面放大图，理想丝织构的情况是材料中所有晶粒的<100>方向均平行于丝轴(拉丝)方向。

图8-9 丝织构例：冷拉铁丝（体心立方金属）具有<110>丝织构，即铁丝中大多数晶粒的<110>方向倾向于平行丝轴方向。

但在实际的冷拉铁丝材料中并不是所有晶粒的<110>方向都严格平行丝轴方向。

左图为<110>方向与丝轴之间夹角为φ的晶粒的百分数，亦即<110>极点分布在方向上的百分比（极密度）r<110> 随夹角f的分布。