织构类型及其测定方法.共64页
织构类型及其测定方法
面心立方金属快速迁移界面附近的原子结构
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三、极射赤面投影
原理：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。
织构类型及其测定方法
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织构主要类型及其测定方法
一、织构的定义 二、织构的类型 三、极射赤面投影 四、织构的表示方法 五、织构的测量方法 六、织构分析的相关实例
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一、织构的定义
各向异性：单晶体在不同晶体学方向上的力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学 甚至核物理等方面的性能表现出显著差异的现象 各向同性：多晶集合体在宏观不同方向上表现出各种性能相同的现象。一般 情况下，多晶材料中数目众多的晶粒是无序均匀分布的，即在不同方向上取 向几率相同，多晶集合体的各种性能在不同宏观方向上相同 择优取向、织构：在一般多晶体中，每个晶粒有不同于相邻晶粒的结晶学取 向，从整体看，所有晶粒的取向是任意分布的；某些情况下，晶体的晶粒在 不同程度上围绕某些特殊的取向排列，就称为择优取向或简称织构。
1）、纤维织构（丝织构） 2）、板织构（面织构、轧制织构等）
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1）、纤维织构
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。
[物理]织构分析
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晶体学织构
➢ 板织构极图：投影面取轧面，并将轧向(R. D)和横向(T. D)也一 同投影到轧面上。
晶体学织构
➢ 极图上各点的位置可用和两角表示。角表示{HKL}晶面法向 与样品系板法向的夹角，角表示该{HKL}晶面法向绕板法向转 动的角度。
■ {001}<100>; □ {124}<211>; ● {011}<100>
取向的欧拉转动
晶体取向
➢ 两种取向表达式的换算关系为：
9个变量中只可能有3个变量是独立的，3个欧拉角刚好反映出了 取向的3个独立变量。
晶体学织构
1、概念
。 ➢ 多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的结构，称为织构
➢ 当多晶体材料各晶粒完全随机分布时，晶体取向密度在空间应处 处是1。若晶体取向密度有峰值或发生突变，就说明存在织构。
➢ 在测绘极图时，通常将无织构标样的{HKL}极密度规定为1，将织构极 密度与无织构的标样极密度进行比较定出织构的相对极密度。
➢ 因为空间某方向的{HKL}衍射强度IHKL(，)与该方向参加衍射的晶 粒体积成正比，因此IHKL(，)与该方向的极密度成正比，此为衍射 法测定织构的理论基础。
晶体学织构
晶体取向与多晶体织构
▪ 晶体投影 ▪ 晶体取向 ▪ 晶体学织构 ▪ 取向分布函数 ▪ 取向空间 ▪ 取向分布函数分析
晶体投影
➢ 概念：把三维晶体结构中的晶向和晶面位置关系和数量关系投影 到二维平面，称为晶体投影。
➢ 目的：为了方便地研究晶体中各晶向、晶面、晶带以及对称元素 之间的关系。
➢ 种类：有球面投影、极射赤面投影、心射投影等。
晶体学织构
➢ Fcc金属冷轧之后的织构受层错能影响很大。一般有：
织构ODF分析方法及织构
其次有 (112) [011]
轧向反极图
轧面反极图
3 三维取向分布函数表示法（ODF)-现代织构分析技术
极图和反极图用二维图像描述晶体 三维的取向分布，必有不足之处。 特 别是在织构复杂和漫散的情况下，易于 错判和漏判。上世纪60年代由 罗伊 (Roe) 和邦厄 (Bunge)提出用晶粒取向分 布函数表示织构方法—三维取向分布函 数（Orientation distribution fuction)
从图可看出，板材的织构是影响r 值的主要因素 。板材的γ纤维织 构越强， α纤维织构越弱。其深冲 性能越好。
Ⅰ{111}/Ⅰ{100} 与r 值关系
3 制耳参数（Δr值）
△r表示塑性应变比r值在板面上随方向的变化，△r值的大小决定了杯型拉伸件杯口部 位凸耳的形成程度，用圆形坯料拉深板材时，当△r >0时，凸耳出现在0 °和90 °方 向；当△r <0时，凸耳出现在士45 °方向：△r=0时，不产生凸耳。由于凸耳的位置 与大小和△r有关，所以△r也叫凸耳参数。 △ r值越大，板面内各向异性越严重，表 现在拉伸件边缘不齐，形成凸耳，影响成形件质量和成品率。
Min 25.0 167.5
497.000
Max 60.0 177.5 14467.000
Dim ension: 2.5D
Scale :
Linear
Grid settings:
Psi Phi
First 0 0
Last 90 360
Step 30 90
ODF project:
C:\...\ma steel dc06\7.11.19.
通过对织构的研究将进一步挖掘材料的潜力！
A正反极图面织构测定PPT课件
2.
Phtkl ( . )
I
t 校
正(
.
)
I R ( . )
相对值
予先求无织构的 I R ( . ) 作为归一化标准
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ⅴ. 作极图：
将测定的各
Pt hkl
(
.
)
标注在赤平投影图上。
变化：沿直径
变化：沿同心圆
ⅵ. 确定织构系统： 与标准极图投影对照
N
Pt hkl
(
.
)
冷轧铝板的 冷轧铝板的 {100}极图 {111}极图
取单位球 r=1， 1/8球面上的极点密度：
NR
1 8
4r
2
I
R0 hkl
则：
NR
1 2
I
R0 hkl
I R0 hkl
与、
无关
…...(1)
对Texture(有序)试样：
取单位球 r=1， 1/8球面上的极点密度：
N t
2 0
0
2
I
t hkl
(
.
)
Sindd
……(2)
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∵ 织构化前后: (1)=(2)式 NNt R
投影光源
板面法线N X射线反射方
向
R.D
衍射仪轴
T.D
X射线入射方向
(111)极图中心到最大极点密度的角度50 (111)面和(002)面夹角为
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III. 反极图 :
图中(100)附近的极点密度指数达到最大，表示沿(100)面的晶粒最多， 所以(100)晶面织构程度最高。
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i1
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织构类型及其测定方法.
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。
面心立方金属快速迁移界面附近的原子结构
三、极射赤面投影
原理：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。
轧 向面 法 轧 向
轧面法向
＜100＞
{100} ＜110＞ ＜110＞ 轧向 {100}<110>织构中晶 粒与板材外形相对取 向示意图
{100}
例如，冷轧铝板的理想织构为(110)[ī12]
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。
织构及其测定
主要内容
1. 织构的定义及分类 2. 织构的表示方法 3. 丝织构及其测定 4. 织构的极图及其测绘方法 5. 织构的反极图表示方法 6. 织构的取向分布函数
2
织构的定义
择优取向、织构：在一般多晶体中，每个晶粒有不同于相邻晶粒的结晶 学取向，从整体看，所有晶粒的取向是任意分布的；某些情况下，晶体 的晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向排列，就称为择优取向或简称 织构。
冷拉铝丝中100%晶粒的<111>方向与拉丝轴方向平行，即具有<111>丝织构。冷拉铜丝 中60%晶粒的<111>方向与拉丝轴方向平行，而另外40%晶粒的<100>方向与拉丝轴方向平 行，即冷拉铜丝具有<111>+<100>双重丝织构。
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无织构材料与有织构材料的X射线衍射花样特征
（1）无织构材料
• 柱状晶粒长轴的晶体学方向即是该晶粒快速生长方向，由大量这 类柱状晶粒组成的铸造组织就会形成快速生长方向互相平行的铸 造组织。
• Fe-Si, Brass, Al, Au, Pb等立方系金属快速生长方向为<100>； • Cd, Zn等密排六方金属快速生长方向为<210>; • β-Sn快速生长的晶体学方向为<110>； • 许多立方金属的方形或扁平形铸锭中，表现为{100}晶面平行于
– Ag-Cu粉末颗粒在单晶平板上烧结过程中晶界和取向发生变化， 即向差为<111>60°。这是一种孪晶关系，具有较低的晶界能。
6
• 冷变形织构
多晶体变形时各晶粒的转动结果往往会使晶粒取向聚集 到某一或某些取向附近，从而形成织构
不同变形量的轧板组织
第十三课织构分析
第十三课织构分析织构的测定一、定义定义多晶体材料中的各个晶粒，因为某种原因使其取向形成某种有规律的集中的象称为择优向向形成某种有规律的集中的现象，称为择优取向，具有择优取向的组织称为织构。
二、织构的分类1、根据织构的形成方式分1)气态凝聚织构2)液态凝聚织构3)电解沉淀织构4)形变织构5))再结晶织构2根据取向方式分2、根据取向方式分1)丝织构在多晶材料中,某一晶向与该材料的某一在多晶材料中某晶向<>与该材料的某宏观特定方向平行或对称分布,而其它晶向不受任何限制。
其中的宏观特定方向称为织构轴。
何限制其中的宏观特定方向称为2、板织构金属在受到较复杂的应力作用时，如在轧制过金属在受到较复杂的应力作用时如在轧制过程中，金属沿轧制方向（RD）要伸长，厚度方向要减薄，而沿横向（TD）的宽度基本保持不变，要减薄而沿横向（TD）的宽度基本保持不变因此这时晶粒的取向即受轧制方向的限制，也受轧面的限制，形成所谓板织构。
板织构均以某一个晶面（hkl）平行于某一个特殊面，称为织构面，某晶向平行于某特殊方向，某晶向平行于某一特殊方向[uvw]，称为板织构的织构轴。
三、织构的表示方法1、指数表示法丝织构，用平行于织构轴的晶向指数表示1）丝织构，用平行于织构轴的晶向指数表示。
如冷拔钢丝中，绝大多数晶粒的[111]方向都平行于拔丝方向，则记为<111>（或[111]）。
于拔方向，则记为或[]如果试样中有两种或两种以上的晶向平行于拉伸方向，称为双重织构或多重织构，表示为：伸方向称为双重织构或多重织构表示为：+ + +…..2）板织构，同时标明各晶粒平行于轧面及轧向的晶2）板织构面指数（hkl）和晶向指数[uvw]，表示为（hkl）[]（或{hkl}<>）[uvw]（或{hkl} ）。
如果试样中含有多重板织构，则表示为：（h1k1l1）[u1v1w1]+ （h2k2l2）[u2v2w2]+…..2、极图表示法1）正极图用试样本身的垂直于某一特定方向的面或用试样本身的垂直于某特定方向的面或特定面作为投影面，将试样中各个晶粒的某一（hkl）晶面投影到该投影面上。
织构及其测定
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织构图形表示方法
A 极图表示： 1924年Wever提出； B 反极图表示：1940年Barrett提出；
Harris测热轧铀棒(1952年) C ODF 表示： 六十年代中期Bunge和Roe提出；
• 柱状晶粒长轴的晶体学方向即是该晶粒快速生长方向，由大量这 类柱状晶粒组成的铸造组织就会形成快速生长方向互相平行的铸 造组织。
• Fe-Si, Brass, Al, Au, Pb等立方系金属快速生长方向为<100>； • Cd, Zn等密排六方金属快速生长方向为<210>; • β-Sn快速生长的晶体学方向为<110>； • 许多立方金属的方形或扁平形铸锭中，表现为{100}晶面平行于
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织构的晶体学指数表示2法.1
• 丝织构 纤维织构通常以一个或几个晶体学方向<UVW>平行或近 似平行于纤维或丝的外观轴向，这种<UVW>晶向就称为 织构轴。 这种纤维材料或丝具有<UVW>纤维织构 (或丝织构)。
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• 板织构 由于轧制变形包含有压缩变形及拉伸变形，晶体在压力作用下，常 以某一个或某几个晶面{hkl}平行于轧板板面，而同时在拉伸力作用 下又常以<UVW>方向平行于轧制方向，因而这种择优取向就表示 为{hkl}<UVW>。 如果轧向与晶体学方向<UVW>有偏离，则常在它后面加上偏离的度 数，如偏离±10°，则可表为{hkl}<UVW>±10 ° 。
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织构的测定.
图7-12 立方晶系(001)、(011)、(111)的标准影
• 各晶体的标准投影可由各晶体的晶面夹角 公式和吴氏网配合绘制。对于立方晶系， 晶面和晶向的标准投影是一致的。由于它 的晶面夹角与点阵参数无关，故所有立方 晶系的晶体皆可使用同一组标准投影图。
• 非立方晶系的晶面夹角受点阵参数变化 的影响。例如，在六方晶系中．对不同 轴比的晶体，即使是指数相同的晶 面．它们的夹角不一定相等。因此，不 同轴比的晶体都要有自己的标准投影图。
标准投影图
• 在测定晶体取向时，往往应事先作好一些该晶 体的标准极射赤面投影图(简称标准投影)。 • 标准投影图：是以低指数晶面平行于投影面 时．晶体中主要晶面或晶向的极射赤面投影， 并且以平行于投影面的晶面或垂直于投影面的 晶向命名。 • 标准投影图能一目了然的以图解形式表明晶体 中所有重要晶面(晶向)的相对取向和对称关系。
﹤uvw﹥ R2 R1
冷拉铝丝织构衍射花样
要注意的几个问题： • 1．如果衍射弧斑确定后，还有一些弧斑不 在这一范围，则可能有几种织构，具体问 题具体分析。 • 2．实验条件：标识X-ray⊥拉丝方向 • 如 X-ray∥拉丝方向，将得到什么样的 衍射图像？
3. cos cos cos
图7-11 晶面夹角的测量
• 绕垂直于投影面 的轴转动：使极 射赤面投影圆的 基圆与吴氏网的 圆周重合后．只 需将极射赤面投 影图绕吴氏网的 中心转动所需角 度即可。
• 绕躺在投影面上 的某轴转动：先 使此轴与AB重 合．然后绕该轴 转动，即将极射 赤面投影图上的 极点沿着它们所 在的纬线移动， 且跨过相同的经 度差(所需转动的 角度)。
hkl极图多晶hkl标准极图单晶投影面宏观外表面轧面hkl晶面投影对象多晶体各晶粒hkl单晶体内各重要晶面投影依据各晶粒的衍射线强度分布单晶体各晶面和晶向间夹角关系作用确定织构类型确定某一位置投影点的指数将样品置于参考球或投影球球心轧面赤道平面据hkl衍射强度的分布及极式网绘制hkl极图测量方法用透射法测定板织构的衍射几何0时a每次试样绕rd转动360b倒易球作相应转动使各倒易阵点依次反射c根据ihklrdtddsds反射球ndndrdtd200360表hkl极密度在极图上的转动角逆时针顺时针绘制极图时hkl极密度的转动方向刚好与试样转动和的方向相反