材料加工组织性能控制(第九章)

9织构9.1织构的基本概念择优取向：金属多晶体经过冷变形、热变形、再结晶后某种晶面或晶向优先集中在某个方向上排列的现象。织构：具有择优取向的金属多晶体组织。例如：多晶体的面心立方金属铝99%拉拔约有92%的晶粒的111晶向平行于拉力轴。铝丝具有111晶向平行分布于轴向的择优取向，也就是具有织构。这种晶向平行于拉力轴的织构也称为丝织构或称纤维织构。轴向织构：多晶体中各个晶粒的某个晶向uvw择优地平行分布于产品中的轴向。圆锥织构：多晶体各个晶粒的某个晶向uvw同产品的轴成角的择优分布。轧制织构或板织构：轧制变形或者再进行随后的再结晶退火后，可能出现某种晶面平行于轧面，某种晶向平行于轧向的择优分布。例如：黄铜经95%压下率的冷轧变形各晶粒中{110}晶面择优平行分布于轧面，各晶粒中112晶向择优平行分布于轧向，我们就说这种冷轧黄铜具有{110}112轧制织构或{110}112板织构。写在前面的晶面指数表示择优平行于轧面的晶面指数，写在后面的晶向指数表示择优平行于轧向的晶向指数。织构度：某种织构组分的晶粒数与总晶粒数的百分比，或某种织构组分的晶体体积占总体积的百分比。例如：纯铁经过985%形变量的轧制后，就有三种轧制织构组分：{001}110、{112}110和{111}112。说明轧制过的纯铁中，一部分晶粒是{001}晶面平行于轧面，110晶向平行于轧向，形成了{001}110轧制织构，一部分晶粒的{112}晶面平行于轧面，110晶向平行于轧向，形成了{112}110织构，还有另一部分晶粒则是{111}晶面平行于轧面，112晶向平行于轧向，形成{111}112织构。形变织构：经过变形后产生的具有择优取向的多晶体组织。再结晶织构：再结晶退火而产生的具有择优取向的过晶体组织。退火织构：形变后在未发生再结晶的回复退火过程中形成的基本上与形变织构相同的织构。9.2织构与机械性能各向异性单晶体的机械性能是各向异性的，多晶体一般是各向同性的，但经过大的塑性变形产生形变织构后，或经再结晶退火产生再结晶织构后，就会出现不同程度的各向异性，在各个方向上的强度就会不一样。以深冲板为例：应变比r：板材拉伸试样拉伸试验时，宽度方向上的真应变w与厚度方向上的真应变t的比值：应变比变化量r：式中r长——钢板轧制方向上的r值；r宽——钢板宽度方向上的r值；r45——钢板上与轧向成45方向上的r值。twr2245rrrr宽长图9-1r与制耳现象的关系r=0：{111}110和{111}112混合织构r0：图9-2110和112晶向簇在{111}面上的分布情况（1）在{111}面上的110和112晶向间的夹角仅30，所以，110和112晶向上的强度差很小，钢板板面各个方向上的强度大体上是均匀的。（2）{111}110和{111}112混合织构中的110晶向和112晶向都分别平行于同一方向即轧向，110和112晶向是互相平行的。因此，板面上任何一个110晶向或112晶向上的强度实际上都是110晶向的强度和112晶向强度的平均值。这样一来，板面各个方向上的强度就又更均匀了。9.3轧制织构面心立方金属“铜式”织构，特点是具有{110)112和{112}11l两种织构组分“黄铜式”织构，特点是基本上只具有{110}112织构组分。体心立方金属和合金的典型轧制织构是{100}011+{112}110+{111}112织构。图9-9纯铁经过98.5%压下率的轧制后的{110}和{100}极图a-{110}极图；b-{100}极图9.4再结晶织构的形成9.4.1再结晶织构形成的基本理论（1）定向成核理论这个理论认为再结晶的核心同形变织构间存在着一定的晶体取向关系。这种具有特定取向的核心依靠吞并形变基体而成长，就形成了再结晶织构。这个理论能很好地解释再结晶织构同形变织构相同的现象，难于解释实践中发现的再结晶过程中织构类型可能发生变化的现象。（2）定向成长理论形变基体内晶何，在再结晶退火过程中，几乎同时开始成长。但只有那些对于基体取向具有最大晶界迁移速度的晶核成长得最快，而那些晶界移动较慢的晶核，在再结晶退火过程中将被吞并掉。最后形成以成长最快的晶核取向为择优取向的再结晶织构。但这个理论，很难解释再结晶织构同形变织构一致这样的事实。（3）定向成核一选择成长联合理论再结晶退火时可能发生三种基本的织构变化：再结晶退火后保持了形变织构；再结晶时形变织构全部或部分地被其它的一个或几个再结晶织构组分所代替，这种代替可能出现在再结晶的不同阶段，而且再结晶早期阶段上出现的再结晶织构，在后期常常又可被新的织构代替；再结晶时形变织构全部或部分地被无序取向的新晶粒代替。9.4.2再结晶织构形成的控制深冲低碳钢的再结晶织构控制：深冲性能良好的材料，应该具有r1的值。一般需要r=2或再大一些。对r值最有利的取向：{111}uvw，最不利的取向：{100}110，两种织构组分的比例严重地影响到r值。为了提高r值，须从平行于轧面的主要组分是{111}和{001}的轧制织构中得到{11l}uvw再结晶织构。否则，初次再结晶的织构中，就会把轧制织构的两种主要组分{111}和{001}都保留下来，r值就不会好。深冲钢板08Al：钢中析出铝的氮化物A1N，过饱和固溶体强烈的分解温度高于600℃。08F：析出的基本上是铁的碳化物(渗碳体)，过饱和固溶体强烈的分解温度在500℃左右。{111}组分的变形晶粒比{001}组分的变形晶粒容易形成再结晶核心，容易发生过饱和固溶体分解。08Al钢板：控制工艺：再结晶退火时的加热速度要慢一些，还未加热到A1N强烈析出的温度时，{111}取向的再结晶核心在有利的条件下已顺利地形成，使这种核心在数量上占据优势。注意：加热速度不要过高，否则出现加热到600—700℃时还未到{111}取向再结晶核心的形成温度，就开始出现A1N的析出，析出的弥散氮化物对{111}组分的晶粒中再结晶形核的阻碍作用比{001}组分中的阻碍作用大。于是形成的再结晶核心中，占优势的将可能是{001}取向的晶核。08F钢板：提高{111}再结晶织构的织构度，应提高再结晶退火时的加热速度，“跑过”碳化物强烈析出的温度(500)以防止析出的弥散碳化物阻碍{111}取向的再结晶核心的形成。否则，碳化物在{111}取向晶粒的区域中强烈析出，就严重地阻碍了它们的再结晶核心的形成，而在{001)取向晶粒的区域中，阻碍作用较微弱，因而有利于{001}取向的再结晶核心的形成。有利于形成{001}取向的再结晶织构。