EBSD技术入门简介-(晶体学及织构基础-工程材料的织构控制-EBSD的原理及应用、数据处理演示)

EBSD技术入门简介-(晶体学及织构基础-工程材料的织构控制-EBSD的原理及应用、数据处理演示)2提纲1.晶体学及织构基础2.工程材料的织构控制3.EBSD的原理及应用4.EBSD数据处理演示31.晶体学及织构基础2.工程材料的织构控制3.EBSD的原理及应用4.EBSD数据处理演示41.1取向(差)的定义及表征晶体的[100]-[010]-[001]坐标系CCS相对于样品坐标系SCS：RD(rollingdirection,轧向)-TD(transversedirection,横向)-ND(normaldirection,法向)（或X-Y-Z）的位置关系。5•两个晶体坐标系之间的关系–crystalcoordinatesystemforcrystal1(CCS1)–crystalcoordinatesystemforcrystal2(CCS2)CCS2CCS1SCS取向差的定义取向取向差6(1)RotationmatrixG旋转矩阵(2)Millerindices(3)Eulerangles欧拉角(4)Angle/axisofrotation旋转轴角–(5)Quaternion四元取向(差)的表征7(1)RotationmatrixG•Therotationofthesampleaxesontothecrystalaxes,i.e.CCS=g.SCSXYZSCSCCS[001][010][100]1,1,1areanglesbetween[100]andX,Y,Z2,2,2areanglesbetween[010]andX,Y,Z3,3,3areanglesbetween[001]andX,Y,Zltwksvhrugggggggggg333222111333231232221131211coscoscoscoscoscoscoscoscos8(2)MillerIndices•(hkl)[uvw],(hkl)||轧面,[uvw]||轧向•{hkl}uvwMiller指数族•Foracubiccrystalstructure,(hkl)[uvw]等效于[hkl]||Zand[uvw]||X9Examples–MillerIndicesTNR{001}110{112}110{111}110{111}112{110}00110第一次：绕Z轴（ND）转φ1角第二次：绕新的X轴（RD）转Φ角第三次：绕新的Z轴（ND）转φ2角这时样品坐标轴和晶体坐标轴重合。Euler角（φ1,Φ,φ2)的物理意义：(3)Eulerangle11(4)Angle/AxisofRotation•°uvw•常用于表示取向差•可由旋转矩阵G得到1-21086°86°1-210Mg合金中常见孪晶12(5)Querternion四元素法：(Q0,Q1,Q2,Q3)，在计算晶粒的平均取向有用。13（1）取向矩阵G：802030805120535075303840268058107680.........ltwksvhru（4）轴角对：(n1,n2,n3)θ=(0.842,-0.779,-0.966)48.6°（5）四元素法：(Q0,Q1,Q2,Q3)=(0.911,0.231,-0.214,-0.265)（2）Miller指数：{ND}RD={hkl}uvw={123}63-4（3）Euler角:（φ1,Φ,φ2)=(301.0°,36.7°,26.7°)S取向的5种表示2008年1月10日14取向表达的数学互换G矩阵=Miller指数{hkl}uvw轴角对四元素法(φ1,Φ,φ2)15取向的等价形式对于立方晶体，每个取向有24种等价形式:(301,36.7,26.7)=(123)[63-4]130136.726.72121143.3153.33153.157.731161.4844333.1122.26918.5165121143.3333.3630136.7206.77333.1122.269198.5168153.157.731341.484930136.7116.710232.962105.576146.3411121143.363.31252.96274.42433.661330136.7296.71452.96274.424213.6615121143.3243.316232.962105.576326.3417232.962105.57656.3418153.157.73171.4841952.96274.424123.6620333.1122.269108.5162152.96274.424303.6622153.157.731251.48423232.962105.576236.3424333.1122.269288.5162008年1月10日16织构的定义：多晶体中晶粒取向的择优分布。织构与取向的区别：多与单的关系。1.2织构的定义及表征织构决定材料性能的典型例子：取向硅钢的Goss织构控制，汽车深冲IF钢{111}织构控制，饮料罐用AA3104板材的制耳控制、高压阳极电容铝箔的Cube织构控制，超导带材的镍基带的Cube织构控制等等。17极图•晶面法线投影到球上，在投影到赤道面上•两种投影方法：上半球投影法和等面积投影法。{001}极图的示意图极图：某一特定{hkl}晶面在样品坐标系下的极射赤面投影。主要用来描述板织构{hkl}uvw。18反极图•先将样品坐标轴投影到球上，再投影到赤道面上•常用：上半球投影法和立体投影法。Withcubiccrystalsymmetry,allpossibleorientationsofasingledirectioncanbedisplayedina“triangle”(left)definedbyprojectionsofthe001,101and111directionsofan{001}100cube(above)反极图：样品坐标系在晶体坐标系中的投影。一般描述丝织构。19（3）取向分布函数图ODF。用于精确表示织构。取向分布函数图2008年1月10日20立方取向的{100}、{110}、{111}极图例如：铜型织构{111}11-2反极图织构的表示方法-例子21BrassCopperSCubeGoss22织构的等价形式{hkl}uvw晶体对称性：24种形式样品对称性：4种{hkl}uvw{hk-l}-u-vw{hlk}uwv{hl-k}-u-wv但对于特殊的织构：Cube：1重样品对称性，24种形式Goss：1重样品对称性，24种形式Brass：2重样品对称性，48种形式S：4重样品对称性，96种形式Copper:2重样品对称性，48种形式23常见理想织构•再结晶织构：Cube•冷轧织构：Brass，S和Copper织构•拉伸织构：111和100//拉拔方向•冷墩织构：高层错能(Cu):110，低层错能(Cu-30%Zn)同时出现11124251.3织构的检测方法（1）X射线法、中子衍射法26（2）TEM及菊池花样分析技术（TEM/SAD/MBED/CBED）27（4）三维X射线显微分析技术•测量块状样品内部的晶体结构及取向–用晶体衍射的方法•需要一个高能量的同步辐射X射线设备–ESRF,Hamburg（德国汉堡）•对块状材料三维微观结构的完整表征–10mm厚铝样品–2mm厚钢样品2829X射线衍射、中子衍射：定量测定材料宏观织构SEM及电子背散射衍射(EBSD)：微观组织表征及微区晶体取向测定(空间分辨率可达到0.1μm)TEM及菊池衍射花样分析技术：微观组织表征及微区晶体取向测定(空间分辨率可达到30nm)三维同步辐射X射线显微分析：块状样品的晶体结构及取向的无损测定（3维空间分辨率2x2x2mm3）织构分析测试技术的比较301.晶体学及织构基础2.工程材料的织构控制3.EBSD的原理及应用4.EBSD数据处理演示31MetalsubstrateBufferlayersYBCO（a）单轴织构（b）双轴织构常用基带材料•纯Ni•镍基合金—Ni-V,Ni-W,Ni-Cr•Cu及Cu基合金•Ag合金•…RABiTSTM工艺2.1第二代高温超导材料32要求：StrongcubetextureSmallmisorientationGoodspacedistribution33高纯镍冷轧95%的织构34高纯镍退火后的再结晶织构352.2汽车覆盖件用IF钢汽车用IF钢具有超深冲变形性，不但要求板材含碳量低，冶金质量好，而且要求板材的力学性能各向异性，即板材轧向和横向的变形抗力明显低于板法向的变形抗力。在工程中r值来表示,其值越大，深冲性越好。从图上可以看出，板材的织构是影响r值的主要因素。板材的γ-纤维织构（111||ND，ND为轧面法线方向）越强，其深冲性能越好。36越强越好γ纤维α纤维{001}110{112}110{111}110{111}112板材中的织构与r值有密切关系。大量研究表明，当板材多数晶粒{111}//轧面时可使板材的r值提高，而当板材多数晶粒的{100}//轧面时可使板材的r值降低。37热轧钢卷冷轧连续退火产品酸洗电解清洗冷却加热惰性气体平整热轧热轧组织形变组织再结晶组织IF钢生产工艺流程及组织示意图惰性气体38生产的三个关键因素①形成强的{111}退火织构，获得强的深冲性能。②获得足够粗大均匀的铁素体，以获得低的屈强比和高的加工硬化。③控制第二相粒子析出,以控制时效效应,改善塑性。39IF钢的冷轧过程中织构的控制TDRD500mm01020304050600.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.035RelavieFrequencyMisorientationangle(deg.)相邻取向差分布基本接近完全再结晶的理想随机取向差分布曲线，表明试样完全再结晶。40热轧态冷轧30％冷轧30％时已形成一定量的γ纤维，而α纤维尚未完全形成。41冷轧50％冷轧70％冷变形50％时部分α纤维已形成，γ纤维继续增加。冷变形70～80％时γ纤维显著增加，α纤维增加缓慢42冷轧80％冷轧90％冷变形90％时γ纤维中{111}112最强，α纤维中{001}110最强。432.3电工钢中的织构控制低的铁损及强磁场下高的磁感应强度是硅钢十分重要的技术指标。由于硅铁单晶体的磁性是各向异性的，其中100方向是最易磁化方向。因此，工业上往往追求电工钢板内各晶粒的100方向尽可能平行于板面。对于取向电工钢人们希望获得强的Goss{110}001织构，而对于无取向电工钢则希望得强的{100}0vw织构。44为了获得极强的{110}001织构，在加工过程中每一道工序中均应注意控制晶粒的组织结构和取向分布的状态。尤其是连铸和热轧工序对于最终{110}001织构的生成具有重要的影响。{110}001织构初步形成于热轧之后，并在最终冷轧退火后的板材产品中占据了统治的地位。45冷轧取向电工钢的典型生产工艺冶炼一次冷轧二次冷轧真空处理(微调成分)铁水脱锰中间退火模铸脱碳退火和涂MgO开坯连铸＋电磁搅拌热连轧(高温加热)常化＋酸洗冷轧高温退火平整拉伸退火和涂绝缘膜46硅钢生产的织构控制47AA3104铝合金特点目前是世界上广泛使用的罐料用铝合金。Al-Mn-Mg系，具有强度高、耐蚀性好、良好的深冲和变薄拉深性能。要求：除满足一定的强度和塑性外，制耳率是一个主要技术指标。2.4饮料罐用AA3104铝合金织构控制48生产的关键：热轧产生的立方织构与随后冷轧织构(Brass,S和Copper)达到最优化，从而使制耳最小。Cube取向Brass取向Copper取向S