織構(gòu)ODF分析方法及織構(gòu)

織構(gòu)的表示與檢測第二部分目錄第一部分織構(gòu)概念與種類第四部分深沖板生產(chǎn)過程織構(gòu)的演變板材織構(gòu)與深沖性能的相互關(guān)系第三部分第五部分板材織構(gòu)在線檢測技術(shù)

金屬或合金材料經(jīng)過拉拔、擠壓、鑄造、軋制等加工后，材料內(nèi)部的晶粒會沿一定的晶體學位向排列，稱為擇優(yōu)取向，具有擇優(yōu)取向的多晶體結(jié)構(gòu)稱為織構(gòu)。織構(gòu)產(chǎn)生于多晶材料物理冶金的各種過程之中鑄造塑性變形再結(jié)晶燒結(jié)1織構(gòu)的概念相變第一部分織構(gòu)的概念與種類2織構(gòu)的種類

鑄造織構(gòu)塑性變形織構(gòu)形核晶粒長大

再結(jié)晶織構(gòu)材料的織構(gòu)問題具有普遍意義，因此一般材料不可避免地存在不同程度的織構(gòu)問題！3織構(gòu)的類型<UVW>{HKL}<UVW>{HKL}絲織構(gòu)板織構(gòu)面織構(gòu)織構(gòu)的類型織構(gòu)的表示方法晶體學指數(shù)表示法極圖表示法反極圖表示法三維取向分布函數(shù)表示法（ODF){HKL}<UVW>第二部分織構(gòu)的表示與檢測1晶體學指數(shù)表示法絲織構(gòu)<UVW>板織構(gòu){hkl}<UVW>面織構(gòu){HKL}優(yōu)點

表示晶體空間擇優(yōu)取向形象、具體，文字書寫簡潔明了缺點

只表示出晶體取向的理想位置，未表示出織構(gòu)的強弱及漫散程度2極圖表示法直接極圖反極圖

為了表示出織構(gòu)的強弱及漫散程度，常用的是極射平面投影方法。晶體在三維空間中取向分布的三維極射赤面投影，稱為極圖極射赤面投影示意圖投影球的赤道大圓平面與軋面也即試樣被測面重合，軋面法線投影到大圓的圓心，軋向與大圓豎直直徑相重，橫向與水平直徑重合。放置在球心的晶體，某晶面法線與上半球面的交點為P′，由下半球南極向P′點引出投射線，與赤道平面大圓的交點P，即為此晶面(法線)的極射赤面投影。直接極圖極射赤面投影示意圖

把單晶體放在投影球球心，依次使某些特定晶面與赤道平面重合，然后將其他各晶面法線投影到赤道平面上，便成標準投影圖作用：用于標定極圖織構(gòu)。單晶標準投影圖（001）

（110）單晶標準投影圖（111）（112）直接極圖的判定（111）{111}<112>>

211極圖無織構(gòu)試樣極圖200極圖110極圖必須指出

同一試樣的(200)極圖與(110)或其他(hkl)極圖上的極密度分布的花樣可以不同，但根據(jù)它們所標定的織構(gòu)卻是相同的。，

實際工作中可根據(jù)需要和方便，選測某一特定(hkl)極圖。還可用另一(hkl)

極圖驗證所定織構(gòu)的正確性。因此所測極圖必須標明是哪一個(hkl)晶面的極圖。當試樣中織構(gòu)組分較多，且較為漫散時，易于導致誤判和漏判。反極圖也是極射赤面投影表示方法。各晶粒對應的某些特征外觀方向（軋面法向、軋向、橫向）在晶體學取向坐標系中所作的極射赤面投影分布圖。由于二者投影的坐標系與被投影的對象剛好相反，故稱反極圖。具體講它是把選定方向在各個晶粒內(nèi)出現(xiàn)的情況進行統(tǒng)計，繪出其分布規(guī)律的一種極射赤面投影。即樣品坐標系在晶體坐標系中的投影。通常，反極圖最適合于用來表示絲織構(gòu)。反極圖軋向反極圖軋面反極圖用反極圖判定板織構(gòu)時，軋向反極圖軸密度最大的晶向<UVW>即可能為平行于軋向的晶向，而軋面法向反極圖軸密度最大的極點相應的晶面{HKL}可能是平行于軋面的晶面，然后考慮它們間的排列組合，且需符合晶帶定律HU＋KV＋LW＝0，最后用嘗試法確定一個或幾個板織構(gòu)(HKL)[UVW]。(111)[011](111)[112]主要有其次有(112)[011]反極圖的判定3三維取向分布函數(shù)表示法（ODF)-現(xiàn)代織構(gòu)分析技術(shù)晶粒取向極圖和反極圖用二維圖像描述晶體三維的取向分布，必有不足之處。特別是在織構(gòu)復雜和漫散的情況下，易于錯判和漏判。上世紀60年代由羅伊(Roe)和邦厄(Bunge)提出用晶粒取向分布函數(shù)表示織構(gòu)方法—三維取向分布函數(shù)（Orientationdistributionfuction)Χ

極角η

幅角γ

轉(zhuǎn)角初始取向一般取向

OXYZ相對于OABC的任何取向均可通過三轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。取向的表達方式在O-A-B-C內(nèi)O-X-Y-Z任意取向可以用{θ，ψ，φ}三個自由變量表示以θ，ψ，φ(或φ1，ψ，

φ2）為坐標軸建立一直角坐標架，形成取向空間(歐拉空間)，在歐拉空間中任一晶粒P的取向{θ，ψ，φ}在歐拉空間里均用一點表示，將試樣所有晶粒的取向逐一標點，即該被測材料的晶粒取向分布圖。故多晶體中每個晶粒都可用一組歐拉角表示其取向Ω（ψ，θ，φ）。歐拉空間（取向空間）多晶材料測定各晶粒方位，在（θ，ψ，φ）處的取向密度定義為：式中，為包含取向Ω（ψ，θ，φ）的取向元；ΔV/V為取向落在該取向元的晶粒體積ΔV與試樣體積V之比；K為常數(shù)。確切表達了織構(gòu)材料內(nèi)晶粒取向分布情況，稱取向分布函數(shù)（ODF）。在1965年Bunge和Roe獨立提出了織構(gòu)的晶粒三維取向分布函數(shù)（OrientationDidtributionFunction,ODF)表示法和測定。所以目前存在Roe符號系統(tǒng)（θ，ψ，φ）和Bunge符號系統(tǒng)（φ1，ψ，

φ2）

，二者無本質(zhì)區(qū)別。ODF的出現(xiàn)、發(fā)展和應用使人們對晶體材料織構(gòu)有了新的認識。ODF突破了傳統(tǒng)用一維或二維空間描述三維取向分布的方法，建立了三維空間描述晶體取向分布，從而克服了傳統(tǒng)方法的種種弊端，并能確切、定量地給出被測材料的織構(gòu)組分和計算各項異性，使材料織構(gòu)和計算各項異性的研究進入定量階段。ψθφIF鋼三維空間取向分布體心立方金屬主要取向及取向線在歐拉空間中的分布在Euler空間中，金屬的取向一般集中分布在一些點和線上。取向集中分布的線稱為取向線。以歐拉角（θ，ψ，φ）或（φ1，ψ，φ2）表示晶粒取向

難以繪制和分析，因而通常以一組恒φ2（每隔5°)截面圖（Bunge符號系統(tǒng)）或恒φ截面圖（Roe符號系統(tǒng))表示。

對于體心立方晶體具有代表性的織構(gòu)通常是<l11>//ND的γ纖維織構(gòu)和<l10>//RD的α纖維織構(gòu)。用φ=45°截面圖中就可以完全表示出γ纖維織構(gòu)和α纖維織構(gòu)的分布。IF鋼ODF恒φ截面圖IF鋼ODF恒φ=45°截面圖在空間取向分布φ=45°截面圖上的理想取向（Roe)γ織構(gòu)α織構(gòu)越強越好織構(gòu)的ODF表示法是表示織構(gòu)的很好方法，但目前尚不能直接用衍射方法測得，而是通過測定材料的一個、二個或三個極圖而用計算法求得，如級數(shù)展開法、矢量法、解積分方程法、最大熵法等可以完整、清楚、準確的描述織構(gòu)可直接與多晶材料的物理參數(shù)相聯(lián)系可以利用ODF回算任意極圖優(yōu)點4織構(gòu)的測量方法金相蝕坑法

多用于定多晶板、帶材晶面位向，形象直觀，經(jīng)濟簡便，不需要專門的設(shè)備。對操作人員要求較高，不同材料侵蝕劑不同，只能定性描述材料織構(gòu)情況。檢驗面有位錯露頭的地方，在特定浸蝕條件下，優(yōu)先腐蝕，產(chǎn)生位錯蝕坑．位錯蝕坑的形狀將取決于它所在晶體的織構(gòu)取向．通過蝕坑計數(shù)可確定表面露頭位錯密度的大小，而觀察蝕坑的形狀則可以判定蝕坑所在晶體的織構(gòu)取向．腐蝕坑與位錯露頭之間有對應關(guān)系，但達到位錯露頭與蝕坑一一對應則取決于浸蝕劑成分、表面質(zhì)量和實驗操作等因素。

蝕坑法測定鋁合金織構(gòu)

目前分析與研究材料織構(gòu)最主要和最常用的技術(shù)手段，用于測量材料宏觀織構(gòu)，結(jié)果具有統(tǒng)計學意義。首先測定材料極圖，由于傳統(tǒng)極圖只提供二維空間，不足以表示三維空間的取向分布問題，難以進行織構(gòu)的定量分析，所以極圖通過一系列數(shù)學方法轉(zhuǎn)換為三維取向分布函數(shù)。目前衍射儀法測定極圖已有國家標準，《金屬材料定量極圖的測定》，GB/T17103-1997

X射線衍射儀數(shù)學方法極圖測定ODF定量性能估算反射法透射法X射線衍射儀測定ODF流程X射線衍射儀法用于微觀組織表征和及微區(qū)晶體取向的測定，是近十年來材料微觀分析最重要的進展。優(yōu)點可以對材料單個晶體進行織構(gòu)分析與TEM相比，樣品制備簡單同時展現(xiàn)晶體材料微觀形貌、結(jié)構(gòu)與取向。如與EDS集成可展現(xiàn)微區(qū)成分電子背散射衍射（EBSD)法通過對織構(gòu)的研究將進一步挖掘材料的潛力！織構(gòu)直接影響材料的物理和力學性能。材料中存在織構(gòu)是有利還是有害﹐視對材料的性能要求而定。例汽車外殼的深沖薄鋼板﹐存在一般織構(gòu)將使其變形不均勻，產(chǎn)生皺紋或發(fā)生破裂；但具有（111）型板織構(gòu)的板材，其深沖性能良好。制造變壓器的硅鋼片則希望使易磁化的〈100〉方向平行于軋向，立方織構(gòu)的硅鋼片，具有很低的鐵損。

第三部分板材織構(gòu)與深沖性能的相互關(guān)系塑性應變比（r)凸耳參數(shù)（Δr)加工硬化指數(shù)（n值）評價板材深沖性能的主要指標為：塑性應變比（r值)制耳參數(shù)（Δr值）1板材深沖性能評價指標深沖性是金屬板材在沖壓過程中抵抗失效（斷裂、瓢曲、起皺、形狀扭曲）的能力。2塑性應變比（r值）定義：將金屬薄板試樣單軸拉伸到產(chǎn)生均勻塑性變形時，試樣標距內(nèi)，寬度方向的真實應變與厚度方向的真實應變之比。反映了金屬薄板在某平面內(nèi)承受拉力或壓力時，抵抗變薄或變厚的能力。它與多晶材料中織構(gòu)組分有關(guān)。r=1時各向同性，r＞1時板平面方向較厚度方向更容易變形。對于深沖板材r值越大，表明在成形過程中板材不易減薄。由于板平面內(nèi)的不同方向上具有不同的r值，為此用平均值表示：

從圖可看出，板材的織構(gòu)是影響r值的主要因素。板材的γ纖維織構(gòu)越強，α纖維織構(gòu)越弱。其深沖性能越好。

Ⅰ{111}/Ⅰ{100}與r值關(guān)系3制耳參數(shù)（Δr值）△r表示塑性應變比r值在板面上隨方向的變化，△r值的大小決定了杯型拉伸件杯口部位凸耳的形成程度，用圓形坯料拉深板材時，當△r

>0時，凸耳出現(xiàn)在0°和90°方向；當△r

<0時，凸耳出現(xiàn)在士45°方向：△r=0時，不產(chǎn)生凸耳。由于凸耳的位置與大小和△r有關(guān)，所以△r也叫凸耳參數(shù)。△r值越大，板面內(nèi)各向異性越嚴重，表現(xiàn)在拉伸件邊緣不齊，形成凸耳，影響成形件質(zhì)量和成品率。

Δr＞0Δr=0Δr＜04主要織構(gòu)組分對板材深沖性能的影響深沖鋼板的織構(gòu)往往體現(xiàn)為纖維織構(gòu),通常主要分布在α-<110>//RD和γ-<111>//ND取向線上。{001}<110>、{001}<100>{111}<110>、{111}<112>、{554}<225>{112}<110>鐵單晶力學性能{001}<110>、{001}<100>的影響從提高深沖鋼板成形性能的角度來看應嚴格避免{001}<110>、{001}<100>兩類織構(gòu)，這類織構(gòu)織構(gòu)造成鋼板沖壓時厚度方向易于變形，即易于減薄，使得r值非常小，嚴重惡化了深沖鋼板的成形性能。由于{001}織構(gòu)的<100>晶向垂直于板面,所以這種織構(gòu)造成板材在沖壓過程易于減薄，導致開裂。

{111}<110>、{111}<112>、{554}<225>的影響

由于體心立方金屬中<111>晶向的拉伸強度最高，所以{111}織構(gòu)使得深沖鋼板在沖壓變形時厚向最不容易變形，因而r值很大、成型性能良好。{554}<225>與{111}<112>的取向非常接近，所以其影響特點與{111}<112>類似。一般情況下，{111}<110>織構(gòu)導致θ=30°、90°方向r值較大，而{111}<112>織構(gòu)θ=0°、60°方向r值較大。因此，如果在γ取向線上得到等強度織構(gòu)分布，將會減少深沖鋼板的沖壓制耳。{111}<110>、{111}<112>和{554}<225>織構(gòu)是深沖鋼板生產(chǎn)中公認的有利織構(gòu)。{112}<110>

{112}<110>的影響{112}<110>織構(gòu)在冷軋深沖鋼板中并沒有起到主導影響作用，但它對板材的平面各項異性有顯著作用，{112}<110>織構(gòu)造成的rθ-θ曲線分布為倒V型?？梢钥闯?{112}<110>織構(gòu)對深沖鋼板塑性應變比的影響特點必然是Δr<0。由于冷軋深沖鋼板的塑性應變比特點一般總是Δr>0,針對這一特點,不妨可以考慮通過工藝控制在成品板中保留一定量的{112}<110>織構(gòu),以減小深沖鋼板的Δr值。第四部分深沖鋼生產(chǎn)過程中織構(gòu)演變

熱軋態(tài)金相顯微組織

（縱向×100）空間取向分布φ=45°截面圖上取向織構(gòu)OD截面圖（φ=45°）1熱軋過程熱軋織構(gòu)形成機理熱軋織構(gòu)較為漫散和紊亂，這是由于金屬在熱變形過程中，其內(nèi)部主要發(fā)生兩種微觀過程。其一是以位錯運動為主的塑性變形，并伴隨著金屬基體缺陷密度的升高；其二是以回復、形核和晶粒長大為主的再結(jié)晶過程，并伴隨著金屬基體缺陷密度的下降。二者在變形過程中同時或交替出現(xiàn)，使兩類織構(gòu)均不能得到充分發(fā)展，在隨后的相變過程中會遺傳給鐵素體，所以往往導致熱軋后形成很弱和較為復雜的織構(gòu)狀態(tài)。影響因素5.壓下率4.卷曲溫度3.終軋溫度2.加熱溫度1.化學成分熱軋過程影響織構(gòu)因素6.潤滑

冷軋態(tài)縱向金相顯微組織×100

冷軋態(tài)式樣四分之一厚度織構(gòu)的ODF截面圖（φ=45°）2冷軋過程冷軋過程影響織構(gòu)因素影響因素1.化學成分2.壓下率3.潤滑冷軋織構(gòu)形成機理冷軋軋織構(gòu)已經(jīng)形成明顯的α-<110>//RD織構(gòu)和γ-<111>//ND織構(gòu)，二者都比較強烈。冷軋時由于有晶界的限制，多晶體不能像單晶體那樣自由轉(zhuǎn)動，晶粒只有沿著某些特定的滑移系滑移并轉(zhuǎn)動，原來為任意取向的各晶粒會逐漸調(diào)整其取向，不斷在取向空間的穩(wěn)定取向上聚積，出現(xiàn)擇優(yōu)取向，即形成形變織構(gòu)。隨變形量加大，擇優(yōu)取向程度加大，形變織構(gòu)加強。對于體心立方金屬，熱軋制后漫散的各晶粒取向逐漸向{111},{112}和{100}轉(zhuǎn)動，故形成穩(wěn)定的取向α纖維織構(gòu)和γ纖維織構(gòu)。750℃再結(jié)晶退火840℃再結(jié)晶退火3再結(jié)晶過程

α取向線γ取向線不同生產(chǎn)階段試樣1/4厚度層織構(gòu)α和γ取向線不同生產(chǎn)階段織構(gòu)取向線再結(jié)晶過程影響織構(gòu)因素影響因素2.退火溫度1.化學成分3.退火時間4.退火方式5.第二相粒子再結(jié)晶過程織構(gòu)形成機理再結(jié)晶過程是一個形核和長大的過程，新生成的核取向以及長大的晶粒的取向往往不是隨機分布，這個過程受很多因素的影響，如基體材料的化學性質(zhì)、形變織構(gòu)的類型、再結(jié)晶溫度、時間等。再結(jié)晶織構(gòu)的形成機制受人們關(guān)注，但由于實驗方法及手段的限制，人們對再結(jié)晶織構(gòu)的形成機制一直存有爭議。目前較有影響的再結(jié)晶織構(gòu)演變機制有：選擇生長理論再結(jié)晶織構(gòu)形成機制定向形核理論定向形核—選擇生長聯(lián)合理論在實際生產(chǎn)過程中板材退火后，織構(gòu)由強的γ-<111>//ND織構(gòu)和弱的α-<110>//RD織構(gòu)組成。退火織構(gòu)的形成受形變織構(gòu)和退火工藝的影響較大。冷軋變形時組織中產(chǎn)生形變儲存能，為后續(xù)的退火再結(jié)晶提供了前提，不同取向晶粒存儲能的大小順序為E{110}＞E{111}＞E{112}