材料分析测试方法-10.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 多晶体织构的测定,概述,极射赤面投影法,织构的种类与表示方法,织构测定,(,丝织构、极图、反极图,),材料分析测试方法,多晶铝衍射谱,冷轧板,粉末,7-1,概述,材料分析测试方法,一、各向同性与各向异性,各向异性：,单晶体在不同晶体学方向上的性能（力学性能、物理性能、耐蚀性等）表现出显著差异的现象。,各向同性：,多晶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无序均匀分布，即在不同方向上取向几率相同，多晶体的各种性能在不同宏观方向上相同。,Al-Cu,合金,材料分析测试方法,二、择优取向（织构）,多晶体材料在制备、合成及加工等工艺过程中，晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向偏聚的现像，该现象称为,择优取向,或简称,织构,。,材料分析测试方法,三、织构的产生,形变织构：,材料经塑性加工（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,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。,材料分析测试方法,材料分析测试方法,三、织构的应用,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。,7-2,极射赤面投影法,材料分析测试方法,在晶体学及,X,射线衍射工作中，需要用一种方法将一个立体的晶体（或晶体点阵中的一个晶胞）投影到一个平面上，以便很简单而明确地表示晶体点阵中各个晶面的取向及其夹角间、晶带间的关系以及对称性等特性。,两种方法：,球面投影,和,极射赤面投影,。,球面投影,材料分析测试方法,将一个很小的晶体放在一个大圆球（称参考球或极球）的中心处，由晶体的各个不同晶面作它们的法线，与参考球的球面相交为许多点（称极点），这种投影称为晶体的球面投影。,球面投影,材料分析测试方法,与参考球相比，晶体的相对体积很小，因此可以认为每个晶面都穿过球心。任何通过球心的平面都和球面相交成“大圆”，任何不通过球心的平面都和球面相交成“小圆”,一般规律：,如果几个相交的平面,(,通过球心,),具有一定的夹角，那么它们的法线在球面上的极点,P,1,、,P,2,、,P,3,等也有一定的角距离。,如果这些晶面属于晶体中的同一晶带，那么它们的法线在同一平面上，因而它们的极点,P,1,、,P,2,、,P,3,在同一大圆上，而其晶带轴的极点在,90,以外，即垂直于大圆的直径和参考球面所形成的极点,。,材料分析测试方法,极射赤面投影,材料分析测试方法,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。,极射赤面投影，主要用来表示线、面的方位，及其相互之间的角距关系和运动轨迹，可将晶体三维空间的几何要素（面、线）投影到平面上来进行研究。,特点：方法简便、直观、是一种形象、综合的定量图解。在晶体学、地质学和航海上被广泛地应用。,材料分析测试方法,投影球的赤道大圆平面试样被测面重合，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。,投影原理：,投影要素,1,、投影球,2,、赤,平面,:,过投影球球心的水平面,3,、基圆,:,赤平面与球面相交的大圆（赤面大圆）。凡过球心的平面与球面相交的大圆，统称为大圆，不过球心的平面与球面相交所成的圆统称小圆。,4,、极射点,:,球上两极发射点，分上半球投影和下球投影,材料分析测试方法,被投影的晶体置于一参考球的球心,O,，并假定晶体的所有晶向、晶面都通过该球心。,材料分析测试方法,一、极射赤面投影法的特点,投影线,为射线，取参考球面上一点,B,为投影点。,投影面,是垂直于通过,B,点的参考球直径并与参考球相切的平面。,材料分析测试方法,大圆与基园,过参考球心,O,且平行于投影面的平面与球,O,相交成一,大圆,（,N,E,S,W,）。,连接,B,点与大圆上各点与投影面交点所构成的圆称,基圆,，晶体的所有投影点都在此投影基圆内。,材料分析测试方法,晶向与晶面投影的获得,晶向或晶面法线延长与参考球相交，交点称,露出点,，如图中,P,；从投影点,B,出发到,P,点作投射线，此射线与投影面的交点即晶向或晶面投影点，亦称,极点,，如图中,P,点。,材料分析测试方法,晶向与晶面投影的获得,晶面还可用它的延伸面与参考球相交的迹径来代表，这个迹径是个,大圆,，显然它的投影是以基圆直径为弦的,大圆弧,。,材料分析测试方法,为确定极射面投影图上极点的位置以及测量极点间的夹角关系，需为其建立一个坐标网，这就是,乌氏网,。乌氏网就像地球的经纬线，由刻划在,参考球,上的网络投影而来。,材料分析测试方法,二、乌氏网,取参考球一直径,NS,为南北极，通过球心,O,并垂直于,NS,的大圆为赤道，平行于赤道大圆的一系列等角距离的平面与参考球相交形成纬线，通过,NS,轴等距离平面形成经线。,材料分析测试方法,被测晶体投影图的基圆直径应与乌氏网相同，投影图画在透明纸上，将其与乌氏网叠放并中心重合。,材料分析测试方法,乌氏网用法,某极点,M,的位置可用它的经度和纬度表示。,两极点间的夹角测定：,转动投影图，使二极点处于同一经线大圆（包括基圆）或赤道上，二点间纬度差或赤道上经度差即为极点间夹角。,材料分析测试方法,乌氏网用法,材料分析测试方法,求与已知极点,P,成等夹角的轨迹：,若夹角较小（如,30,），转动投影图使极点,P,位于乌氏网的赤道线,WE,上，在,P,点两侧求出两等角距点,Q,、,R,，,PQ=PR=30,，以,QR,为直径作圆,(,圆心,P,),，此小圆即为与,P,点成,30,角的点的轨迹。,若夹角较大（,50,），使,Q,、,R,中一点落于基圆外，则可过,P,点作一经线大圆，在,P,点二侧的大圆上求出与其夹角为,50,的两点,M,、,T,，将其与赤道上的一点共三点求圆,P,，此圆即欲求点轨迹。,若夹角为,90,，,则过赤道与,P,点相距,90,的点,F,的经线大圆,NFS,即为此轨迹。,NFS,还可视为一平面的迹线，,P,点为其法线的投影点。,材料分析测试方法,极点的转动,通过在乌氏网上操作，可将极点绕确定轴转动到新的位置。,转动轴垂直于投影面,，轴的投影即为基圆圆心，只需将极点,P,在它所在的圆周上向指定方向转过预定有角度,到达,P,即可。,在极射赤面投影中，用一个点就能代表晶体中的一组晶向或晶面，这对于处理晶体的取向问题非常方便。,对具有一定点阵结构的单晶体，选择某个低指数晶面作为投影面，将各晶面向此面投影，就得到单晶体的标准投影图。,材料分析测试方法,三、单晶体的标准投影图,材料分析测试方法,立方晶系的标准投影图,材料分析测试方法,（,001,）标准投影图,（,110,）标准投影图,（,111,）标准投影图,材料分析测试方法,7-3,织构的种类及表示,材料分析测试方法,一、织构的分类,按其择优取向分布的特点分为两大类：,纤维织构,板织构,1.,丝织构（纤维织构）,材料分析测试方法,定义,：一种晶粒取向轴对称分布的织构。,形成,：存在于拉、轧或挤压成形的丝、棒材及各种表面镀层中。,对金属材料进行塑性加工，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,特点,：多晶体中各种晶粒的某晶向,uvw,与丝轴或镀层表面法线平行，则以,uvw,为指数，如铁丝有,110,织构，铝丝有,111,织构。,丝织构,丝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,和,织构同时出现。,材料分析测试方法,2.,板织构,材料分析测试方法,定义,：多数晶粒不仅倾向于以某一晶向,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。,形成,：在轧制、旋压等方法成型的板状、片状工件中。,特点,：多晶体中各晶粒的某晶向,uvw,与轧向平行，某晶面与轧面平行。如冷轧铝板有,112110,织构，铁合金中会出现,001,（,100,）立方织构。,轧制后部分晶粒取向示意图：,若（,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。,轧向,板织构,材料分析测试方法,材料分析测试方法,织构的极图表示,无序,丝织构,板织构,二、织构的表示方法,材料分析测试方法,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,为了具体描述织构，常把择优取向的晶体学方向（晶向）及晶体学平面（晶面）与多晶体宏观参考系关连起来。,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。,1.,晶体学指数表示,材料分析测试方法,2.,极图表示,材料分析测试方法,极图：,晶体在三维空间中取向分布的二维极射赤面投影。,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面投影图。以多晶体材料的,特征外观方向,（轧制平面法向、轧制方向及横向）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,极射赤面投影,的方法投影在此平面上得到多晶材料的（,hkl,）极图。,如图为冷轧铝板实测,111,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。,图冷轧铝板,111,极图,材料分析测试方法,材料分析测试方法,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。,材料分析测试方法,极图和反极图都是二维图像表达晶体三维的取向分布，这就造成了它必然的不足之处，特别是在织构复杂和漫散的情况下可能会造成误判。为了弥补极图和反极图的不完善，,20,世纪,60,年代提出用三个参数描述织构的方法，即三维取向分布函数。,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。,材料分析测试方法,3.,三维空间取向分布函数法,材料分析测试方法,多晶体中晶粒相对于宏观坐标的取向用一组欧拉角表示。设,O-ABC,是宏观直角坐标系，对板状材料：,OA,轧向（,R.D,），,OB,横向（,T.D,），,OC,轧面法向（,N.D,）；,OXYZ,是微观晶轴坐标系，对正交晶系,OX100,，,OY010,，,OZ001,。,OXYZ,相对于,O-ABC,的取向由一组相应于欧拉角（,、,、,）的转动获得。,材料分析测试方法,