织构ODF分析方法及织构

2The ta:
99.7500
Inte ns itie s :
Psi Phi Intensity
Min 70.0 352.5 1624.000
Max 10.0 257.5 25426.000
Dim ension: 2.5D
Scale :
Linear
Grid settings:
Psi Phi
First 0 0
通过对织构的研究将进一步挖掘材料的潜力！
1 板材深冲性能评价指标
深冲性是金属板材在冲压过程中抵抗失效（断裂、瓢曲、起皱、形状扭曲）的能力。
塑性应变比（r 值)
评价板材深冲性
加工硬化指数（n值）
能的主要指标为： 塑性应变比（r凸)耳参数（Δr)
制耳参数（Δr值）
2 塑性应变比（r值）
定义：将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时，试样标距内，宽度方向的真 实应变与厚度方向的真实应变之比。 反映了金属薄板在某平面内承受拉力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。它与多晶材 料中织构组分有关。 r=1时各向同性，r＞1时板平面方向较厚度方向更容易变形。对于深冲板材r值越大， 表明在成形过程中板材不易减薄。由于板平面内的不同方向上具有不同的r值，为此用 平均值表示：
蚀 坑 法 测 定 铝 合 金 织 构
X射线衍射仪法
目前分析与研究材料织构最主要和最常用的技术手段，用于测量材料宏观织构，结果具 有统计学意义。 首先测定材料极图，由于传统极图只提供二维空间，不足以表示三维空间的取向分布问题， 难以进行织构的定量分析，所以极图通过一系列数学方法转换为三维取向分布函数。 目前衍射仪法测定极图已有国家标准，《金属材料定量极图的测定》，GB/T17103-1997
在Euler空间中，金属的取向一般集中分布在一些点和线上。取向集中分布的线 称为取向线。
ψ
体心立方金属主要取向及取向线在 欧拉空间中的分布
θ
φ IF 钢三维空间取向分布
以欧拉角（ θ，ψ，φ）或（φ1， ψ ， φ2）表示晶粒取向 难以绘制和分析 ， 因而通常以一组恒φ2（每隔5 ° )截面 图（ Bunge符号系统）或恒φ截面图（ Roe符号系统)表示。 对于体心立方晶体具有代表性的织构通 常是<l11>// ND的γ纤维织构和<l10>//RD 的α纤维织构。用φ =45 °截面图中就 可以完全表示出γ纤维织构和α纤维织构 的分布。
X射线衍射仪
反射法 透射法
测定
数学方法
极图
ODF
X 射线衍射仪测定ODF流程
定量 性能估算
电子背散射衍射（EBSD)法
用于微观组织表征和及微区晶体取向的测定，是近十年来材料微观分析最 重要的进展。
可以对材料单个晶体进行织构分析
优
同时展现晶体材料微观形貌、结构与取向。 如与EDS集成可展现微区成分
2 极图表示法
为了表示出织构的强弱及漫散 程度，常用的是极射平面 投影方法。
晶体在三维空间中取向分布的三 维极射赤面投影，称为极图
直接极图 反极图
直接极图
极射赤面投影示意图 投影球的赤道大圆平面与轧面也即试样被测面重合，轧 面法线投影到大圆的圆心，轧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。
方程法、最大熵法等
可以完整、清楚、准确的描述织构
优
可以利用ODF回算任意极图
点
可直接与多晶材料的物理参数相联系
4 织构的测量方法
金相蚀坑法
多用于定多晶板、带材晶面位向，形象直观，经济简便，不需要专门的设备。对操作人员要求 较高，不同材料侵蚀剂不同，只能定性描述材料织构情况。 检验面有位错露头的地方，在特定浸蚀条件下，优先腐蚀，产生位错蚀坑．位错蚀坑的形状将 取决于它所在晶体的织构取向．通过蚀坑计数可确定表面露头位错密度的大小，而观察蚀坑的 形状则可以判定蚀坑所在晶体的织构取向．腐蚀坑与位错露头之间有对应关系，但达到位错露 头与蚀坑一一对应则取决于浸蚀剂成分、表面质量和实验操作等因素。
反极图的判定 用反极图判定板织构时，轧向反极图轴密度最大的晶向<UVW>即可能为平 行于轧向的晶向，而轧面法向反极图轴密度最大的极点相应的晶面{HKL} 可 能是平行于轧面的晶面，然后考虑它们间的排列组合，且需符合晶带定律 HU＋KV＋LW＝0，最后用尝试法确定一个或几个板织构 (HKL) [UVW]。
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分
目录
织构概念与种类 织构的表示与检测 板材织构与深冲性能的相互关系 深冲板生产过程织构的演变 板材织构在线检测技术
第一部分 织构的概念与种类
1 织构的概念
金属或合金材料经过拉拔、挤压、铸造、轧制等加工后，材料内部的晶
粒会沿一定的晶体学位向排列，称为择优取向，具有择优取构的表示方法
晶体学指数表 示法
极图表示法
反极图表示法
三维取向分布 函数表示法
（ODF)
{HKL}<UVW>
1 晶体学指数表示法
丝织构 <UVW> 面织构 {HKL} 板织构 {hkl}<UVW>
优点 表示晶体空间择优取向形象、 具体，文字书写简洁明了
缺点
只表示出晶体取向的理想位置， 未表示出织构 的强弱及漫散程度
C:\...\Fe Standard
Sample\Fe_by_110_070324.xrdml
Pole figure: 110 Raw
2The ta:
52.4200
Inte ns itie s :
Psi Phi Intensity
Min 70.0 307.5 6983.000
Max 10.0 232.5 44310.000
点
与TEM相比，样品制备简单
第三部分 板材织构与深冲性能的相互关系
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，产生皱纹或发生破裂；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。
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。
IF钢ODF恒φ 截面图
越强越好
α织构
γ织构
IF钢ODF恒φ =45 °截面图
在空间取向分布φ =45 °截面图 上的理想取向 （Roe)
织构的ODF 表示法是表示织构的很好方法，但目前尚不能直接用衍射方法测得， 而是 通过测定材料的一个、二个或三个极图 而用计算法求得，如级数展开法、矢量法、解积分
极射赤面投影示意图
单晶标准投影图
把单晶体放在投影球球心，依 次使某些特定晶面与赤道平面 重合，然后将其他各晶面法线 投影到赤道平面上，便成标准 投影图
作用：用于标定极图织构。
单晶标准投影图
（001）
（110）
（111）
（112）
直接极图的判定
{111}<112> >
（111）
ODF project:
主要有 (111) [011] (111) [112]
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)
晶粒取向
Χ 极角 η 幅角 γ 转角
初始取向
一般取向
OXYZ相对于OABC的任何取向 均可通过三转动来实现。
取向的表达方式 在O-A-B-C内O-X-Y-Z任意 取向可以用{θ，ψ，φ}三个 自由变量表示
以θ，ψ，φ(或φ1， ψ ， φ2）为 坐标轴建立一直角坐标架，形成 取向空间 (欧拉空间)，在欧拉空 间中任一晶粒P的取向{θ，ψ， φ}在欧拉空间里均用一点表示 ，将试样所有晶粒的取向逐一标 点，即该被测材料的晶粒取向分 布图。故多晶体中每个晶粒都可 用一组欧拉角表示其取向Ω（ψ ，θ，φ）。
欧拉空间（取向空间）
多晶材料测定各晶粒方位，在（ θ，ψ，φ）处的取向密度定义为：
式中，为包含取向Ω（ψ，θ，φ）的取向元； ΔV/V为取向落在该取向元的晶粒体积ΔV与试样体积V之比； K为常数。 确切表达了织构材料内晶粒取向分布情况，称取向分布函数（ODF）。
在1965年Bunge和Roe独立提出了织构的晶粒三维取向分布函数（ Orientation Didtribution Function,ODF)表示法和测定。所以目前存 在Roe符号系统（ θ，ψ，φ）和Bunge符号系统（φ1， ψ ， φ2） ，二者无本质区别。 ODF的出现、发展和应用使人们对晶体材料织构有了新的认识。 ODF突破了传统用一维或二维空间描述三维取向分布的方法，建立 了三维空间描述晶体取向分布，从而克服了传统方法的种种弊端， 并能确切、定量地给出被测材料的织构组分和计算各项异性，使材 料织构和计算各项异性的研究进入定量阶段。
DS-41.f 100.x rdml
Pole figure: 110 Raw
2The ta:
52.4100
Inte ns itie s :
Psi Phi
Intensity
Min
0.0 117.5
814.000
Max 30.0 182.5 220226.000
Dim ension: 2.5D
Scale :
，
当试样中织构组分较多，且较为漫散时，易于导致误判和漏判。
反极图
反极图也是极射赤面投影表示方法。 各晶粒对应的某些特征外观方向（ 轧面法向、轧向、横向）在晶体学 取向坐标系中所作的极射赤面投影分布图。由于二者投影的坐标系与被 投影的对象刚好相反，故称反极图。 具体讲它是把选定方向在各个晶粒内出现的情况进行统计，绘出其分布 规律的一种极射赤面投影。即样品坐标系在晶体坐标系中的投影。 通常，反极图最适合于用来表示丝织构。
Last 90 360
Step 30 90
211极图
200极图 110极图
ODF project:
C:\...\ma steel dc06\7.11.19.
DS-41..f 200.x rdml
Pole figure: 200 Raw
2The ta:
77.2500
Inte ns itie s :
Psi Phi Intensity
Linear
Grid settings:
Psi Phi
First 0 0
Last 90 360
Step 30 90
必须指出
同一试样的 (200) 极图与 (110) 或其他 (hkl) 极图上的极密度分布的花样 可以 不同，但根据它们所标定的织构却是相同的。
实际工作中可根据需要和方便，选测某一特定 (hkl) 极图。还可用另一 (hkl) 极图验证所定织构的正确性。因此所测极图必须标明是哪一个 (hkl) 晶面的 极图。
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.
结构称为织构。
铸造
织构产生于多晶材料物理冶金的各种过程之中
烧结 塑性变形 再结晶
相变
2 织构的种类
铸造织构
塑性变形织构
再结晶织构
形核
晶粒长大
材料的织构问题具有普遍意义，因此一般材料不可避免地存在不 同程度的织构问题！
3 织构的类型
织构的类型
丝织构 <UVW>
面织构 {HKL}
板织构 {HKL}<UVW>
Dim ension: 2.5D
Scale :
Linear
Grid settings:
Psi Phi
First 0 0
Last 90 360
Step 30 90
无织构试样极图
ODF project:
C:\...\ma steel dc06\7.11.19.
DS-41...f 211.x rdml
Pole figure: 211 Raw