冷轧纯铜微观组织及织构演变的特征

理化检验-物理分册P TCA(PAR T:A P H YS.TEST.)2008年第44卷8试验与研究
冷轧纯铜微观组织及织构演变的特征
王　雷,李　凡,蒋建清
(东南大学材料与工程学院,南京211189)
摘　要:介绍了电子背散射技术(EBSD)在材料织构方面的研究应用状况,并采用EBSD研究了纯铜在冷轧过程中晶粒的变化、晶粒取向及晶界角度分布的特征。

结果表明,纯铜在经过大变形量后出现轧制织构,其轧制织构主要是{112}〈111〉和{011}〈112〉织构;在中小变形量下,随着变形量的增加大角度晶界逐渐减少,而到高变形量时逐渐增加。

关键词:电子背散射衍射技术;晶体取向;织构
中图分类号:T G146.1+1 文献标识码:A 文章编号:100124012(2008)0820405203
MICROSTRUC TU R E AND M ICRO TEXTU R E EVOL U TION
O F COLD ROLL IN G CO PPER
WANG Lei,L I F an,JIANG Jian2qing
(Department of Materials Science and Engineering,Southeast University,Nanjing211189,China) Abstract:The application of EBSD(electron back2scatter diff rantion)is reviewed in materials microtexture study.Microtexture,boundary angle distribution and orientations in high purity copper cold rolled up to96% (thickness reduction)were investigated.It was found that some special microtexture came forth in the pure copper after cold rolled and the mainly texture were{112}〈111〉and{110}〈112〉.And the area f ractions of boundary high angle were decreasing with the increase of deformation at low strain,while,increased at high strain with increasing cold rolling reduction.
K eyw ords:EBSD;Crystal orientation;Texture
多晶体金属发生范性变形后,晶粒会发生转动,沿着流变方向成一定位向排列。

金属和合金经过拉拔、锻造、挤压及压缩加工后发生范性变形,从而形成择优取向,即织构。

为更大幅度地提高金属材料的性能,研究其变形后的组织和取向演变过程一直受到人们的关注。

变形织构的类型要受到变形金属材料的性质及加工方式的影响。

EBSD(电子背散射衍射技术)[1]测定的织构可用多种形式表达出来,同X射衍射测织构相比, EBSD具有能测微区织构、选区织构并将晶粒形貌与晶粒取向直接对应起来的优点。

另外,X射线测织构是通过测定衍射强度后反推出晶粒取向情况,
收稿日期:2007205217
作者简介:王雷(1981-),男,硕士研究生。

计算精确度受选用的计算模型和各种参数设置的影响,一般测出的织构与实际情况偏差15%以上。

而EBSD通过测定各晶粒的绝对取向后进行统计来测定织构,因此比较准确[2]。

笔者通过EBSD对纯铜在冷轧过程中的微观组织及织构的演变规律进行了分析。

1　试验方法
用直径分别为25和8mm的铜棒在室温下用两辊轧机分别轧到1.1和0.5mm厚的试样。

然后在轧制后的试样沿中轴线方向截取不同变形量的约1cm×1cm的小块,观察面为法向2轧向(ND2RD)面,试样经过机械研磨和抛光后再进行电解抛光,抛光时的电解液为体积比1∶1的硝酸甲醇溶液,抛光电压为20V,时间为30s左右。

试验在SIRION场发射扫描电子显微镜及附件TSL电子背散射衍射
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装置上进行。

2　试验结果及分析
2.1　晶粒变形形貌
试验分析了不同变形量下的纯铜样品的晶粒形貌,图1是变形量为62%和96%的织构组分分布的晶粒取向图。

由试验结果可以看出,随着变形量的增加,纯铜晶粒沿着轧制方向拉长,由原来的等轴状变为纤维状,并且晶粒发生了分裂,随着变形量的增加,这种趋势越来越明显。

(a )62%变形量 (b )96%变形量
图1 500×
Fig.1　EBSD grain map s of different deformation
2.2　晶粒取向的分布特征
金属在轧制变形过程中要受到法向的压缩和轧向的延伸变形。

金属塑性变形的晶体学机制主要为位错滑移和机械孪生,多晶体在外力作用下发生塑性变形时,晶体内的位错不断滑移或晶体内出现机械孪生,同时各个晶粒的取向也会随之作相应的转动[3]。

理论和实际都表明,多晶体各晶粒的转动结果往往会使晶粒取向聚集在某一或某些取向附近,从而形成变形织构。

图2给出了不同变形条件下反映晶粒取向的极图[图2(a ～d )]及φ2=45°
三维取向的(ODF )图[图2(e )和(f )]。

由极图可以看出,面心立方的纯铜经62%轧制变形后,晶粒取向部分趋于{011}〈100〉,{011}〈112〉以及{001}〈101〉织构。

纯铜经96%轧制变形后的电子背散射衍射分析结果[图2(f )]可
以看出,晶粒取向大部分趋于{112}〈111〉,另外有少量趋于{011}〈112〉及{011}〈100〉。

分析与研究表明[4],当面心立方金属仅以位错滑移方式变形时,取向{112}〈111〉和{011}〈211〉均为稳定取向,晶粒取向在轧制变形过程中会不断流向这两个取向。

但晶粒取向{011}〈211〉
流动时会造成较大的绕法向的切
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应变ε12,在轧制几何条件下这种切变很难实现,所
以晶粒较难达到{011}〈211〉织构,而较多的流向
{112}〈111〉。

其中织构在轧制变形的几何条件对轧
制塑性流动较少限制的条件下,很容易出现{011}
〈100〉取向。

2.3　变形过程中的晶界变化
形变组织的晶界既是变形过程中热/力作用的
结果,又是继续研究回复和再结晶的基础。

晶界角
度是晶界的重要特征之一,图3统计分析了晶界角
度水平的面积率(Area Fraction of Boundary An2
gle Levels,A FBAL)与变形量的关系。

由试验结果
可以看出,在中低变形量下(<80%)随着变形量的
增大,大角度晶界(>15°)所占的比例逐渐下降,小
角度晶界所占的比例上升。

在经过96%变形后,小
角度界面的面积率反而有所减小,大角度界所占比
例上升。

这是由于晶粒在冷轧过程中发生了分裂,
形成了新的几何必需位错界面(GNB)和附生位错
界面(IDB),这些界面在中低变形量下为小角晶界,
但在大变形量下,随着晶粒的转动,GNB会逐渐转
向RD方向,取向差进一步增大,形成大角度晶界,
因此导致了大角度晶界比例的上升。

3　结论
(1)纯铜在轧制过程中,随着变形量的增大,其
晶粒取向由随机状态转为{112}〈111〉织构,在大变
形量的条件下铜晶粒的{112}晶面逐渐转向平行于
轧制面〈111〉方向。

(2)在中低变形量条件下,随着变形量的增大,
小角度晶界逐渐增多,在经过大变形量(96%)后,
大角度晶界的比例有所上升。

参考文献:
[1]　Adams B L,Dingley D J,Kunze K,et al.Orientation
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Materials Science Forum,1994,157-162:31-42.
[2]　黄长文,冯继军.EBSD分析技术及其在材料科学研究
中的应用[J].汽车工艺与材料,2004(1):18-20.
[3]　毛卫民.金属材料的晶体学织构与各向异性[M].北
京:科学出版社,2002:33.
[4]　Hirsch J,L ucke K.Mechanism of deformation and de2
velopment of rolling texture in polycrystalline FCC
metals[J].Acta Metal,1988,36:2863-2927.
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