什么叫织构.
织构名词解释
织构名词解释
织构名词解释:
所谓织构,一般指液晶薄膜(厚度约10-100微米)在光学显微镜,特别是正交偏光显微镜下用平行光系统所观察到的图像,包括消光点或者其他形式的消光结构乃至颜色的差异等
单晶体在不同的晶体学方向上,其力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学甚至核物理等方面的性能会表现出显著差异,这种现象称为各向异性。
多晶体是许多单晶体的集合,如果晶粒数目大且各晶粒的排列是完全无规则的统计均匀分布,即在不同方向上取向几率相同,则这多晶集合体在不同方向上就会宏观地表现出各种性能相同的现象,这叫各向同性。
然而多晶体在其形成过程中,由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影响,或在形成后受到不同的加工工艺的影响,多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向排列,呈现出或多或少的统计不均匀分布,即出现在某些方向上聚集排列,因而在这些方向上取向几率增大的现象,这种现象叫做择优取向。
这种组织结构及规则聚集排列状态类似于天然纤维或织物的结构和纹理,故称之为织构。
织构对材料力学性能的影响与优化方法探讨
织构对材料力学性能的影响与优化方法探讨织构是指材料内部的晶体或颗粒的方向或排列的有序分布。
它是材料力学性能的一个重要因素,对材料的力学性能、热性能和电磁性能等方面都有着明显的影响。
本文将探讨织构对材料力学性能的影响以及优化方法的相关研究进展。
首先,织构对材料的力学性能有着显著的影响。
织构能够调控材料的力学性能,如强度、韧性和疲劳寿命等。
织构的存在导致了材料微观结构的非均匀性,使材料具有各向异性。
例如,在晶体材料中,晶粒的取向分布会影响材料的机械性能。
当晶粒的取向分布具有一定的规则性时,材料可以表现出更高的强度和韧性。
因此,通过控制晶粒的织构,可以优化材料的力学性能。
其次,织构在材料的宏观性能中起到了重要的作用。
材料的宏观性能如弹性模量、热膨胀系数、导热性能等,也受到织构的影响。
织构不仅影响了材料的力学行为,还影响了材料的热力学性质。
例如,在金属材料中,晶粒的织构对导热性能的均一性和各向异性有着重要的影响。
对织构的优化可以提高材料的导热性能和热稳定性。
织构的优化方法有很多种,下面将介绍几种常用的方法。
1. 非均质成分分布方法:通过控制材料中非均匀成分的分布,可以优化织构,改善材料的力学性能。
例如,通过合理选择材料中不同成分的含量和分布,可以提高材料的强度和韧性。
2. 热处理方法:通过热处理过程中的相变、晶界迁移和晶粒长大等过程,可以改变材料的织构,从而优化材料的力学性能。
例如,通过控制热处理的温度和时间,在材料中引入有利于力学性能的结构缺陷,可以提高材料的韧性和耐久性。
3. 加工方法:通过不同的加工方法,如冷变形、热挤压等,可以调控材料的织构,从而优化材料的力学性能。
例如,通过冷变形可以引入滑移系统,从而改变材料的织构,提高材料的强度和韧性。
4. 晶粒取向控制方法:通过控制材料中晶粒的取向分布,可以优化材料的织构。
例如,通过控制材料的凝固过程或应力条件,可以调控晶粒的取向,从而改善材料的力学性能。
《织构入门基础》课件
随着科技的不断发展和进步,织构研究的难度和复杂性也 在不断增加,需要不断探索新的研究方法和手段。
织构研究的未来发展方向
未来,织构研究将继续深入和拓展,涉及到更多的领域和 方向,同时将会有更多的新技术和新方法应用于织构研究 ,推动科技的进步和创新。
THANKS。
02
织构的形成与影响因素
织构的形成机理
织构的形成是材料在加工过程中受到 外力作用而发生晶体取向改变的结果 。
在加工过程中,晶体受到剪切力、压 缩力和拉伸力等外力作用,导致晶体 内部原子或分子的排列发生变化,从 而形成织构。
晶体取向的改变主要受到加工过程中 施加的外力和晶体自身的物理性质影 响。
织构的影响因素
织构的原子力显微镜检测
原子力显微镜(AFM)
利用微悬臂感受和反馈样品的表面形貌和力信息,可以观察 样品表面的原子级结构。AFM具有高分辨率和高灵敏度,适 用于研究晶体表面织构和微观结构。
磁力显微镜(MFM)
利用磁力检测样品表面的磁畴结构和磁织构,可以观察磁性 材料的磁畴排列和磁织构类型。MFM适用于研究磁性材料的 磁学性质和磁织构的关系。
牙种植体等。
04
织构的检测与表征
织构的X射线检测
X射线衍射技术
利用X射线在晶体中的衍射现象,对晶体结构进行分析。通过分析衍射花样, 可以确定晶体的晶格常数、晶向、晶面等参数,从而推断出织构的类型和取向 。
X射线小角散射技术
利用X射线在微小角度范围内的散射现象,对微小晶体或晶体取向进行研究。通 过分析散射强度和角度,可以确定晶体取向的分布和变化,从而推断出织构的 存在和程度。
织构会影响材料的物理、化学和机械 性能,如导电性、导热性、硬度、韧 性等。
织构的概念
织构的概念织构是在艺术领域中常用的一个概念,它包含了多个层面的含义和解释。
在视觉艺术中,织构可以指代作品表面的纹理、质感或图案。
在文学中,织构可以指代故事的结构、情节的编排以及语言的运用。
在音乐领域,织构可以指代音乐作品中声音的层次、交织和组织方式。
织构在不同的艺术领域中都具有重要的意义和作用。
首先,视觉艺术中的织构是指作品表面的纹理和质感。
织构可以是真实存在的物体表面的纹理,例如布料的纹路、石头的纹理等,也可以是艺术家通过绘画、雕塑等手法创造的虚构纹理。
织构可以通过不同的材质、工具和技术来表现,例如绘画中的笔触、雕塑中的刻痕等。
织构不仅仅是观察者对作品的视觉感知,更是对作品的触觉和感官的体验。
织构可以增加作品的立体感和真实感,使观者更加深入地感受作品的内涵。
其次,文学中的织构是指故事的结构和情节的编排。
织构决定了故事的起伏和高潮的发展,影响着读者对故事的理解和感受。
织构不仅包括情节的先后顺序,还包括角色的发展和关系的呈现。
织构可以通过不同的叙述方式来体现,例如线性叙事、倒叙、多重叙事等。
织构还可以通过情节的设置和冲突的安排来吸引读者的兴趣和关注。
文学中的织构是作者用来表达思想、情感和主题的重要手段,它可以影响读者对作品的解读和审美体验。
再次,音乐中的织构是指音乐作品中声音的层次、交织和组织方式。
音乐的织构决定了声音的分布和运动,影响着听者对音乐的感受和理解。
织构可以通过不同的声部和乐器的组合来实现,例如合唱、交响乐等。
音乐的织构可以是单调的和声织构,也可以是多丰富的对位织构。
织构还可以通过声音的重复和变化来创造节奏和动态的变化。
音乐中的织构是对声音材料的组织和处理,它决定了音乐的形式和结构。
织构作为一个跨领域的概念,在不同的艺术领域中都具有重要的意义和作用。
它不仅可以美化作品的表面,还可以影响观众、读者和听众对作品的理解和感受。
织构是艺术家、作家和音乐家表达思想、情感和主题的重要手段,它可以丰富作品的内涵和形式,让作品更加具有深度和魅力。
织构类型及其测定方法.
2.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。 再结晶织构依赖于所牵涉的再结晶过程,分为初次再结晶和二次再结晶 织构。对低碳钢,特别是硅钢片的织构曾进行过很多研究。由于金属原有变形 织构的漫散程度和延伸率、退火温度以及退火气氛等的差异,实际的再结晶织 构的取向不同程度地偏离理论的再结晶织构取向。 再结晶织构的形成有两种理论,即定向成核学说与定向成长学说。再结晶 晶粒的择优取向由一些晶核的取向所决定,这种看法最早由伯格斯 (W.R.Burgers)提出,后来伯格斯等又根据马氏体切变模型提出了关于形成 立方织构的定向成核理论。定向成长理论是贝克(P﹒A﹒Beck)提出来的, 他认为在形变基体内存在着各种取向的晶核,其中有些晶核因取向合适,晶界 移动本领最大,在退火过程中成长最快,最后形成再结晶织构。
面心立方金属快速迁移界面附近的原子结构
三、极射赤面投影
原理:投影球的赤道大圆平面与板材轧
制平面也即试样被测面重合,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,如图所示。
轧 向面 法 轧 向
轧面法向
<100>
{100} <110> <110> 轧向 {100}<110>织构中晶 粒与板材外形相对取 向示意图
{100}
例如,冷轧铝板的理想织构为(110)[ī12]
如图为经轧制后的纯铁板材的部分晶粒取向示意图﹐其(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。
织构及其测定
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织构图形表示方法
A 极图表示: 1924年Wever提出; B 反极图表示:1940年Barrett提出;
Harris测热轧铀棒(1952年) C ODF 表示: 六十年代中期Bunge和Roe提出;
• 柱状晶粒长轴的晶体学方向即是该晶粒快速生长方向,由大量这 类柱状晶粒组成的铸造组织就会形成快速生长方向互相平行的铸 造组织。
• Fe-Si, Brass, Al, Au, Pb等立方系金属快速生长方向为<100>; • Cd, Zn等密排六方金属快速生长方向为<210>; • β-Sn快速生长的晶体学方向为<110>; • 许多立方金属的方形或扁平形铸锭中,表现为{100}晶面平行于
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织构的晶体学指数表示2法.1
• 丝织构 纤维织构通常以一个或几个晶体学方向<UVW>平行或近 似平行于纤维或丝的外观轴向,这种<UVW>晶向就称为 织构轴。 这种纤维材料或丝具有<UVW>纤维织构 (或丝织构)。
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• 板织构 由于轧制变形包含有压缩变形及拉伸变形,晶体在压力作用下,常 以某一个或某几个晶面{hkl}平行于轧板板面,而同时在拉伸力作用 下又常以<UVW>方向平行于轧制方向,因而这种择优取向就表示 为{hkl}<UVW>。 如果轧向与晶体学方向<UVW>有偏离,则常在它后面加上偏离的度 数,如偏离±10°,则可表为{hkl}<UVW>±10 ° 。
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织构概述——精选推荐
织构概述第一节钢板的常见织构类型1.1织构的表达方法织构是多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构,通常用晶体的某晶面晶向在参考坐标系中的排布方式来表达晶体的取向。
在立方晶体轧制样品坐标系中,常用(HKL)[UVW]来表达某一晶粒的取向。
这种晶粒的取向特征为(HKL)晶面平行于轧面,[UVW]晶向平行于轧向。
另外也可以用[RST]=[HKL]×[UVW]表示平行于轧板横向的晶向。
1.2织构的分析方法关于织构的分析方法渊源已久,早在1924年Wever就提出了极图法,1948年以后,Deker和Schulz发展了用衍射仪测定极图的方法,使极图法趋于完善。
1952年Harris为测定轧制铀棒的织构提出了反极图法,后经Mueller等发展而完善。
1965年,Roe和Bunge分别采用级数展开方法,从几张极图中推导出晶体的三维取向分布函数(ODF),使材料织构的细致、定量分析成为可能。
ODF分析法把晶体取向与试样外观的关系用三维取向空间表达出来,这一取向空间就是欧拉空间(Eulerianspace),欧拉空间的坐标用欧拉角表示,它与归一化后的晶体取向(hkl)[uvw]有着一一对应的换算关系。
ODF法己成为目前定量分析深冲钢板织构的最有力的工具。
钢板的构往往聚集在取向空间的某些取向线上,图1所示为钢板中常见的织构取向线在邦厄(Bunge)系统欧拉空间中的位置。
图1钢板中的织构取向线a取向线和γ取向线是深冲钢板中存在的两种主要织构取向线。
其中a取向线在ODF图中的位置为φ1=00,φ=0-900,φ2=450主要织构类型为{001}〈110,{112}110,{111}110。
γ取向线在ODF图中的位置为φ1=0-900,中=54.70,φ2=450,主要织构类型为{111}110和{111}112,对于IF钢还往往出现{554}225织构(φ1=0-900,φ=610,φ2=450,与{111}112非常接近)。
织构的表示方法
织构的表示方法织构是指物体表面的纹理、质感和结构形态。
在艺术、设计和工程领域,织构是一种重要的视觉元素,可以用于传达情感、创造视觉效果和增强观众的感官体验。
为了有效地表示织构,人们开发了各种方法和技术。
本文将介绍几种常用的织构表示方法。
一、线条和笔触线条和笔触是最基本的织构表示方法之一。
通过使用不同粗细、曲直和方向的线条,可以模拟出不同的纹理和质感效果。
例如,使用细长的直线可以表示出光滑的表面,而使用粗短的曲线可以表示出粗糙的表面。
笔触的变化可以使织构更加生动和有趣。
二、阴影和明暗阴影和明暗也是一种常用的织构表示方法。
通过合理运用光线的投射和反射,可以形成不同的阴影和明暗效果,从而模拟出不同的纹理和质感。
例如,使用渐变的明暗色调可以表示出光滑的表面,而使用锐利的对比可以表示出粗糙的表面。
阴影和明暗的处理可以使织构更加立体和真实。
三、颜色和色彩颜色和色彩也是一种常用的织构表示方法。
通过使用不同的颜色和色彩组合,可以表现出不同的纹理和质感效果。
例如,使用明亮的色彩可以表示出光滑的表面,而使用暗淡的色彩可以表示出粗糙的表面。
颜色和色彩的运用可以使织构更加丰富和多样。
四、图案和纹理图案和纹理是一种直接的织构表示方法。
通过使用各种形状、图案和纹理元素,可以创造出不同的纹理和质感效果。
例如,使用重复的几何图案可以表示出光滑的表面,而使用杂乱的自然纹理可以表示出粗糙的表面。
图案和纹理的运用可以使织构更加具体和细腻。
五、材质和质感材质和质感是一种综合的织构表示方法。
通过使用不同的物质和材料,可以表现出不同的纹理和质感效果。
例如,使用光滑的金属材质可以表示出光滑的表面,而使用粗糙的木材材质可以表示出粗糙的表面。
材质和质感的选择可以使织构更加真实和具体。
织构的表示方法多种多样,可以通过线条和笔触、阴影和明暗、颜色和色彩、图案和纹理、材质和质感等方式来创造出不同的效果。
在实际应用中,可以根据具体需求和目标来选择合适的方法和技术。
织构入门基础
织构的强度:描述织构的硬度和韧 性
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织构的尺度:描述织构的大小和范 围
织构的形态:描述织构的形状和结 构
织构的测量方法: 电子显微镜、X射 线衍射、中子衍射 等
织构的表征参数: 晶粒尺寸、晶界密 度、晶界能量等
织构的影响因素: 材料成分、加工工 艺、热处理等
织构的应用:提高 材料的强度、韧性 、耐磨性等性能
织构设计软件: 如CD、
SolidWorks、 uCD等
织构优化工具: 如NSYS、
BQUS、NSTRN 等
织构设计辅助 工具:如3D打 印、激光切割
等
织构设计参考 书籍:如《织 构设计原理》、 《织构优化方
法》等
实例1:优化织构以提高织物的耐磨性 实例2:优化织构以提高织物的透气性 实例3:优化织构以提高织物的抗皱性 实例4:优化织构以提高织物的弹性
量
织构的种类繁 多,包括平纹、 斜纹、缎纹等织构的构成要素来自经纱:构成织物的纵向纱线
纬纱:构成织物的横向纱线
交织点:经纱和纬纱相互交叉 形成的点
组织结构:经纱和纬纱的排列 方式,如平纹、斜纹、缎纹等
纹理类型:包括直线、曲 线、点状、块状等
纹理方向:包括水平、垂 直、斜向、放射状等
纹理密度:包括稀疏、密 集、均匀、不均匀等
织构的发展趋势与 展望
3D打印技术在织构领域的应用
生物织构技术的研究进展
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智能织构技术的发展
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添加标题
织构在环保领域的应用
环保化:织构技术将更加注重 环保,采用可降解、可回收的 材料
智能化:织构技术将更加智能 化,实现自动识别、自动调整 等功能
第十三课织构分析
织构的测定一、定义定义多晶体材料中的各个晶粒,因为某种原因使其取向形成某种有规律的集中的象称为择优向向形成某种有规律的集中的现象,称为择优取向,具有择优取向的组织称为织构。
二、织构的分类1、根据织构的形成方式分1)气态凝聚织构2)液态凝聚织构3)电解沉淀织构4)形变织构5))再结晶织构2根据取向方式分2、根据取向方式分1)丝织构在多晶材料中,某一晶向<uvw>与该材料的某一在多晶材料中某晶向<>与该材料的某宏观特定方向平行或对称分布,而其它晶向不受任何限制。
其中的宏观特定方向称为织构轴。
何限制其中的宏观特定方向称为2、板织构金属在受到较复杂的应力作用时,如在轧制过金属在受到较复杂的应力作用时如在轧制过程中,金属沿轧制方向(RD)要伸长,厚度方向要减薄,而沿横向(TD)的宽度基本保持不变,要减薄而沿横向(TD)的宽度基本保持不变因此这时晶粒的取向即受轧制方向的限制,也受轧面的限制,形成所谓板织构。
板织构均以某一个晶面(hkl)平行于某一个特殊面,称为织构面,某晶向平行于某特殊方向,某晶向平行于某一特殊方向[uvw],称为板织构的织构轴。
三、织构的表示方法1、指数表示法丝织构,用平行于织构轴的晶向指数表示1)丝织构,用平行于织构轴的晶向指数<uvw>表示。
如冷拔钢丝中,绝大多数晶粒的[111]方向都平行于拔丝方向,则记为<111>(或[111])。
于拔方向,则记为或[]如果试样中有两种或两种以上的晶向平行于拉伸方向,称为双重织构或多重织构,表示为:伸方向称为双重织构或多重织构表示为:<u1v1w1>+ <u2v2w2>+ <u3v3w3>+…..2)板织构,同时标明各晶粒平行于轧面及轧向的晶2)板织构面指数(hkl)和晶向指数[uvw],表示为(hkl)[](或{hkl}<>)[uvw](或{hkl} <uvw> )。
织构入门基础
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铝脱氧的镇静钢
。08Al钢中析出铝的氮化物AlN,其过饱 和固溶体的强烈的分解温度高于600℃。
两种变形组分{111}和{001}的加工硬化 程度不同,{111}组分比{001}组分加工 硬化程度大.
{111}组分的变形晶粒中容易形成再结晶 核心,容易形成过饱和固溶体分解。
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12.5.1.2 织构表示方法
(1) 轧制织构的极图
定义:
在投影面上标明了轧面法线和轧向 投 影位置的某种晶面的极射图.
金属板的轧面法线---参考球的Z轴重合
轧面法线极点的投影-极射投影图的圆心 重合
轧制方向--X轴重合
轧制横向--Y轴重合
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B {111}<112>织构:
这种织构是指{111}晶面平行于板平面,<112>晶向平行
于轧向的择优取向组织。因为在{111}晶面内没有<111>
晶向,所以在板平面上不存在难磁化的晶向。而且在{111}
晶面内,<112>晶向与<110>晶向间夹角只有300,因此
可以粗略的认为在{111}晶精选面pp上t 是各向同性的.
{111}组分加工硬化程度大,AlN析出势必比在 {001}组分中强烈,因而,析出的弥散氮化物对 {111}取向的再结晶核心的形成所起到阻碍作用, 就比在{001}组分大得多,于是形成的再结晶核心 中,占优势的就可能是{001}取向的再结晶核心。 {001}织构度更大的情况将发生,使值降低,不利 于材料的深冲成形。
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(2) 轧制织构的反极图
材料基础讲堂:织构
材料基础讲堂:织构 By郦剑 教其力学、电磁学、光学、物理化学(耐腐蚀性、磁性等)等各 方面的性能呈现差异,这种现象称为各向异性。多晶体材料是许多单晶体的集合,它们的空间 排列呈无规则的统计均匀分布,即在不同方向上取向几率相同,因此,多晶体材料在不同方向 上表现出宏观性能相同的现象,叫伪各向同性,工程材料大多呈现此性能。
某些多晶金属材料锻压压缩过程中,晶粒转动往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向,此类择 优取向称为面织构,常以晶面指数{HKL}表示。
轧制板材晶体既受拉力又受压力,因此除某些晶向平行于轧制方向外,还有某些晶面平行于轧 面,此类织构称板织构,常以晶体学指数{HKL}〈uvw〉表示。
织构的择优取向是多晶体在空间中有规则集聚排列的现象,一般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联系起来,如拉丝的轴向,轧板的轧向、横向 和板面法向,说明材料的加载方向以及加载时材料流变方向与织构的形成机理密切相关。通过 材料宏观坐标系与微观取向的联系,就可直观地了解织构的微观择优取向。织构常用X射线晶体 学方法表示,如晶体学指数表示法、直接极图法、反极图法、等面积投影法与晶体三维空间取 向分布函数法等。
织构类型及其测定方法
被测材料的HKL极图只表明了材料中hkl晶面 的分布情况,并没有直接得到晶粒取向的分布。
4.3 三维空间取向分布函数法
60年代后期研究工作者提出取向分布函数法 (ODF)﹐完善了织构的
表示方法。这种方法是把分别表示材料外观和晶粒位置的二组坐标系OABC 和 O-XYZ 之间的取向关系用一组欧拉角表达;即 O-XYZ 相对于 OABC 的任一取向均可通过三次转动 、 、 实现。这里,首先约定 O-
行,即冷拉铜丝具有<111>+<100>双重丝织构。
2)、板织构
在轧制过程中,随着板材的厚度逐步减小,长度不断延伸,多数晶粒不仅倾向于以某一晶向 <uvw> 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,一般以(hkl)[uvw]表示,晶粒取向的漫散程度也 按两个特征来描述。
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。
反极图原理
极图的缺陷
织构类型及其测定方法
织构主要类型及其测定方法
一、织构的定义 二、织构的类型
三、极射赤面投影
四、织构的表示方法
五、织构的测量方法
六、织构分析的相关实例
一、织构的定义
各向异性:单晶体在不同晶体学方向上的力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学 甚至核物理等方面的性能表现出显著差异的现象
织构基本知识1
织构的测定摘自:《X射线衍射技术及设备》(鞍钢钢铁研究所,丘利、胡玉和编著,冶金工业出版社1999年出版)1 织构定义单晶体在不同的晶体学方向上,其力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学甚至核物理等方面的性能会表现出显著差异,这种现象称为各向异性。
多晶体是许多单晶体的集合,如果晶粒数目大且各晶粒的排列是完全无规则的统计均匀分布,即在不同方向上取向几率相同,则这多晶集合体在不同方向上就会宏观地表现出各种性能相同的现象,这叫各向同性。
然而多晶体在其形成过程中,由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影响,或在形成后受到不同的加工工艺的影响,多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向排列,呈现出或多或少的统计不均匀分布,即出现在某些方向上聚集排列,因而在这些方向上取向几率增大的现象,这种现象叫做择优取向。
这种组织结构及规则聚集排列状态类似于天然纤维或织物的结构和纹理,故称之为织构。
织构测定在材料研究中有重要作用。
2 织构类型为了具体描述织构 (即多晶体的取向分布规律),常把择优取向的晶体学方向 (晶向) 和晶体学平面 (晶面) 跟多晶体宏观参考系相关连起来。
这种宏观参考系一般与多晶体外观相关连,譬如丝状材料一般采用轴向;板状材料多采用轧面及轧向。
多晶体在不同受力情况下,会出现不同类型的织构。
轴向拉拔或压缩的金属或多晶体中,往往以一个或几个结晶学方向平行或近似平行于轴向,这种织构称为丝织构或纤维织构。
理想的丝织构往往沿材料流变方向对称排列。
其织构常用与其平行的晶向指数<UVW>表示。
某些锻压、压缩多晶材料中,晶体往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向,此类择优取向称为面织构,常以{HKL}表示。
轧制板材的晶体,既受拉力又受压力,因此除以某些晶体学方向平行轧向外,还以某些晶面平行于轧面,此类织构称为板织构,常以{HKL}<UVW>表示。
3 织构的表示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。
新型金属材料的织构与力学性能
新型金属材料的织构与力学性能随着科技的不断发展和人们对于材料性能的需求不断提高,新型金属材料在各个领域得到了广泛应用,其低密度、高强度、高温耐性等特点为各个领域的发展提供了有力的支撑。
然而,金属材料的性能往往受到其结构的影响,在不断研究金属材料的过程中,人们发现织构对材料性能的影响至关重要。
一、织构的概念织构是指一种材料内部的结构排列方式,在金属材料中可以看作是晶体的方向或晶体学取向,由于晶体对于材料的性能有重要影响,因此织构含义十分广泛。
织构的形成原因有很多,比如加工过程、热处理等,织构的形成可以通过X射线衍射等技术来观察和分析。
二、织构对材料性能的影响1、力学性能织构对于金属材料的力学性能有着至关重要的影响,在同样的外力作用下,材料中晶体的排列方式不同,力学性能差异较大。
例如,在相同的挤压变形条件下,通过细晶化获得的铝合金材料,其力学性能相比晶粒较大的铝合金材料要优越很多。
2、成形性能材料的成形性能同样与织构密切相关,在金属材料的制造过程中,织构特征影响了材料的压力分布、应变分布、变形残留等,而这些因素又会影响材料的成形能力。
例如,织构特征有利于材料在拉伸和缩小方向的塑性变形,因此,通过对金属材料的织构调控,可以实现更高的塑性加工能力和更高的成形性能。
3、疲劳寿命金属材料的疲劳寿命也与织构相关,疲劳寿命受许多因素影响,材料的织构因素是其中之一。
织构的不同也会导致材料表面的应力分布不同,进而导致材料表面微裂纹的产生和扩展,影响材料的疲劳寿命。
三、织构的控制织构控制是指利用合理的工艺设计和科学的材料制备方法,通过调控加工过程了解到的不同织构特征,从而获得更优异的材料性能。
常用的织构控制方法主要有以下几种:1、晶种选择材料的初始晶种对于织构的形成是至关重要的。
一些研究表明,在控制晶种的选择时,对于获得更加良好的织构特征具有明显的优势。
2、加工条件控制加工过程中对于各个参数的控制,比如变形量、变形速度、加工温度等,均对于材料织构的形成有一定影响。
什么叫织构
什么叫织构织构的测定摘自:《X射线衍射技术及设备》(鞍钢钢铁研究所,丘利、胡玉和编著,冶金工业出版社1999年出版)1 织构定义单晶体在不同的晶体学方向上,其力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学甚至核物理等方面的性能会表现出显著差异,这种现象称为各向异性。
多晶体是许多单晶体的集合,如果晶粒数目大且各晶粒的排列是完全无规则的统计均匀分布,即在不同方向上取向几率相同,则这多晶集合体在不同方向上就会宏观地表现出各种性能相同的现象,这叫各向同性。
然而多晶体在其形成过程中,由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影响,或在形成后受到不同的加工工艺的影响,多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向排列,呈现出或多或少的统计不均匀分布,即出现在某些方向上聚集排列,因而在这些方向上取向几率增大的现象,这种现象叫做择优取向。
这种组织结构及规则聚集排列状态类似于天然纤维或织物的结构和纹理,故称之为织构。
织构测定在材料研究中有重要作用。
2 织构类型为了具体描述织构(即多晶体的取向分布规律),常把择优取向的晶体学方向(晶向) 和晶体学平面(晶面) 跟多晶体宏观参考系相关连起来。
这种宏观参考系一般与多晶体外观相关连,譬如丝状材料一般采用轴向;板状材料多采用轧面及轧向。
多晶体在不同受力情况下,会出现不同类型的织构。
轴向拉拔或压缩的金属或多晶体中,往往以一个或几个结晶学方向平行或近似平行于轴向,这种织构称为丝织构或纤维织构。
理想的丝织构往往沿材料流变方向对称排列。
其织构常用与其平行的晶向指数<UVW>表示。
某些锻压、压缩多晶材料中,晶体往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向,此类择优取向称为面织构,常以{HKL}表示。
轧制板材的晶体,既受拉力又受压力,因此除以某些晶体学方向平行轧向外,还以某些晶面平行于轧面,此类织构称为板织构,常以{HKL}<UVW>表示。
3 织构的表示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。
织构
板织构:这种织构存在于用轧制,旋压等 板织构: 方法成形的板,片状构件内,其特点是材 料中各晶粒的某晶向<uvw>与轧制方向 (R.D)平行,称轧向,各晶粒的某晶面 {hkl}与轧制表面平行,称轧面,<uvw>{hkl} 即为板织构的指数。
二.极射赤面投影法
极射赤面投影
乌氏网
单晶体的标准投影图
反板图反映了材料外观方向,包括板面法线方向、轧制方 向及横向在具体学坐标系中分布。由于晶体的对称性,晶 体学坐标系中存在若干个等效区域,例如立方晶系的极射 赤面投影图中(见图7-14),存在24个以{100}、{110}及 {111}三个极点组成的三角形区域,从晶体的对称性讲, 这24个区域是等效的,因此,只取一个三角形区域,我们 把它叫做单位三角形,将各晶粒的法线方向、轧向、横向 在单位三角形中表示出来,这就是反极图。为了反映材料 的择尤取向体系,通常需要三张反极图,分别是板面法线 方向、轧向、横向的择尤取向,因此,反极图就是把多晶 材料中垂直于板面法线方向(轧向或横向)的所有晶面的 极点全部投影到同一基本三角形中,反映法线方向(或轧 向、横向)在晶体坐标系中几率分布的极射赤面投影。
内容:主要介绍织构的分类以及其表达和 测定的方法;因要涉及晶体空间方位关系 的表示,需先介绍一种特殊的投影方法— 的表示,需先介绍一种特殊的投影方法— —极射赤面投影法。
一.织构的分类
丝织构: 冷拔金属丝、热挤压棒材等在一 维轴向应力作用下发生变形,晶粒择尤沿 应力方向排列,形成一维轴向对称织构, 这种织构叫做丝织ห้องสมุดไป่ตู้,又叫做纤维织构。 这种织构的方向叫做织构轴。其特点是多 晶体中各晶粒的某晶向某向<uvw>与丝轴 或表面平行,则以<uvw>为指数。
材料织构形成及其应用
材料织构形成及其应用一、材料织构的形成织构定义:通常,大多数金属材料都是由晶体组成的。
在不同的结晶方向上,单晶的电磁、光学、耐蚀性及磁特性表现出明显的差异。
这种现象被称为各向异性。
多晶是许多单晶的集合。
如果粒数大,各晶粒排列完全不规则,统计均匀分布,即在不同方向上取向概率相同,则多晶聚集体在不同方向上表现出相同的性能,称为各向同性。
当材料由大量粒子构成时,这些粒子的取向是随机分布的,材料是伪各向同性的。
当晶粒取向偏离随机分布状态时,材料表现出不同的各向异性。
材料是有质感的。
金属材料有有形的织构、铸造织构、晶粒生长织构、再结晶织构、相变织构等各种织构。
根据相变方式的不同,变形织构可分为丝绸织构、锻造织构和挤压织构,各种变形还含有许多其他织构成分。
许多织构是体心立方金属之类的轧制织构,体心立方金属的轧制织构和密的六边形金属的轧制织构。
这些基本成分相对强度包括合金元素的性质和含量、结晶粒径和形状、晶界和相特性、变形的程度、速度、温度等它受到许多内外因素的限制。
在金属塑性变形过程中,由于外界的热、机械条件,各晶粒方位相对于外力轴旋转,形成变形的织构。
金属在冷变形后退火,常常出现再结晶纹理。
再结晶织构和变形织构也可能不同。
FCC纯金属的再结晶织构与滚动纹理不同。
但是,包含磷铜磷合金的主要再结晶织构与轧制时相同。
许多内部和环境因素,如晶体结构、合金元素、杂质类型、可变织构和材料结构类型、晶界和相界特性、退火温度等,都可能影响再结晶织构的强度、扩散度和类型。
根据取向核理论,当金属塑性变形时,多个晶块方位在变形过程中经历几个空间取向,一些小亚晶经常保留在这些空间取向中。
研究人员发现,这些亚结晶由于退火过程中的恢复效应而成为再结晶核,吞噬变形的基板而成长,最终成为再结晶性织构。
提出了面向核形成理论的概念,并被许多人所接受。
理论认为,在退火过程中,变形基质中不同取向的核可以生长。
只有当原子核和基体之间存在一定的取向关系时,它们的晶界才具有最大的移动速度,从而使原子核的生长最快,形成再结晶织构。
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什么叫织构织构的测定摘自:《X射线衍射技术及设备》(鞍钢钢铁研究所,丘利、胡玉和编著,冶金工业出版社1999年出版)1 织构定义单晶体在不同的晶体学方向上,其力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学甚至核物理等方面的性能会表现出显著差异,这种现象称为各向异性。
多晶体是许多单晶体的集合,如果晶粒数目大且各晶粒的排列是完全无规则的统计均匀分布,即在不同方向上取向几率相同,则这多晶集合体在不同方向上就会宏观地表现出各种性能相同的现象,这叫各向同性。
然而多晶体在其形成过程中,由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影响,或在形成后受到不同的加工工艺的影响,多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向排列,呈现出或多或少的统计不均匀分布,即出现在某些方向上聚集排列,因而在这些方向上取向几率增大的现象,这种现象叫做择优取向。
这种组织结构及规则聚集排列状态类似于天然纤维或织物的结构和纹理,故称之为织构。
织构测定在材料研究中有重要作用。
2 织构类型为了具体描述织构 (即多晶体的取向分布规律,常把择优取向的晶体学方向 (晶向和晶体学平面 (晶面跟多晶体宏观参考系相关连起来。
这种宏观参考系一般与多晶体外观相关连,譬如丝状材料一般采用轴向;板状材料多采用轧面及轧向。
多晶体在不同受力情况下,会出现不同类型的织构。
轴向拉拔或压缩的金属或多晶体中,往往以一个或几个结晶学方向平行或近似平行于轴向,这种织构称为丝织构或纤维织构。
理想的丝织构往往沿材料流变方向对称排列。
其织构常用与其平行的晶向指数表示。
某些锻压、压缩多晶材料中,晶体往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向,此类择优取向称为面织构,常以{HKL}表示。
轧制板材的晶体,既受拉力又受压力,因此除以某些晶体学方向平行轧向外,还以某些晶面平行于轧面,此类织构称为板织构,常以{HKL} 表示。
3 织构的表示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,织构表示方法有多种,如晶体学指数表示法,直接极图法,反极图法,等面积投影法与晶体三维空间取向分布函数法等。
3.1 晶体学指数表示法在纤维材料或者丝中形成的纤维织构,它们通常是以一个或几个晶体学方向平行或近似平行于纤维或丝的外观方向枣轴向,这种晶向就称为织构轴。
通过这种表示法,人们了解到在这种纤维或丝中,多晶体材料中的大多数晶粒是以晶向平行或近似平行于纤维轴而择优取向的,我们说这种纤维材料或丝,具有纤维织构 (或丝织构。
对于板织构,由于轧制变形包含有压缩变形及拉伸变形,晶体在压力作用下,常以某一个或某几个晶面{hkl}平行于轧板板面,而同时在拉伸力作用下又常以方向平行于轧制方向,因而这种择优取向就表示为{hkl} 。
如果扎向与晶体学方向有偏离,则常在它后面加上偏离的度数,如偏离±10o,则可表为{hkl} ±10o 。
晶体学指数表示法表示晶体空间择优取向既形象又具体,文字书写时简洁明了,是最常用的表示法之一。
缺点是,它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。
3.2 直接极图表示法为了表示出织构的强弱及漫散程度,常采用平面投影的方法。
最常用的是极射赤道平面投影法。
晶体在三维空间中取向分布的三维极射赤道平面投影,称为极图。
极图分直接极图和反板图。
此外尚可用等面积投影法,得到等面积投影极图。
直接极图亦称作正极图。
直接极图表示法是把多晶体中每个晶粒的某一低指数晶面 (hkl 法线相对于宏观坐标系 (轧制平面法向ND、轧制方向RD、横向TD 的空间取向分布,进行极射赤道平面投影来表示多晶体中全部晶粒的空间位向。
3.2.1 极射赤道平面投影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。
投影原理如下:投影球的赤道大圆平面与钢板轧制平面也即试样被测面重合,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,如图1所示。
图 1 极射赤道平面投影示意图如果把上半球面上的各条经线及纬线投影到赤道平面上,便形成极网,如图2a所示。
如果试样被测面 (或晶面法线由北极开始,在沿纬线方向旋转的同时又沿经线方向自北向南运动,其赤道平面投影是一条螺旋线,称为螺旋极网。
如图2b所示。
在特殊制样情况下,如罗帕塔柨饫?/FONT> (Lopata?/FONT>Kula 组合试样,试样被测面法线不与极网圆心重合,而是移到第一象限分角线 (45o 上与轧向、横向、法向夹角均为54.73o 的位置,即其投影坐标为 (45o,54.73o,其极网或螺旋极网亦是以这点为中心点,如图9所示。
图 2 极网及螺旋极网(a 极网;(b 螺旋极网3.2.2 单晶标准投影图如果把一个单晶体放在投影球的球心,依次使其某些物定晶面与赤道平面重合,然后将其他各个晶面法线投影到赤道平面上,便成了标准投影图。
这些特定晶面常采用低指数晶面,立方晶系中如 (001、(110、(111、(112 等较常用,其标准投影图如图3所示。
单晶标准投影图可用于标定极图织构。
图 3 单晶标准投影极图 (立方晶系(a?/FONT>(001;(b?/FONT>(110;(c?/FONT>(111;(d?/FONT>(1123.2.3 直接极图把放置在投影球心的多晶试样中每个晶粒的某一 (hkl 晶面法线与投影球面的交点,都投影在标明了试样宏观方向RD、TD、ND的赤道平面上之后,把极点密度相同的点连线,形成等极密度线,这便形成了可表示出织构强弱和漫散程度的极图。
由于在这个投影图上只投影了 (hkl 极点,其他晶面并未投影出来 (这与单晶标准投影图不同,因此这个极图便叫做 (hkl 极图。
它反映出在试样中具有某种择优取向时,(hkl 极点所形成的极密度分布花样。
(hkl 一般采用低指数晶面,在中常用 (200、(110、(112 等,因此就可分别绘出 (200、(110、(112 等极图。
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。
用极图来标定织构时,把它叠在单晶标准投影图上面,把极图上极密度大的区域对准标准投影图上的相应的 (hkl 极点,然后定出板织构,如测绘出的 (200 极图,那么这个极图上所有 (200 极点密度分布就表示了织构状况。
其它晶面极点对此极图没有贡献,因此标定织构时除要选择合适的单晶标准投影图外,重要的是使图中的{110}极点 (单晶中(100、(200……均重叠在一起落在所测绘的 (200 极图的最强区内,详细步骤稍后介绍,直接极图能表示出织构类型、强弱及漫散程度和偏离情况。
相对于照相法而言用衍射仪测绘的直接极图有时也称为定量极图。
3.3 反极图表示法反极图以晶体学方向为参照坐标系,特别是以晶体的重要的低指数晶向为此坐标系的三个坐标轴,而将多晶材料中各晶粒平行于材料的特征外观方向的晶向均标示出来,因而表现出该特征外观方向在晶体空间中的分布。
将这种空间分布以垂直晶体主要晶轴的平面作投影平面,作极射赤道平面投影,即成为此多晶体材料的该特征方向的反极图。
所以说反极图是表示被测多晶材料各晶粒的平行某特征外观方向的晶向在晶体学空间中分布的三维极射赤道平面投影图。
通常,反极图最适合于用来表示丝织构,但由于G. B. 哈利斯 (Harris 式反极图测绘容易,早期它也常用于板织构研究。
板织构材料的特征外观方向则有三个:轧向、横向、轧面法向,就需作三张反极图,它们分别表示了三个特征外观方向在晶体学空间的分布几率。
在每张反极图上,分别表明了相应的特征外观方向的极点分布。
其中一张是轧向反极图,表示了各晶粒平行轧向的晶向的极点分布;另一张是轧面法向反极图,表示了各晶粒平行于轧面法线的晶向的极点分布;第三张是横向反极图,表示了各晶粒平行于横向的晶向的极点分布。
不同晶系,反极图形状有所不同。
由于晶体有对称性,标准投影图可以划分为若干个晶向等效区。
立方晶系对称性高,标准投影图中以<001>、<101>和<111>三族晶向为顶点,可将上半球面投影划分成24个等效区。
一般选用[111]?/FONT>[011]?/FONT>[001]构成的球面三角投影,已足以表示出所有方向。
正交晶系只需取投影图的一个象限即可表示。
反极图表示法可给出织构材料的轧向、轧面法向、横向在晶体学空间中的分布。
而材料的板织构类型是用尝试法、从分立的三张反极图中来判定的,但有些板织构类型难于用反极图作出判断,因此,用这种方法判定板织构类型有时有可能引起误判、漏判。
3.4 三维取向分布函数 (Orientation distribution fuction 表示法极图和反极图均是晶体在空间中取向分布的极射赤面二维投影,它们尚未能完全描述晶体的空间取向,这就是用它们判定织构时会错判和漏判的原因。
多晶织构材料的晶粒取向分布函数表示法是1965年由罗伊 (Roe 和邦厄 (Bunge 各自独立提出来的。
在罗伊法中,参考坐标加OABC与直接极图表示法中参考坐标架的选取是一样的。
设OABC固定安装在板状试样上,三个坐标轴分别与板试样三个特征外观方向相合,即OA为轧向,OB为横向,OC为板的轧面法向,而在多晶材料中,每个晶粒上固定安装上一坐标系O?/FONT>XYZ,以晶粒上的OXYZ坐标架相对于表示材料特征外观方向的坐标架OABC的欧拉角,作为该晶粒在空间的取向 (参数,再以为坐标轴建立一直角坐标架,形成取向空间 (欧拉空间,任一晶粒的取向,当用表示时,它相应于欧拉空间中的一点,此点坐标即为,组成多晶材料的各取向晶粒均相应于欧拉空间中的对应点,这就组成该多晶材料的晶粒取向分布,多晶材料中有大量晶粒,每一取向可对应有若干晶粒,故其取向密度为,它确切给出试样中取向位于处的晶粒数量(亦即出现在该方向上的几率,确切,定量表示出织构材料中晶粒取向的空间分布,所以称之为取向分布函数(ODF,且常用一组恒或恒截面图来显示出取向欧拉空间中那些取向上有最大值,及其在空间的散布情况。