织构

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立方晶系标准投影图
晶体投影
六方晶系标准投影图,轴比c/a=1.86
晶体投影
4、极射投影上晶面(向)位向关系的度量
❖ 极式网:将经纬线坐标网,以它本身的赤道平 面为投影面作极射赤面投影,所得的极射赤面 投影网。它不能测量落在不同直径上的点之间 角度。
❖ 吴里夫网:将经纬线网投影到与经纬线网NS轴 平行的投影面上,作出的极射赤面投影网。
➢ 极图最早是利用单色x-射线衍射照片确定的,有织构的材料的衍射环 强度分布不均匀,局部出现最大值。欲将衍射照片转换成极图需要 丝或板相对入射线方位不同的一系列衍射照片。
➢ 现在,这种技术已经完全被配有计数器的衍射仪所代替,并由Schulz 最早发明。测试装置为织构测角仪,能使试样在几个方向转动,以 便使每个晶粒都有机会处于衍射位置。一般说来,与该种方法对应 的极图上点的轨迹是螺旋状的,通过计算机程序,计数器的计数直 接转换成极图上极点强度计数,并自动插入等强度值,所需的各种 修正均自动完成。
掺杂钨丝,冷变形98.1% (a) 横截面反极图;纵剖面反极图
晶体学织构
(3)三维空间取向分布函数法
此法是把分别表示材料外观和晶粒位置的二组坐标系O-ABC和OXYZ之间的取向关系用一组欧拉角表达;即O-XYZ相对于O-ABC完 全重合为起始取向,令O-XYZ绕OZ转动1角为第一转动,绕转动后 的OY转动角为第二转动,再绕新的OZ转动2为第三转动。这三个 转角数值1、、2规定了O-XYZ的取向。
➢ 丝织构:轴向拉拔或压缩多晶体中,晶粒的一个或几个结晶学方向平 行于轴向,形成丝织构(或称纤维织构)。理想的丝织构一般沿材料 流变方向对称排列,其织构常用与轴向平行的晶向指数<UVW>表示。
➢ 面织构:某些锻压、压缩多晶材料中,晶粒往往以某一晶面法线平行 于压缩力轴向,形成面织构。常用垂直于压缩力轴向的晶面指数 {HKL}表示。
➢ 若把一个多晶体或任一单晶体放在坐标系A内,则每个晶粒坐标 系的<100>方向通常不具有初始取向,而只具有一般取向。
➢ 用具有初始取向的坐标系转到与一实际晶体(粒)坐标系重合时 所转动的角度来表达该实际晶体(粒)的取向。
初始取向
一般取向
晶体取向
2、晶体取向的表达方式
➢ 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。如在立方晶体轧制样品坐标系中用(hkl)[uvw]来表达某一晶 粒的取向,这种晶粒的取向特征为其(hkl)晶面平行于轧面,[uvw] 方向平行于轧向,还可以用[rst]=[hkl][uvw]表示平行于轧板横向 的晶向,从而构成一个标准正交矩阵,若用g代表这一取向,则:
若以1、、2为坐标 轴建立O- 12的直 角坐标系,则每一晶 粒取向( 1, , 2 ) 均可在此立体图中用 一点表示出来。在这 三维空间中用取向密 度(1, , 2 )来绘制, 就构成了取向分布图。
a. 冷轧钢板三维取向分布;b. 2=45的横截面图
X射线衍射法测织构
➢ 这种装置不仅可以以反射方式工作,也可以透射方式工作。每种方 式只能给出极图的一部分,反射法给出极图的中心部分,透射法给 出极图的边缘部分,将两种方法相互补充就可以得到一张完整极图。
X射线衍射法测织构
丝织构及其测绘方法 ➢ 丝织构:大多数晶粒的某一结晶学方向<uvw>与材料
的某个外观特征方向平行或接近平行。这种织构在冷 拉金属丝中呈现得很典型,故称为丝织构。
➢ Fcc金属的再结晶织构有:
立方织构{001}<100>;
R型织构{124}<211>;
黄铜R型织构{236}<385>。
➢ Bcc立方金属的再结晶织构通常是:
{111}<110>;{111}<112>; 高斯织构{011}<100>;
立方织构{001}<100>。
晶体学织构
(2)织构的极图表达
➢ 种类:有球面投影、极射赤面投影、心射投影等。
1、球面投影
❖ 取一相对晶体尺寸其半径极大的参考球,将安放 在球心上的晶体的晶向和晶面投影到球面上,称为 球面投影 。 ❖ 晶向迹式球面投影:将晶向延长与球面相交一点, 为该晶向迹点。 ❖ 晶面极式球面投影:由球心引晶面法向交投影球 于一点,为晶面极点。
晶体投影
❖ 球面坐标的标记 晶向、晶面之间的角度关系通过球面上 的经纬度表示,类似于地球仪。 有经线、本初子午线、纬线、赤道。 任一经线与本初子午线间夹角叫经度, 用标记。本初子午线的经度为0。
从N极沿子午线大园向赤道方向至某一 纬线间的弧度,叫极距,用标记。赤 道的极距为90。 投影点的球面坐标为(, ).
➢ 晶体x射线学中织构的表示方法有:晶体学指数表示; 极图表示 (正极图、反极图);取向分布函数表示
晶体学织构
(1)晶体学指数表示法
➢ 为了具体描述织构(即多晶体的取向分布规律),常把择优取向的结 晶学方向(晶向)及结晶学平面(晶面)跟多晶体宏观参考系相关联 起来。
➢ 宏观参考系一般与多晶体外观相关联:丝状材料一般采用轴向;板状 材料多采用轧面及轧向。
➢ 微观织构(microtexture):所有晶粒中每个晶粒的取向、取向特征以 及相对于近邻晶粒之间取向差程度的测定 。
➢ 宏观织构的类型有: 纤维织构(fiber texture):某一特殊晶向<uvw>倾向于沿着材料中单 一方向排列,而且,相对于这个晶向的所有方位角都是等同的。这 种织构发现于某些铸锭、电镀物、蒸镀薄膜,特别是冷拔丝或挤压 材料中。
➢ 板织构:轧制板材的晶粒同时受到拉力和压力的作用,因此常以某些 晶体学方向<UVW>平行于轧向,同时还以某些晶面{HKL}平行于轧 面,形成板织构。板织构常用{HKL}<UVW>表示。
晶体学织构
(1)晶体学指数表示法
➢ Fcc金属冷轧之后的织构受层错能影响很大。一般有:
铜型织构{112}<111>;
[010]
取向的欧拉转动
晶体取向
➢ 两种取向表达式的换算关系 为:
9个变量中只可能有3个变量是独立的,3个欧拉 角刚好反映出了取向的3个独立变量。
晶体学织构
1、概念 ➢ 单晶体在不同晶体学方向上的力学、电学、磁学、光学、
耐腐蚀甚至核物理等方面的性能表现出显著差异,称为各 向异性。
➢ 多晶集合体在宏观不同方向上表现出各种性能相同的现象
极图的概念:晶体在三维空间中晶体取向分布的二维极射赤面 投影,称为极图。有正极图和反极图。
正极图:将试样中各晶粒的任一(一般用低指数)晶体学面族 {HKL}和试样的外观坐标同时投影到某个外观特征面上的极射 赤面投影图,称为极图。极图用被投影的晶面族指数命名,记 {HKL}极图。
冷轧钢板实测{110}极图
S型织构{123}<634>;
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
黄铜型织构{001}<211>; 高斯织构{011}<100>。
层错能较高时铜型和S型织构成分要多一些,层错能低时,黄铜型
织构成分要多一些。
➢ Bcc金属冷轧后的织构一般是:
旋转立方织构{001}<110>; {112}<110>;
{111}<110>,{111}<112>。
取向差(Misorientation (Dg)): 一个晶粒相对于其周边其它晶粒的取 向差别. 有时也用disorientation.
不同测试方法所得结果比较:
X-射线衍射: 样品表层(100m上下)平均
EBSD:
样品表面(1m上下)各点
中子衍射: 体样平均
晶体取向
1、晶体取向的一般定义方法
➢ 设空间有一个参考直角坐标系A:0-XYZ和一个立方晶体坐标 系,当晶体坐标系的三个坐标轴分别取为:[100]//X轴, [010]//Y轴,[001]//Z轴,把这种排布方式叫初始取向e。
晶体投影
2、极射赤面投影
❖ 将球面投影再投影到赤道平面上去的一种投影。 ❖ 投影方法如图所示。
晶体投影
3、标准投影:选择晶体中对称性高的低指数晶面,如(001)、
(011)等作为投影面,将晶体中各个晶面的极点都投影到所 选的投影面上,这样的投影图称为标准投影图。
晶体投影
立方晶系标准投影图
晶体投影
3、织构的表示方法
➢ 择优取向是多晶体在空间聚集的现象,肉眼难于
准确判断其取向。为了直观地表达,必须把这种微观的空间聚集 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晶体微观取向的联系,就可直观地了解多 晶体微观的择优取向。
➢ 极密度分布:把球面上每个 投影点所代表的晶粒体积作 为这个点的权重,则这些点 在球面上的加权密度分布称 为极密度分布。球面上极密 度分布在赤面上的投影分布 图称为极图。
➢ 极密度定义:
DV
p(
,

)

Kq
s in
V
D

D
X射线衍射法测织构
式中,sin D D为p(, )的 方向元, DV为{HKL}法向落在 该方向元内的晶粒体积,V为被 试样的体积,Kq为比例系数, 令为1。
晶体学织构
反极图:材料中各晶粒对应的外观方向在晶体学取向坐标系中所 作的极射赤面投影分布图,由于和极图的投影坐标系及被投影的 对象刚好相反,故称为反极图。
因为晶体中存在对称性,所以某些取向在结构上是等效的,各种 晶系采用的极射赤面投影三角形各不相同,立方晶系的反极图用 单位极射赤面投影三角形[001]-[011]-[111]表示。
❖ 标准极式网和吴氏网直径为20cm,大园弧与小 圆弧互相均分的角度间隔为2。
晶体投影
极式网
吴氏网
晶体投影
5、吴氏网的应用 测量两极点夹角 两晶面夹角测量 晶带和晶带轴的位置关系 绕轴转动的操作
晶体取向
晶体取向(Orientation (g)): 晶体取向是指平行于外观参考系的晶体 方向; 外观参考系一般取材料的几何特 征方向或加工特征方向.
➢ 一般在丝、棒、管、镀层、沉积层中都可能会存在某种类型的丝 织构,与拉丝方向平行的晶体学方向指数<uvw>称为丝织构指数。
➢ 例:图(a)为具有丝织构的棒材, 棒中大部分晶粒的<100>方向平 行于轴方向。图(b)为横断面图, 理想丝织构的情况是材料中所 有晶粒的<100>方向均平行于棒 的轴方向。
➢ 板织构(sheet texture):多数晶粒以同一晶面{HKL}与轧面平行或 近似于平行,以同一晶向<uvw>与轧向平行或近似于平行,记为 {HKL}<uvw>。板织构从其起源上又分为轧制织构(rolling texture)和再结晶(退火)织构(annealing texture)。
晶体学织构
g11
g


g21
g12 g22
g13 u
g23



v
r s
h
k

1 0 0
对于初始取向有: e 0 1 0
g31 g32 g33 w t l
0 0 1
ND
RD TD
晶体取向
➢ Bunge定义的欧拉角:从起始取向出发,按1、、2的顺序所作 的三个转动,可以实现任意晶体取向,因此取向g可以表示成: g=(1,,2) 显然对于起始取向e有: e=(0, 0, 0)
称为各项同性。多晶体中数目众多的晶粒无序均匀分布
是其各向同性的组织结构保证。
➢ 在一般多晶体中,每个晶粒有不同于相邻晶粒的结晶学取 向,从整体上看,所有晶粒的取向是任意分布的;在某些 情况下多晶体的晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向排
列,就称为择优取向或织构。
晶体学织构
2、织构的种类
➢ 宏观织构(macrotexture):多晶体中的晶粒被看作是单一的统计集体 而不涉及局域空间中任何特定晶粒及与其相邻晶粒之间的关系。
晶体取向与多晶体织构
▪ 晶体投影 ▪ 晶体取向 ▪ 晶体学织构 ▪ X射线衍射法测织构 ▪ 极图分析 ▪ 取向分布函数 ▪ 取向分布函数计算原理 ▪ 织构分析
晶体投影
➢ 概念:把三维晶体结构中的晶向和晶面位置关系和数量关系投影 到二维平面,称为晶体投影。
➢ 目的:为了方便地研究晶体中各晶向、晶面、晶带以及对称元素 之间的关系。
➢ 在测绘极图时,通常将 无织构标样的{HKL}极密 度规定为1,将织构极密度 与无织构的标样极密度进 行比较定出织构的相对极 密度。
X射线衍射法测织构
➢ 因为空间某方向的{HKL}衍射强度IHKL(,)与该方向参加衍射的晶 粒体积成正比,因此IHKL(,)与该方向的极密度成正比,此为衍射 法测定织构的理论基础。
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