材料分析測(cè)試方法.ppt

1、第七章 多晶體織構(gòu)的測(cè)定,概述 極射赤面投影法 織構(gòu)的種類與表示方法 織構(gòu)測(cè)定(絲織構(gòu)、極圖、反極圖,材料分析測(cè)試方法,多晶鋁衍射譜,冷軋板,粉末,7-1 概述,材料分析測(cè)試方法,一、各向同性與各向異性 各向異性：?jiǎn)尉w在不同晶體學(xué)方向上的性能（力學(xué)性能、物理性能、耐蝕性等）表現(xiàn)出顯著差異的現(xiàn)象。 各向同性：多晶體在宏觀不同方向上表現(xiàn)出各種性能相同的現(xiàn)象。一般情況下，多晶材料中數(shù)目眾多的晶粒無(wú)序均勻分布，即在不同方向上取向幾率相同，多晶體的各種性能在不同宏觀方向上相同,Al-Cu合金,材料分析測(cè)試方法,二、擇優(yōu)取向（織構(gòu)） 多晶體材料在制備、合成及加工等工藝過(guò)程中，晶粒在不同程度上圍繞某些特殊

2、的取向偏聚的現(xiàn)像，該現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向或簡(jiǎn)稱織構(gòu),材料分析測(cè)試方法,三、織構(gòu)的產(chǎn)生 形變織構(gòu)：材料經(jīng)塑性加工（如經(jīng)拉拔擠壓的線材或經(jīng)軋制的金屬板材），在塑性變形過(guò)程中常沿原子最密集的晶面發(fā)生滑移?；七^(guò)程中，晶體連同其滑移面將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起多晶體中晶粒方位出現(xiàn)一定程度的有序化。這種由于冷變形而在變形金屬中直接產(chǎn)生的晶粒擇優(yōu)取向稱為形變織構(gòu)。 形變織構(gòu)常有纖維織構(gòu)、板織構(gòu)等幾種類型,再結(jié)晶織構(gòu) ：具有形變織構(gòu)的冷加工金屬，經(jīng)過(guò)退火、 發(fā)生再結(jié)晶以后，通常仍具有擇優(yōu)取向，稱為退火織構(gòu)或再結(jié)晶織構(gòu),材料分析測(cè)試方法,材料分析測(cè)試方法,三、織構(gòu)的應(yīng)用 織構(gòu)直接影響材料的物理和力學(xué)性能。材料中存在織構(gòu)

3、是有利還是有害視對(duì)材料的性能要求而定。 例如制造汽車外殼的深沖薄鋼板存在一般織構(gòu)將使其變形不均勻產(chǎn)生皺紋甚至發(fā)生破裂但具有（111）型板織構(gòu)的板材其深沖性能良好。 制造變壓器的硅鋼片則希望使易磁化的 100方向平行于軋向，立方織構(gòu)的硅鋼片，具有很低的鐵損,7-2 極射赤面投影法,材料分析測(cè)試方法,在晶體學(xué)及X射線衍射工作中，需要用一種方法將一個(gè)立體的晶體（或晶體點(diǎn)陣中的一個(gè)晶胞）投影到一個(gè)平面上，以便很簡(jiǎn)單而明確地表示晶體點(diǎn)陣中各個(gè)晶面的取向及其夾角間、晶帶間的關(guān)系以及對(duì)稱性等特性。 兩種方法：球面投影和極射赤面投影,球面投影,材料分析測(cè)試方法,將一個(gè)很小的晶體放在一個(gè)大圓球（稱參考球或極球）

4、的中心處，由晶體的各個(gè)不同晶面作它們的法線，與參考球的球面相交為許多點(diǎn)（稱極點(diǎn)），這種投影稱為晶體的球面投影,球面投影,材料分析測(cè)試方法,與參考球相比，晶體的相對(duì)體積很小，因此可以認(rèn)為每個(gè)晶面都穿過(guò)球心。任何通過(guò)球心的平面都和球面相交成“大圓”，任何不通過(guò)球心的平面都和球面相交成“小圓,一般規(guī)律,如果幾個(gè)相交的平面(通過(guò)球心)具有一定的夾角，那么它們的法線在球面上的極點(diǎn)P1、P2、P3等也有一定的角距離。 如果這些晶面屬于晶體中的同一晶帶，那么它們的法線在同一平面上，因而它們的極點(diǎn)P1、P2、P3在同一大圓上，而其晶帶軸的極點(diǎn)在90以外，即垂直于大圓的直徑和參考球面所形成的極點(diǎn),材料分析測(cè)試方

5、法,極射赤面投影,材料分析測(cè)試方法,直接極圖是按極射赤道平面投影 (簡(jiǎn)稱極射赤面投影)法繪制的。 極射赤面投影，主要用來(lái)表示線、面的方位，及其相互之間的角距關(guān)系和運(yùn)動(dòng)軌跡，可將晶體三維空間的幾何要素（面、線）投影到平面上來(lái)進(jìn)行研究。 特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便、直觀、是一種形象、綜合的定量圖解。在晶體學(xué)、地質(zhì)學(xué)和航海上被廣泛地應(yīng)用,材料分析測(cè)試方法,投影球的赤道大圓平面試樣被測(cè)面重合，軋面法線投影到大圓的圓心，軋制方向與大圓豎直直徑相重，橫向與水平直徑重合，放置在球心的晶體，某晶面法線與上半球面的交點(diǎn)為P，由下半球南極向P點(diǎn)引出投射線，與赤道平面大圓的交點(diǎn)P，即為此晶面 (法線) 的極射赤面投影,投影原理

6、,投影要素1、投影球2、赤平面:過(guò)投影球球心的水平面3、基圓:赤平面與球面相交的大圓（赤面大圓）。凡過(guò)球心的平面與球面相交的大圓，統(tǒng)稱為大圓，不過(guò)球心的平面與球面相交所成的圓統(tǒng)稱小圓。 4、極射點(diǎn): 球上兩極發(fā)射點(diǎn)，分上半球投影和下球投影,材料分析測(cè)試方法,被投影的晶體置于一參考球的球心O，并假定晶體的所有晶向、晶面都通過(guò)該球心,材料分析測(cè)試方法,一、極射赤面投影法的特點(diǎn),投影線為射線，取參考球面上一點(diǎn)B為投影點(diǎn)。 投影面是垂直于通過(guò)B點(diǎn)的參考球直徑并與參考球相切的平面,材料分析測(cè)試方法,大圓與基園 過(guò)參考球心O且平行于投影面的平面與球O相交成一大圓（N E S W ）。 連接B點(diǎn)與大圓上各點(diǎn)

7、與投影面交點(diǎn)所構(gòu)成的圓稱基圓，晶體的所有投影點(diǎn)都在此投影基圓內(nèi),材料分析測(cè)試方法,晶向與晶面投影的獲得 晶向或晶面法線延長(zhǎng)與參考球相交，交點(diǎn)稱露出點(diǎn)，如圖中P；從投影點(diǎn)B出發(fā)到P點(diǎn)作投射線，此射線與投影面的交點(diǎn)即晶向或晶面投影點(diǎn)，亦稱極點(diǎn)，如圖中P點(diǎn),材料分析測(cè)試方法,晶向與晶面投影的獲得 晶面還可用它的延伸面與參考球相交的跡徑來(lái)代表，這個(gè)跡徑是個(gè)大圓，顯然它的投影是以基圓直徑為弦的大圓弧,材料分析測(cè)試方法,為確定極射面投影圖上極點(diǎn)的位置以及測(cè)量極點(diǎn)間的夾角關(guān)系，需為其建立一個(gè)坐標(biāo)網(wǎng)，這就是烏氏網(wǎng)。烏氏網(wǎng)就像地球的經(jīng)緯線，由刻劃在參考球上的網(wǎng)絡(luò)投影而來(lái),材料分析測(cè)試方法,二、烏氏網(wǎng),取參考球一

8、直徑NS為南北極，通過(guò)球心O并垂直于NS的大圓為赤道，平行于赤道大圓的一系列等角距離的平面與參考球相交形成緯線，通過(guò)NS軸等距離平面形成經(jīng)線,材料分析測(cè)試方法,被測(cè)晶體投影圖的基圓直徑應(yīng)與烏氏網(wǎng)相同，投影圖畫在透明紙上，將其與烏氏網(wǎng)疊放并中心重合,材料分析測(cè)試方法,烏氏網(wǎng)用法,某極點(diǎn)M的位置可用它的經(jīng)度和緯度表示。 兩極點(diǎn)間的夾角測(cè)定：轉(zhuǎn)動(dòng)投影圖，使二極點(diǎn)處于同一經(jīng)線大圓（包括基圓）或赤道上，二點(diǎn)間緯度差或赤道上經(jīng)度差即為極點(diǎn)間夾角,材料分析測(cè)試方法,烏氏網(wǎng)用法,材料分析測(cè)試方法,求與已知極點(diǎn)P成等夾角的軌跡： 若夾角較?。ㄈ?0），轉(zhuǎn)動(dòng)投影圖使極點(diǎn)P位于烏氏網(wǎng)的赤道線WE上，在P點(diǎn)兩側(cè)求出兩

9、等角距點(diǎn)Q、R，PQ=PR= 30，以QR為直徑作圓(圓心P)，此小圓即為與P點(diǎn)成30角的點(diǎn)的軌跡。 若夾角較大（50），使Q、R中一點(diǎn)落于基圓外，則可過(guò)P點(diǎn)作一經(jīng)線大圓，在P點(diǎn)二側(cè)的大圓上求出與其夾角為50的兩點(diǎn)M、T，將其與赤道上的一點(diǎn)共三點(diǎn)求圓P，此圓即欲求點(diǎn)軌跡。 若夾角為90，則過(guò)赤道與P點(diǎn)相距90的點(diǎn)F的經(jīng)線大圓NFS即為此軌跡。NFS還可視為一平面的跡線，P點(diǎn)為其法線的投影點(diǎn),材料分析測(cè)試方法,極點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)在烏氏網(wǎng)上操作，可將極點(diǎn)繞確定軸轉(zhuǎn)動(dòng)到新的位置。 轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于投影面，軸的投影即為基圓圓心，只需將極點(diǎn)P在它所在的圓周上向指定方向轉(zhuǎn)過(guò)預(yù)定有角度到達(dá)P即可,在極射赤面投影中，

10、用一個(gè)點(diǎn)就能代表晶體中的一組晶向或晶面，這對(duì)于處理晶體的取向問(wèn)題非常方便。 對(duì)具有一定點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的單晶體，選擇某個(gè)低指數(shù)晶面作為投影面，將各晶面向此面投影，就得到單晶體的標(biāo)準(zhǔn)投影圖,材料分析測(cè)試方法,三、單晶體的標(biāo)準(zhǔn)投影圖,材料分析測(cè)試方法,立方晶系的標(biāo)準(zhǔn)投影圖,材料分析測(cè)試方法,001）標(biāo)準(zhǔn)投影圖,110）標(biāo)準(zhǔn)投影圖,111）標(biāo)準(zhǔn)投影圖,材料分析測(cè)試方法,7-3 織構(gòu)的種類及表示,材料分析測(cè)試方法,一、織構(gòu)的分類 按其擇優(yōu)取向分布的特點(diǎn)分為兩大類,1. 絲織構(gòu)（纖維織構(gòu),材料分析測(cè)試方法,定義：一種晶粒取向軸對(duì)稱分布的織構(gòu)。 形成：存在于拉、軋或擠壓成形的絲、棒材及各種表面鍍層中。 對(duì)金屬材料

11、進(jìn)行塑性加工，在塑性變形過(guò)程中常沿原子最密集的晶面發(fā)生滑移?；七^(guò)程中，晶體連同其滑移面將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起多晶體中晶粒方位出現(xiàn)一定程度的有序化 特點(diǎn)：多晶體中各種晶粒的某晶向uvw與絲軸或鍍層表面法線平行，則以u(píng)vw為指數(shù)，如鐵絲有110織構(gòu)，鋁絲有111織構(gòu),絲織構(gòu),絲織構(gòu)的類型和完整度（即取向分布的漫散程度）主要和材料的組成、晶體結(jié)構(gòu)類型和變形工藝有關(guān)。 除冷拉和擠壓工藝外，有時(shí)由熱浸電沉積或蒸發(fā)形成的涂覆層以及材料經(jīng)氧化和腐蝕后表層所生成的產(chǎn)物都可能產(chǎn)生纖維織構(gòu)。 在實(shí)際材料中經(jīng)常存在不止一種的纖維織構(gòu)，如銅線中和織構(gòu)同時(shí)出現(xiàn),材料分析測(cè)試方法,2. 板織構(gòu),材料分析測(cè)試方法,定義：多

12、數(shù)晶粒不僅傾向于以某一晶向平行于材料的某一特定外觀方向，同時(shí)還以某一晶面（hkl）平行于材料的特定外觀平面（板材表面），這種類型的擇優(yōu)取向稱為板織構(gòu)。 形成：在軋制、旋壓等方法成型的板狀、片狀工件中。 特點(diǎn)：多晶體中各晶粒的某晶向uvw與軋向平行，某晶面與軋面平行。如冷軋鋁板有112110織構(gòu)，鐵合金中會(huì)出現(xiàn)001（100）立方織構(gòu),軋制后部分晶粒取向示意圖： 若（100）面平行于軋面，011方向平行于軋向說(shuō)明該板材具有一種(100)011織構(gòu),軋向,板織構(gòu),材料分析測(cè)試方法,材料分析測(cè)試方法,織構(gòu)的極圖表示,無(wú)序,絲織構(gòu),板織構(gòu),二、織構(gòu)的表示方法,材料分析測(cè)試方法,擇優(yōu)取向是多晶體在空間中

13、集聚的現(xiàn)象，肉眼難于準(zhǔn)確判定其取向，為了直觀地表示，必須把這種微觀的空間集聚取向的位置、角度、密度分布與材料的宏觀外觀坐標(biāo)系（拉絲及纖維的軸向，軋板的軋向、橫向、板面法向）聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)材料宏觀的外觀坐標(biāo)系與微觀取向的聯(lián)系，就可直觀地了解多晶體微觀的擇優(yōu)取向。 晶體X射線學(xué)中織構(gòu)表示方法有： 晶體學(xué)指數(shù)表示 極圖：直接極圖、反極圖 取向分布函數(shù),為了具體描述織構(gòu)，常把擇優(yōu)取向的晶體學(xué)方向 （晶向）及晶體學(xué)平面（晶面）與多晶體宏觀參考系關(guān)連起來(lái)。 宏觀參考系一般與多晶體外觀相關(guān)連： 絲狀材料一般采用軸向； 板狀材料多采用軋面及軋向,1. 晶體學(xué)指數(shù)表示,材料分析測(cè)試方法,2. 極圖表示,材料分析

14、測(cè)試方法,極圖：晶體在三維空間中取向分布的二維極射赤面投影。 直接極圖（正極圖）：是一種對(duì)于材料中某一選定的低指數(shù)（hkl）面表明其極點(diǎn)密度隨極點(diǎn)取向而變化的極射赤面投影圖。以多晶體材料的特征外觀方向（軋制平面法向、軋制方向及橫向）作為宏觀參考系的三個(gè)坐標(biāo)軸，取軋制平面為投影面，將多晶材料中每個(gè)晶粒的某一低指數(shù)晶面（hkl）法線用極射赤面投影的方法投影在此平面上得到多晶材料的（hkl）極圖,如圖為冷軋鋁板實(shí)測(cè)111極圖。圖中數(shù)字表示取向密度值以完全無(wú)擇優(yōu)取向時(shí)不同方向的取向密度為1，則取向密度大于1，表示試樣中接近這一取向的晶粒體積大于無(wú)擇優(yōu)取向時(shí)具有該取向的晶粒的體積。取向密度小于1的意義相

15、反,圖冷軋鋁板111極圖,材料分析測(cè)試方法,材料分析測(cè)試方法,反極圖：是把材料某一特定方向上的晶粒取向密度繪制在單晶標(biāo)準(zhǔn)投影圖上。以晶體的三個(gè)主要晶軸（或低指數(shù)晶向）為參照坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸，取與晶體主要晶軸垂直的平面作投影面，將與某一外觀方向平行的晶向的空間分布用極射赤道平面投影的方法投影在此平面上，得到多晶體材料的此特征方向的反極圖,材料分析測(cè)試方法,極圖和反極圖都是二維圖像表達(dá)晶體三維的取向分布，這就造成了它必然的不足之處，特別是在織構(gòu)復(fù)雜和漫散的情況下可能會(huì)造成誤判。為了彌補(bǔ)極圖和反極圖的不完善，20世紀(jì)60年代提出用三個(gè)參數(shù)描述織構(gòu)的方法，即三維取向分布函數(shù)。 ODF法能確切地、定量地表示