Бородкина М.М., Спектор Э. ?. Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

Μ. Μ. БОРОДКИНА, Э.Н. СПЕКТОР

Рентгенографический

анализ

текстуры металлов и

сплавов

Моc к в а «Металлургия» 1981

УДК 620.1779.152.1

Рецензент: академик Я. В. Агеев

УДК 620.179.152.1

Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов.

Бородкина М. М., Спектор Э. Η. Μ., «Металлургия», 1981.

272 с.

Приводится систематическое описание основных методов

рентгенографического исследования текстуры, включая обра-

ботку результатов с помощью ЭВМ, в том числе анализ трех-

мерных функций распределения ориентировок. Рассмотрена

разнообразная аппаратура для изучения текстур и особенности

работы на автоматическом дифрактометре ДАРТ-2,0. Обоб-

щены основные закономерности формирования текстур разно-

го вида. Приведены данные по анизотропии свойств материа-

лов, связанной с текстурой.

Рассчитана на работников научно-исследовательских ин-

ститутов, заводских лабораторий предприятий черной, цвет-

ной металлургии и машиностроительных заводов. Она также

может быть полезной для студентов старших курсов вузов и.

аспирантов указанных специальностей. Ил. 102. Табл. 23. Биб-

лиогр.. список: 253 назв.

Издательство «Металлургия», 1981

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр

Предисловие

Введение

Глава I. Описание текстуры и методы ее определения

1. Виды текстуры и их обозначения

2. Характеристика методов определения текстуры

3. Основные положения рентгенографического метода

определения текстуры

4. Описание текстуры

5. Симметрия текстуры

Галава II. Фотографические методы определения текстуры

1. Аксиальная текстура

2. Обратная решетка текстурованных образцов

3. Текстура прокатки

4. Примеры использования метода

5. Камеры и приспособления для изучения текструы

Глава III. Дифрактометрические методы определения тек-

стуры

1. Принцип методов и схемы съемок прямых полюсных фигур

2. Поправка на поглощение

3. Эффект дефокусировки

4. Прямые полюсные фигуры

5. Обратные полюсные фигуры

6. Экспрессные приближенные методы дифракто-

метрического анализа текстуры

7. Аппаратура для дифрактометрического изучения тексту-

ры

8. Применение энергодисперсиошгого анализа к исследова-

нию текстуры

Глава IV. Подготовка эксперимента

1. Приготовление образцов для анализа текстуры

2. Приготовление бестекстурного эталона

3. Подбор толщины образца

4. Юстировка текстур гониометра

5. Некоторые практические указания по съемке полюсных

фигур

6. Учет влияния текстуры при рснтгеноструктурных исследо-

ваниях

117

118

121

125

126

128

129

Стр

Глава V. Методы полуколичественной оценки текстуры по

прямым полюсным фигурам

1. Аксиальная текстура

2. Текстура прокатки

3. Оценка ориентировок слаботекстурованных материалов

4. Оценка преимущественных кристаллографических на-

правлений в плоскости листа

Глава VI. Обработка результатов рентгеновского анализа

текстуры с помощью ЭВМ

1 Построение прямых полюсных фигур

2. Определение обратных полюсных фигур

3. Вычисление трехмерных функций распределения ори-

ентировок (ФРО)

4. Взаимосвязь стереографической проекции и трех-

мерного пространства Эйлера

5. Расчет анизотропии механических и физических свойств

материала по результатам анализа ФРО

6. Другие области применения ФРО

Глава VII. Некоторые закономерности образования тексту-

ры и влияния ее на свойства металлов и сплавов

1.Пластическая деформация и текстурообразование

2. Текстура деформации

3. Текстуру рекристаллизации

4. Закономерности формирования текстуры в сплавах

Fe—Si

5 Особенности дислокационной структуры и процесса рекри-

сталлизации в текстурованном материале

6. Теоретические представления о текстурообразовании при

рекристалллизации

7. Некоторые результаты, полученные с помощью ФРО и их

трактовка

8. Неоднородность текстуры по сечению листа и проволоки

9. Текстура, формирующаяся при различных видах обработки

10. Влияние текстуры на свойства металлов и сплавов

11. Примеры применения анализа текстуры в металло-

физических исследованиях

Приложения

Библиографический список

130

131

134

138

141

145

151

161

171

174

177

178

181

193

199

205

211

218

227

230

235

247

251

261

ПРЕДИСЛОВИЕ

Разработка и производство текстурованных материалов,

высокий уровень свойств которых в определенных направле-

ниях достигается за счет использования кристаллической ани-

зотропии, получают в последнее время все более широкое

применение. Стремление управлять анизотропными свойства-

ми материалов увеличило интерес к проблеме текстурообразо-

вания. С другой стороны, изучение текстурных изменений,

происходящих при деформации, термообработке, фазовых

превращениях, облегчает понимание механизма этих процес-

сов.

Впервые связь между расположением максимумов почер-

нения на рентгенограммах деформированных металлов и тек-

стурой была показана в 1923 г. в работах Η. Ε. Успенского и С.

Т. Конобеевского. Большую роль в развитии рентгенографи-

ческого анализа текстуры в последующие годы сыграли рабо-

ты Г. С. Жданова, Г. В. Курдюмова, Г. Вассермана, Ч. Баррета,

Д. Дилламора, С. Смолмена и др.

Качественный скачок в развитии методики рентгенографи-

ческих исследований текстуры связан с началом широкого

применения в 40—50-х годах дифрактометрического анализа,

а в 60-х — ЭВМ для обработки результатов и расчета трех-

мерных функций распределения ориентировок кристаллитов.

Важность проблемы и возрастающий объем исследований

требуют всемерного расширения экспериментальных средств,

усовершенствования и автоматизации специализированной

аппаратуры, а также подготовки квалифицированных кадров.

В то же время в книгах И. П. Кудрявцева «Текстуры в метал-

лах и сплавах» (1965 г.), Г. Вассермана и И. Гревен «Текстуры

металлических материалов» (1969 г.), Д. М. Хейкера и Л. С.

Зевина «Рентгеновская дифрактометрия» (1963 г.), «Теория

образования текстур в металлах и сплавах» под ред. Н. В.

Агеева (1979 г.) и учебных пособиях Я. С. Уманского «Рентге-

нография металлов и полупроводников» (1969 г.), С. С. Горе-

лика, Л. Н. Расторгуева и Ю. А. Скакова «Рентгенографиче-

ский и электронно-оптический анализ» (1970 г.), А. А. Русако-

ва «Рентгенография металлов» (1977 г.) изложены лишь неко-

торые из методов рентгенографического анализа текстуры.

Особенности работы с автоматической аппаратурой, создан

ной за последние годы, а также обработка результатов тек-

стурного анализа с помощью ЭВМ в монографиях и учебных

пособиях не описаны.

Настоящая книга посвящена систематическому, детально-

му рассмотрению разнообразных методов рентгенографиче-

ского исследования текстуры, включая работу с автоматиче-

ской аппаратурой и обработку результатов с помощью ЭВМ,

не описанных в опубликованных до настоящего времени мо-

нографиях и учебных пособиях. Уделено внимание особенно-

стям методики в связи с разнообразием текстуры и структуры

исследуемых материалов.

На основании обобщения опубликованных в советской и

зарубежной литературе материалов и собственного опыта ра-

боты авторы попытались дать по возможности полное описа-

ние основных положений и деталей наиболее важных качест-

венных и количественных методик рентгенографического ана-

лиза текстуры. Большое внимание уделено подготовке и про-

ведению эксперимента, автоматизации сбора информации и

обработки результатов, экспрессным методам анализа тексту-

ры, особенно удобным для заводского контроля.

В отдельной главе кратко освещены современные пред-

ставления о некоторых закономерностях формирования тек-

стуры и о ее влиянии на механические и физические свойства

металлов и сплавов, изложены некоторые результаты собст-

венных исследований авторов. Рассмотрены также результаты,

полученные с помощью анализа трехмерных функций распре-

деления ориентировок.

В приложении приведены справочные данные и таблицы,

необходимые для практической работы по анализу текстуры.

Авторы выражают глубокую благодарность рецензенту

акад. Н. В. Агееву за ценные указания, сделанные им при про-

смотре рукописи.

Введение, гл. I, V, VI написаны М. М. Бородкиной, гл. II,

III, IV, VII и приложение – совместно Μ. Μ. Бородкиной и Э.

Н. Спектор.

Условные обозначения

ППФ — прямая полюсная фигура;

ОПФ — обратная полюсная фигура;

ФРО — функция распределения ориентировок кристалли-

тов; КТ — кубическая текстура {100}<100>;

ЭДУ — энергия дефектов упаковки;

θ — угол Вульфа — Брэгга для «отражающих»

плоскостей {hkl};

hkl

— нормаль к плоскостям {hkl};

В — направление одноосного воздействия, приводящее

к аксиальной текстуре, ось образца;

Т — ось текстуры;

НН — нормаль к плоскости прокатки;

НП —направление прокатки;

ПН — нормаль к НП, лежащая в плоскости прокатки;

α — угол наклона или поворота образца соответственно

вокруг горизонтальной (Y) и вертикальной (Ζ) осей гонио-

метра,

β —угол поворота образца вокруг нормали (X) к его

плоскости q.

ВВЕДЕНИЕ

Важные для техники материалы обычно имеют поликри-

сталлическую структуру. Текстурой называют закономерное

распределение ориентации кристаллической решетки отдель-

ных кристаллитов, из которых состоит материал, относитель-

но осей образца. Поскольку большинство механических, маг-

нитных и других физических свойств является функцией на-

правления в кристалле, то при наличии преимущественной

кристаллической ориентировки, появляется анизотропия

свойств в поликристаллическом образце.

Создание благоприятных текстур открывает возможность

использования природной анизотропии свойств кристалличе-

ских тел. Текстура играет важную роль среди других парамет-

ров, определяющих свойства. Как способ повышения свойств

в заданном направлении текстурования находит все большее

применение в технологии производства различных металлов и

сплавов, таких как трансформаторная сталь, конструкционные

материалы, прецизионные сплавы и др.

В ряде случаев к материалам предъявляются требования

изотропности свойств. Например, наличие острой текстуры в

листовых материалах, подвергающихся штамповке или глубо-

кой вытяжке, нежелательно, так как вызывает образование

трещин и фестонов, обрезка которых приводит к лишнему

расходу материала. Магнитные материалы, работающие в ус-

ловиях кольцевого магнитного потока (динамная сталь), также

должны обладать изотропными свойствами в плоскости листа.

В этих случаях стремились подобрать такую технологию изго-

товления, при которой текстура не развивалась. В последнее

время было установлено, что наилучшие свойства получаются

не в отсутствие текстуры, а при наличии текстуры особого ти-

па, так называемой «плоскостной» текстуры, когда с плоско-

стью листа преимущественно совпадает определенная кри-

сталлографическая плоскость, а кристаллографические на-

правления строго не фиксируются. Все это указывает на необ-

ходимость изучения закономерностей формирования текстуры

с целью управления ею и зависящими от нее свойствами. Ха-

рактер образующейся текстуры с точки зрения ее симметрии

определяется как симметрией внешнего поля напряжений, так

и симметрией решетки. В зависимости от уcловий

возникновения различают текстуры: роста, деформации, рек-

ристаллизации. К текстурам роста, прежде всего, относится

текстура литья. В процессе кристаллизации слитков вследст-

вие направленного отвода тепла происходит ориентированный

рост столбчатых кристаллов. В последнее время получает раз-

витие метод направленной кристаллизации, при котором соз-

дают условия ускоренного отвода тепла в направлении оси

слитка. После затвердевания такой слиток состоит из длинных

кристаллов, вытянутых вдоль его оси. При этом с направлени-

ем оси слитка преимущественно совпадает определенное кри-

сталлографическое направление. Исходная текстура слитка

оказывает влияние на текстуру и структуру, формирующиеся в

процессе последующей деформации.

Текстурой роста обладают также металлы, полученные

электролитическим путем. В этом случае характер ориентиро-

вок зерен зависит как от структуры осаждаемого металла, так

и от структуры и текстуры электрода, состава электролита,

плотности тока и других параметров процесса осаждения.

Преимущественные ориентировки наблюдаются и в тонких

металлических пленках, полученных конденсацией паров.

Помимо природы осаждаемого металла, они зависят от темпе-

ратуры и текстуры подложки, что обусловлено эпитаксиаль-

ным ростом. Основной причиной образования текстур роста

является анизотропия линейной скорости роста при кристал-

лизации.

Наибольший интерес представляют текстуры, возникаю-

щие при пластической деформации и рекристаллизационном

отжиге, поскольку эти виды обработки являются наиболее

распространенными.

Изучение текстур также представляет большой теоретиче-

ский интерес, поскольку позволяет лучше понять механизм

пластической деформации, рекристаллизации и других про-

цессов, протекающих при обработке металлов и сплавов. Сле-

дует учитывать, что наличие текстуры в деформированной

матрице приводит к тому, что рекристаллизация и фазовые

превращения происходят в анизотропной среде, возникают

условия, благоприятные для закономерной перестройки ре-

шетки, в результате которой формируется текстура рекристал-

лизации твердого раствора, а иногда и фаз выделения.

Необходимость управления текстурообразованием предо-

пределила развитие методик, позволяющих производить