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

Подождите немного. Документ загружается.

температуре, может быть химическая неоднородность по

его объему, возникающая при нагреве в печи с недостаточно

высоким вакуумом. В результате образующаяся при после-

дующем отжиге текстура рекристаллизации центральных и

наружных слоев также будет различной.

Неоднородность текстуры по сечению играет большую

роль в тонких листах, поскольку доля поверхностных слоев

возрастает с уменьшением толщины.

9. ТЕКСТУРА, ФОРМИРУЮЩАЯСЯ ПРИ РАЗЛИЧ-

НЫХ ВИДАХ ОБРАБОТКИ

Текстура, полученная в условиях сверхпластичности. При

обычном статическом нагружении образцы разрушаются с об-

разованием шейки при относительном удлинении не более

50%. В результате так называемой «сверхпластической» де-

формации для материалов, испытывающих фазовое превраще-

ние в процессе деформации, возможно аномально резкое уве-

личение пластичности, до 1000% и больше при сохранении

удовлетворительной прочности и практически без образования

шейки. Для однофазных материалов относительное удлинение

при этом намного ниже — порядка 100—300%.

Эффект «сверхпластичности» проявляется при определен-

ных, оптимальных температурно-скоростных условиях де-

формации (в области T

дeф

= 0,4÷0,8 Tпл при ε=10

-2

÷10

-3

-1

для

материалов с исходной равноосной сверхмелкозернистой

структурой D

= 0,5÷5 мкм.). При хорошо развитой субзерен-

ной структуре с четкими субграницами оптимальный размер

зерен может быть до 8—10 мкм.

Экспериментально установлено, что основным механизмом

в условиях сверхпластичности является зерно-граничное

скольжение, связанное со взаимным разворотом зерен на

большие углы, а при больших деформациях — и с взаимным

перемещением соседних зерен. Внутризеренное (дислокаци-

онное) скольжение при этом менее существенно. Так как обра-

зование кристаллографической текстуры в большей мере обу-

словлено внутризеренным скольжением, то деформация в ус-

ловиях сверхпластичности не способствует созданию значи-

тельной текстуры в исходном бестекстурном материале. Если

же исходный материал текстурован, то деформация приводит

230

к уменьшению интенсивности и увеличению рассеяния

текстуры [220—223]. Это установлено, например, при растя-

жении для обеих фаз в двухфазных сплавах Zп—22% Аl и

Си—41% Zп [222] и для прокатанной однофазной стали

12Х18Н10Т.

Если материал имеет исходную текстуру, а температура

деформации относительно высока, то может наблюдаться по-

явление новой ориентировки. Такая ориентировка

{11З}<112>, соответствующая текстуре рекристаллизации,

отмечалась для α-фазы сплава Сu—41%Zn после деформации

растяжением на 80% при 600° С в режиме сверхпластичности

(в исходном прокатанном состоянии α-фаза с г. ц. к. решеткой

характеризуется основной текстурой {110}<112>, а β-фаза с о

ц. к. {100} <110>). При дальнейшем удлинении образца до

300— 400% при той же температуре ориентировка {113},

<112>, так же как и исходная, ослабевает [222]. То, что новая

ориентировка, получающаяся при деформации в условиях

сверхпластичности, связана с текстурой рекристаллизации (с

текстурой роста), а не с внутри-зеренным скольжением, было

подтверждено, например, в работе [223] на исходном тексту-

рованном сплаве Zn— 22% Аl, деформированном при 250° С.

Текстура, возникающая при различных видах деформации.

Изменение схемы напряженного состояния при деформации

влечет за собой изменение типа текстуры, как это следует из

теоретического рассмотрения симметрии текстуры (гл. I, раз-

дел 7).

При перекрестной прокатке, заключающейся в том, что

лист последовательно прокатывают в двух взаимно перпенди-

кулярных направлениях, образуется текстура, представляющая

собой наложение двух текстур обычной прокатки, повернутых

друг относительно друга на 90°, т. е. возникает симметрия в

расположении кристаллов с осью 4-го порядка, перпендику-

лярной листу (рис. 93) Поэтому такую схему деформации ис-

пользуют, например, для получения специальной упругой или

магнитной анизотропии, соответствующей текстуре, при кото-

рой вдоль ПН направлена ось <001> (например, кубической

текстуре). Однако, несмотря на указанные преимущества, этот

метод не имеет широкого применения в производстве, так как

не позволяет получить материал в рулонах.

Текстура холоднокатаных труб зависит от соотношения

231

изменения толщины стенок к изменению диаметра трубы

[1]. Если при деформации в основном утоняются стенки, а

диаметр меняется мало и равномерно, то образуется цилинд-

рическая текстура, обозначаемая так же, как и текстура про-

катки. Это правомерно, поскольку при цилиндрической тек-

стуре наряду с осью текстуры, параллельной образующей тру-

бы, имеются преимущественно расположенные кристаллогра-

фические плоскости, параллельные этой образующей.

Рис. 93. Полюсная фигура {100} меди после перекрестной прокатки (степень

деформации 96%) [1].

Поэтому разрезанная вдоль образующей и развернутая тру-

ба сходна с листом. Если же толщина стенки и диаметр трубы

уменьшаются в равной мере, то возникает текстура, близкая к

аксиальной, для которой ось волокна параллельна образующей

трубы. В обоих случаях текстура является характерной для

анализируемого материала трубы. Так, например, для холод-

нотянутых тонкостенных труб из стали

232

12Х18Н1ОТ рентгенографически установлена

текстура

прокатки {135} <112> + {110} <100> + {110} <112> и текстура

растяжения <111>. В общем случае текстура прокатки получа-

ется при отношении изменения толщины стенки к диаметру

трубы больше 2,5, а аксиальная — меньше двух.

Наряду с прокаткой и волочением нашли применение такие

процессы деформации, как экструдирование и плющение про-

волоки. О текстуре, развивающейся в процессе экструдирова-

ния, известно очень мало. В средних слоях материала с г. ц. к.

решеткой текстура совпадает с текстурой волочения <111> +

<100>, тогда как в наружных слоях преобладают ориентиров-

ки конического типа. На интенсивность и количественное со-

отношение ориентировок в центральных слоях наряду со сте-

пенью деформации в значительной степени влияют специфи-

ческие параметры экструзии: «угол захвата» (угол конической

части фильеры) и скорость экструзии.

Текстура ленты, полученной плющением проволоки, зави-

сит от соотношения степени деформации при волочении и по-

следующем плющении, однако в большой мере наследуется

исходная текстура проволоки. Так, основной компонентой

текстуры плющеной ленты толщиной 10 мкм из сплава Fе—

5О%Ni является ориентировка {112} <111> независимо от

диаметра исходной проволоки (0,5—0,05 мм) [239], тогда как

для текстуры холоднокатаной ленты той же толщины — ори-

ентировка {110} <112>.

Текстура кристаллизации. В слитке обычно имеется зна-

чительная по размеру зона столбчатых кристаллов, продоль-

ные оси которых перпендикулярны стенкам изложницы. Рост

столбчатых кристаллов обусловлен направленным отводом

тепла к стенкам. Иногда зона столбчатых кристаллов занимает

практически весь объем слитка (транскристаллизация), что

имеет место, например, при непрерывной разливке с охлаж-

даемым кристаллизатором.

Направленный рост кристаллов приводит к появлению как

механической, так и кристаллографической текстуры аксиаль-

ного типа. Вдоль оси столбчатых кристаллов располагается

Истомина Э. С Влияние структуры и текстуры на механические свойства аусте-

нитной стали при линейном и плоском напряженном состояниях. Автореф. канд. дис.

Киев, 1974.

233

направление наиболее быстрого роста. Для металлов с ку-

бической решеткой — это <100>, а с г.п. <

21.0> для Мg и

<00.1>—для Сd и Zn. Наличие аксиальных текстур с указан-

ными ориентировками (табл. 7 Приложения) было подтвер-

ждено рентгенографически [1 ,7 26].

При «направленной кристаллизации» создают условия от-

вода тепла в направлении оси слитка, что позволяет получить

слиток с аксиальной текстурой, например для материалов с

кубической решеткой <100>. Наличие текстуры в литой заго-

товке (если ее не разрушают ковкой) оказывает влияние на

формирование текстуры прокатки. На использовании тексту-

ры кристаллизации основан один из методов получения куби-

ческой текстуры в листах трансформаторной стали [188].

Текстура осажденных слоев. Слои металла, полученные в

результате электролитического осаждения на катоде или на

подложке, внесенной в атмосферу паров металла в вакууме,

обычно характеризуются аксиальной текстурой. Ось текстуры,

если слои осажаются на аморфном материале, как правило,

параллельны направлению тока либо потоку частиц соответ-

ственно способу осаждения. Текстура осажденных слоев влия-

ет на термоэлектрические, магнитные и другие физические

свойства и на технологические характеристики.

Эксприментальные данные о текстуре осажденных слоев

весьма разноречивы, что связано с большим числом факторов,

влияющих на ее получение. Например, для электроосаждения

это материал и качество поверхности катода, его положение во

время осаждения, толщина осажденного слоя, плотность тока,

температура и концентрация электролита, значение РН [1,7,

25].

Общие закономерности образования текстурованных слоев

на аморфной подложке состоят в том, что на самых ранних

стадиях электроосаждения плоскости {hkl}, наиболее плотно

упакованные атомами, располагаются параллельно плоскости

катода. Характерны [1,25] следующие аксиальные текстуры:

<110> для металлов с г. ц. к , <111> — с о. ц. к. и <00.1> — с г.

п. решеткой (табл. 7 Приложения). При вакуумном осаждении

паров на аморфной подложке возникают текстуры: <111> (ре-

же <110>) для металлов с г. ц. к., <00.1> с г. п. и очень слабая

текстура — для металлов с о. ц. к. решеткой. На более поздних

стадиях осаждения текстура может измениться.

234

Если осаждение в электролите или в атмосфере паров ме-

таллов производится на текстурованный катод или подложку,

то текстура осажденного слоя, кроме указанных выше факто-

ров, зависит от текстуры подложки.

Текстура порошковых материалов. При свободной за-

сыпке в прессформу порошка, представляющего собой смесь

неравноосных частиц, может образоваться так называемая

«текстура укладки» [73]. Это обусловлено тем, что частицы

некоторых материалов после дробления частично огранены

плоскостями скола и при падении в прессформу укладываются

Друг к другу преимущественно этими плоскостями В резуль-

тате создается текстура, близкая к аксиальной, ось которой

перпендикулярна соответствующим плоскостям скола и па-

раллельна оси прессформы. Такая текстура проявляется тем

сильнее, чем больше неравноосность частиц, что свойственно

крупнозернистым и хрупким материалам, дробление которых

связано с хрупким разрушением. В работе [73] было установ-

лено, что для материалов с кубической решеткой (теллуридов

свинца и олова) осями текстуры «укладки» являются <100> и

<110>, а для графита с гексагональной решеткой <00.1>.

Холодное прессование с небольшими степенями обжатия

порошка, свободно засыпанного в прессформу, способствует

лучшей укладке частиц, что приводит к усилению текстуры,

особенно на поверхности, примыкающей к пуансону. При го-

рячем прессовании исходная текстура, как правило, ослабля-

ется или же заменяется новой, специфической текстурой рек-

ристаллизации.

10. ВЛИЯНИЕ ТЕКСТУРЫ НА СВОЙСТВА МЕТАЛ-

ЛОВ И СПЛАВОВ

Анизотропия физических и механических свойств. Ани-

зотропия свойств пластически деформированных металлов и

сплавов обусловлена тремя типами текстуры: «механической»,

«дислокационной» и кристаллографической.

«Механическая текстура»

связана с тем, что при значи-

тельной деформации зерна, неметаллические включения,

Термин «механическая текстура» часто используется в литературе, например в

[1, 4, 7, 225]

235

расслоения и другие элементы структуры принимают вы-

тянутую форму (строчечность, волокнистость) вдоль основно-

го направления течения металла. Анализ неравноосности зе-

рен подтверждает, что при этом каждое зерно деформируется

так же, как и весь образец в целом. Например, в результате

прокатки зерна сплющиваются в направлении, перпендику-

лярном плоскости листа, и вытягиваются вдоль НП, а ширина

их в плоскости прокатки меняется незначительно.

Механическая текстура приводит к анизотропии механиче-

ских свойств в плоскости листа. При испытании на растяже-

ние она проявляется в основном на конечном участке кривой

напряжение — деформация. Механическую текстуру трудно

рассчитать теоретически, поэтому при ее описании, как прави-

ло, ограничиваются экспериментальными данными.

«Дислокационная текстура» вызвана анизотропным рас-

пределением дислокаций, получающимся благодаря их ориен-

тированному перераспределению в процессе деформации. От-

мечено [24], что для прокатанных с большими степенями об-

жатия о.ц.к. металлов с большой ЭДУ (Мо, W) наблюдается не

только вытянутость зерен, но и ячеек дислокационной струк-

туры вдоль НП. Если же деформация при повышенной темпе-

ратуре сопровождается полигонизацией, то эти вытянутые

ячейки дополнительно разбиваются на более мелкие области,

также параллельные направлению НП. Кроме того, например,

для сплава Fе—50% Ni с г. ц. к. решеткой [189] и для Fе—3%

Si с о. ц. к. решеткой наблюдаются скопления дислокаций, вы-

тянутые вдоль ПН.

Дислокационная текстура в основном влияет на анизотро-

пию сопротивления малым пластическим деформациям (пре-

дела упругости, предела текучести) [160,225— 227], приводит

к появлению ориентированных напряжений и к эффекту Бау-

шингера.

Кристаллографическая текстура поликристаллического

материала обусловлена анизотропным распределением ориен-

тировок и зависит от типа кристаллической решетки и анизо-

тропии данного свойства соответствующих кристаллов.

В нетекстурованном поликристаллическом материале,

представляющем собой конгломерат большого числа стати-

стически равновероятно расположенных кристаллитов, анизо-

тропия свойств не проявляется. Текстурованный материал с

236

закономерным расположением кристаллитов характеризу-

ется анизотропией свойств, которая тем значительнее, чем

больше степень деформации, ниже симметрия решетки и

больше коэффициент анизотропии данного свойства соответ-

ствующего монокристалла. Очевидно, что если в текстурован-

ном поликристалле меняется кристаллографическая текстура,

например в результате рекристаллизации, то это ведет к изме-

нению анизотропии свойств

. Если же текстурованный мате-

риал характеризуется несколькими ориентировками, оказы-

вающими противоположное действие на анизотропию данного

свойства, то в итоге может проявиться статистическая квазии-

зотропность свойств для поликристалла.

Небольшие легирующие добавки и примеси незначительно

меняют анизотропию механических и упругих свойств за счет

кристаллографической текстуры для холоднодеформирован-

ного состояния. В значительно большей степени они влияют

на текстуру rорячедеформированного или отожженного со-

стояния, если для него характерна текстура рекристаллизации,

отличная от текстуры деформации.

Кристаллографическая текстура в отличие от механической

оказывает влияние в основном на начальный участок кривой

напряжение — деформация. Влияние механической и кри-

сталлографической текстуры может быть разделено экспери-

ментально, например, исходя из того, что при увеличении от 0

до 90° угла между направлением вырезки образца и осью во-

локна для аксиальной текстуры (или с направлением НП в

плоскости листа для текстуры прокатки) прочностные свойст-

ва за счет механической текстуры должны монотонно возрас-

тать, а пластические— снижаться. Кристаллографическая тек-

стура, связанная с ориентационной зависимостью свойств, на-

рушает эту монотонность.

Относительное влияние механической текстуры тем боль-

ше, чем выше степень деформации и чем меньше анизотропия

данного свойства для соответствующего монокристалла. На-

пример, для прокатанного поликристаллического вольфрама,

для которого кристаллографическая текстура практически от-

сутствует, анизотропия Е, связана, очевидно, с механической

текстурой [159].

Связь анизотропии свойств с кристаллографической текстурой подробно рас-

смотрена в работах [1, 228].

237

Ниже приводятся экспериментальные данные по анизотро-

пии различных механических и физических свойств для поли-

кристаллических материалов с разным типом кристаллической

решетки.

Анизотропия модуля упругости (Е) определяется в основ-

ном кристаллографической текстурой. Ее изучению посвяще-

но большое число теоретических и экспериментальных иссле-

дований. Теоретический расчет анизотропии Е в плоскости

прокатанного листа для деформированной и рекристаллизо-

ванной меди, исходя из данных о кристаллографической тек-

стуре, был сделан Веертсом. Предполагалось, что анизотропия

Е зависит от количества мате-

риала сданной ориентировкой

и что текстура деформации ме-

ди описывается в равных долях

компонентами {110}<112> и

{112} <111>, текстура рекри-

сталлизации {100} <l00>. По-

лученная теоретически модуле-

грамма (рис. 94) оказалась хо-

рошо совпадающей с экспери-

ментальной. Аналогичное со-

ответствие установлено и для

прокатанного железа с тексту-

рой {100}<110> + {112}<110>.

Характер анизотропии Е

(табл. 6 Приложения) для холоднокатаных с большими степе-

нями обжатия металлов и сплавов определяется [229] коэффи-

циентом анизотропии модуля упругости соответствующих

кристаллов. Для всех материалов с г. ц. к. решеткой

111

110

100

) коэффициент A* больше единицы, соответст-

венно и анизотропия Е в плоскости листа однотипна:

**. Для гексагональных материалов не наблюдается

однотипная зависимость Е от направления

Рис. 94. Анизотропия модуля упруго-

сти в плоскости листа меди по дан-

ным Веертса

а — прокатанное состояние, б —

ре-кристаллизованное состояние

* Для изотропного кристалла А=1. Чем выше степень анизотропии, тем больше

отличие коэффициента А от единицы.

** Углы 0, 45 и 90° измеряются между НП и направлением вырезки образцов, в

котором определяется данная характеристика материала

238

в листе в силу различия значений А и многообразия тексту-

ры, обусловленного разным участием механизмов базисного,

призматического скольжения и двойникования в процессе де-

формации. Для металлов и сплавов о.ц.к. решеткой установлен

разный характер анизотропии Е, обусловленный различием в

анизотропии Е для монокристаллов: для молибдена и ниобия

100

110

111

A<1, в то время, как для железа и его сплавов

111

110

100

и A>1. В результате и анизотропия Е для прока-

танного листа в первом случае будет E

, а во втором

. Степень анизотропии Е для поликристаллов при-

близительно соответствует величине А. Так, для меди и ее

сплавов анизотропия Е гораздо выше, чем для никеля, а в нио-

бии больше, чем в Мо. Для алюминия и особенно вольфрама

коэффициент анизотропии А близок к единице.

Анизотропия предела упругости

упр

(сопротивления ма-

лым пластическим деформациям) не связана однозначно с

кристаллографической, а обусловлена в основном дислокаци-

онной текстурой [160, 226, 227 и др.]. Для прокатанных со

степенями обжатия более 20% металлов и сплавов с разным

типом кристаллической решетки (г.ц.к., о.ц.к., г.п.) и разной

ЭДУ наблюдается однотипная анизотропия предела упругости

>σ

в плоскости листа, в то время как кристаллографи-

ческая текстура для них различна. Связь анизотропии σ

yпр

основном с «дислокационной текстурой» подтверждается

также тем, что дополнительная, небольшая (на 8%) попереч-

ная прокатка алюминиевой бронзы, не влияя практически на

кристаллографическую и «механическую текстуру», изменяет

в то же время характер анизотропии σ

yпp

на противоположный

по отношению к первоначальному.

Степень анизотропии σ

yпp

в деформированном состоянии

тем выше, чем меньше склонность дислокаций к поперечному

скольжению (ниже температура деформации, меньше ЭДУ)

[160]. В результате для материалов с г.ц.к. решеткой анизо-

тропия σ

yпp

при прочих сопоставимых параметрах (степени

деформации и гомологической температуры прокатки) выра-

жена в большей мере, чем

Значение σyпp на плоских образцах определялось путем продольного изгиба по

методу Рахштада и Штремеля, как величина, пропорциональная модулю упругости.

239