Тема № 3.

Тема № 4.

Тема № 5.

Тема № 6.

Тема № 7.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бельченко Г.И., Губенко С.И. «Основи металографии и пластической деформации»: М., Машиностроение, 1987г.

2. Золотаревский B.C. «Механические свойства металлов», М.,Машиностроение, 1983г.

3. Новиков И.И. «Дефекты кристаллического строения», М., Машиностроение,1975г.

Текстуры деформации

1. Общие представления, классификация текстур

Под текстурой понимают анизотропное, упорядоченно-ориентированное относительно внешней системы коорди­нат расположение в твердом теле образующих его со­ставных частей.

На практике часто приходится встречаться с метал­лами или сплавами, состоящими из кристаллитов, име­ющих вытянутую волокнистую форму, или со сплавами со строчечным расположением частиц одной или нескольких фаз, входящих в данный сплав. Подобного ти­па текстуру часто называют механической. Она означа­ет анизотропию внешней формы частиц, образующих данное тело, и (или) анизотропию их взаиморасположе­ния.

Значительно более распространенными и практичес­ки важными являются кристаллографические текстуры, под которыми понимают наличие преимущественных кристаллографических ориентировок, или, иными словами, определенной закономерности в пространственной ориентировке кристаллических решеток отдельных со­ставных частей твердого тела.

Чаще всего мы сталкиваемся с кристаллографичес­кой текстурой в поликристаллических телах. В этом слу­чае определенной преимущественной кристаллографиче­ской ориентировкой обладают отдельные кристаллиты или их микрообъемы.

Применительно к монокристаллу, в котором есть од­на единственная ориентировка, понятие текстура не име­ет смысла. Если же в результате пластической деформа­ции монокристалла в отдельных его микрообъемах про­изошли изменения кристаллографической ориентировки, приведшие к возникновению новых преимущественных ориентации, то это свидетельствует об образовании тек­стуры.

Кристаллографическая и механическая текстуры да­леко не всегда связаны между собой. Как правило, в ре-кристаллизованных материалах кристаллиты, характе­ризующиеся четкой кристаллографической текстурой,

имеют изотропную внешнюю форму. Кристаллиты, име­ющие по тем или иным причинам анизотропную форму, могут характеризоваться случайными кристаллографи­ческими ориентировками.

Текстуры образуются вследствие ориентированного воздействия на тело внешних или внутренних сил. Эти силы могут быть вызваны механическими напряжения­ми, магнитными, электрическими или тепловыми поля­ми и др. Текстуры возникают при различных технологи­ческих процессах: кристаллизации, пластической дефор­мации, получении тонких слоев и осадков, укладке ани­зотропных по форме частиц порошков и др.

Практически любая пластическая деформация, за исключением деформации по схеме всестороннего сжа­тия, сопровождается образованием кристаллографичес­кой текстуры того или иного типа и той или иной интен­сивности.

В книге рассматриваются кристаллографические тек­стуры, образующиеся при деформации, а также при по­следующей рекристаллизации, которые далее обознача­ются просто текстура.

Практическое значение текстур обусловлено вызы­ваемой ими анизотропией свойств, которая в ряде слу­чаев весьма эффективно используется, а в других, на­оборот, нежелательна.

Значимость текстур и научно обоснованное управле­ние ими требуют понимания механизма текстурообразования.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕКСТУР. Классификация тек­стур базируется на том, что к одному классу относят текстуры со сходной закономерностью в пространствен­ном расположении определенных кристаллографических направлений и (или) плоскостей, или элементов симмет­рии. Текстуры, в которых предпочтительно ориентиро­ванными в пространстве являются какие-то кристалло­графические направления, называются осевыми, кри­сталлографические плоскости — плоскими, плоскости и лежащие в них направления — полными.

Чаще других среди осевых текстур встречаются:

Аксиальная текстура — характерна тем, что все зер­на (или группа зерен) данного поликристалла ориенти­рованы параллельно друг другу и некоторому направ­лению в изделии определенным кристаллографическим направлением <unw>. Это направление называют осью аксиальной текстуры или просто осью текстуры. Вокруг оси текстуры Р кристаллиты могут быть по­вернуты произвольно (рис. 157). Следовательно, при на­личии аксиальной текстуры ориентировка кристаллитов обладает одной степенью свободы.

Примером аксиальной текстуры являются текстуры, возникающие в проволоке при ее протяжке (волочении), образующиеся при экструзии, а также высадке.

Рис. 157, Аксиальная текстура. Сфе­рические проекции нормалей к плоскостям двух совокупностей. F — ось текстуры, D — ось образца (схема)

Рис. 158. Кольцевая текстура на примере гексагональной симметрии. Ось <0001> перпендикулярна оси образца D—D (схема)

Как правило, в волоченой проволоке кристаллогра­фическая ось текстуры F совпадает с осью проволоки D.

Коническая текстура — характерна тем, что кристал­лографическое направление <uvw> располагается под углом φ к оси образца, образуя коническую поверхность. Если угол φ=0, коническая текстура обращается в ак­сиальную.

Кольцевая текстура — ее можно рассматривать как частный случай конической текстуры, когда угол φ = 90°.

Особенности этой текстуры хорошо иллюстрируются на примере ориентировки частиц с гексагональной ре­шеткой (рис. 158).

Пусть гексагональная базисная плоскость Б парал­лельна оси проволоки D—D. При вращении плоскости Б вокруг гексагональной оси F проекция этой плоскости на окружности проекций (точка Р_j) не смещается, а при вращении вокруг оси проволоки D—D описывает круг.

Иначе ведут себя призматические плоскости П, па­раллельные оси шестого порядка. При вращении вокруг оси F проекции этих плоскостей (одна из них точка Р₂) описывают большой круг, перпендикулярный кругу про­екций, а при одновременном вращении вокруг оси D — D проекции Р₂ покроют всю поверхность сферы.

Таким образом, при кольцевой текстуре плоскости, параллельные оси текстуры (в рассматриваемом слу­чае — оси шестого порядка), оказываются ориентирован­ными произвольно вокруг этой оси, тогда как плоскость базиса ориентирована анизотропно.

Этот случай указывает на то, что беспорядочное рас­положение кристаллографических плоскостей какого-либо одного типа в пространстве еще не может служить основанием для заключения об отсутствии текстуры — необходимо проверить ориентировку нескольких типов плоскостей.

Плоская текстура или текстура осадки представля­ет собой по существу аксиальную текстуру. Фиксирован­ная плоскость {НЫ} может быть повернута в разных кри­сталлитах произвольно вокруг нормали к этой плоско­сти.

Полная текстура или текстура прокатки — та, в ко­торой фиксированными являются ориентировка в изде­лии определенной кристаллографической плоскости {hkl} и определенного направления <uvw>, лежаще­го в этой плоскости.

Основным и наиболее распространенным примером такой текстуры является текстура в прокатанных листо­вых металлах. В них кристаллиты располагаются па­раллельно плоскости прокатки с плоскостью {hkl} и на­правлением прокатки <uvw>, лежащим в плоскости {hkl}. Такая текстура записывается символом {hkl} <uvw>.

Из изложенного следует, что при полной текстуре, или, как ее часто называют, текстуре прокатки, ориен­тировка кристаллитов в пространстве оказывается стро­го фиксированной, т. е. не обладает ни одной степенью свободы.

Некоторые часто встречающиеся текстуры прокатки с характерными ориентировками в литературе обознача­ют общепринятыми терминами. Так, текстуру, в кото­рой параллельно поверхности листа располагаются пло­скости куба {100}, а вдоль листа (вдоль направления

прокатки)—направление ребра куба <001>, называ­ют текстурой куба (рис. 159,а). Ее символ {100} <001>. Текстуру, в которой параллельно плоскости листа ориентирована плоскость {110} (плоскость ромби­ческого додекаэдра), а вдоль листа — ребро куба <001>, лежащее в плоскости {110}, называют ребро­вой текстурой или текстурой Госса (рис. 159,6). Ее сим­вол {110} <001>.

Если все кристаллиты изделия имеют одну ориенти­ровку, точнее ориентировку, описываемую одним симво­лом, то мы имеем дело с однокомпонентной текстурой. Если же одна часть кристаллитов имеет одну ориенти­ровку, другая — вторую и т.д., то изделие обладает мно­гокомпонентной текстурой. В последнем случае обозна­чение текстуры включает символы всех или основ­ных ориентировок (всех компонентов текстуры), причем записываются они в определенной последо­вательности. Первым записывается символ наибо­лее интенсивной ориентировки, т. е. той текстурной компоненты, которой обладает наибольший объем мате­риала (наибольшее число кристаллитов) и далее в по­рядке убывания интенсивности «веса» ориентировки.

Так, текстура железа после холодной прокатки с большим обжатием содержит следующие три основные текстурные компоненты, записанные в порядке убыва­ния их интенсивности: {112} <110>; {100} <011>; {111} <112>.

Аксиальная текстура волоченых проволок ряда ме­таллов с г.д.к. решеткой записывается так: <111>, <100>. Эта запись означает, что текстура содержит две ориентировки, из которых компонента <111> встре­чается чаще (у большего числа кристаллитов).

Подчеркиваем, что описанная многокомпонентная текстура относится к случаю, когда различными ориен­тировками обладают соседние микрообъемы одного макрообъема изделия. Такими микрообъемами могут быть отдельные зерна, различавшиеся исходной (до деформа­ции) ориентировкой. Но очень часто, а точнее, как пра­вило, текстура деформации не одинакова даже в объеме одного и того же исходного зерна. Приграничные и внут­ренние объемы кристаллитов, полосы деформации и пе­реходные полосы — эти и другие микрообъемы различа­ются характером дислокационного скольжения и, как следствие, характером текстуры. Этот случай не следует путать с тем, когда по характеру текстуры различаются макрообъемы изделия. Последнее представляет собой текстурную макро неоднородность, вызванную неодина­ковыми условиями течения металла в разных сечениях изделия. Чаще всего такая макро неоднородность обусловлена действием сил трения между металлом и де­формирующим инструментом (валками, волочильным оч­ком и т.п.). При этом наблюдается различие в характе­ре текстуры во внешних и внутренних слоях изделия (примеры см. ниже). При производстве изделий слож­ной формы неодинаковые условия истечения металла мо­гут быть вызваны различием в формоизменении в раз­ных сечениях детали.

Рис. 159. Схема кристаллографической ориентировки кристаллитов в листовом материале в случае кубической (справа) и ребровой (слева) текстуры