基本介紹
- 中文名：退火織構
- 外文名：annealing texture
- 釋義：金屬材料變形並退火後產生的織構
- 影響因素：變形方式、變形程度、退火工藝等
- 理論基礎：定向成核理論和定向生長理論
- 別稱：再結晶織構
退火織構的理論,退火組織的三種結構,影響再結晶織構形成的因素,退火織構的利弊,
退火織構的理論
曾經提出兩類主要機理來說明退火織構。一類涉及到定向生核， 另--類沙及到定向成長。定向生核理論建立在這樣的假設上，就是再結晶晶粒的位向完全取決於再結晶晶核的位向。但是，還沒有從理論或實驗上建立--種可以預計在既存的許多位中，哪些稱起晶核作用的普遍法則。
定向成長理論的基本原理是，再結晶晶粒新具有形變織構的基體材料聲長時，某些位位向的成長速率耍比其他位向更快些。具體講，當新形成的再結品晶粒與玲加工基體在位向上接近時， 原子只能緩慢地從應變基體向再結晶晶粒轉移；當再結晶晶粒與基體在位向上有某種形式的差別時，則成長速度最快。曾有科學家將這種定向成長觀點用於除某些涉及到單晶形變實驗所得織構以外的各種織構。之所以不適用於形變單晶，是因為它缺乏在位向上有利於成長的晶核。大量實驗結果都可以由這類定向成長理論來加以解釋。一些基本實驗喪明， 當晶界為孿晶界時，晶界遷移速率很慢； 當基體為細晶粒，並且具有與新晶粒的位向相近的單晶織構時，晶界遷移速率也很慢。一般講，當再結晶晶粒與相鄰的冷加工金屬之間為低能界面時，遷移率低;為高能界面時，遷移率高。
對於面心立方金屬，繞[110]轉動0°或60°所形成的界面，是低界面能的，上述角度之間的轉動是高界面能的。發現繞[111)轉動30°~40°有利於界面獲得高遷移率。如果認為控制界面遷移速率的過程類似於沿界面的自擴散，則可以解釋界面遷移率與晶面能之間的關係。這是因為高能界面的自由擴散比低能界面的自由擴散快些。
退火組織的三種結構
退火織構包括回復織構、再結晶織構及二次再結晶織構等。實踐中發現具有變形織構的金屬退火時有三種織構改變的可能性：
(1)與變形織構一致。這種情況包括回復織構及一 部分再結晶織構。
(2)退火織構與變形織構完全不同或部分不同。這是再結晶織構、二次再結晶織構最為常見的情況。例如，具有面心立方晶格的鋁及鋁合金中的銅型變形織構{112}<111> + {110}<112>轉變成再結晶立方織構{100} <001>。
(3)退火後晶粒任意取向，即變形織構消失，也不產生退火織構，這種情況較少見。回復過程主要涉及亞晶形成及長大，所以回復織構與變形織構基本一致。退火再結晶織構與變形織構通常是不同的。
影響再結晶織構形成的因素
1、化學成分的影響。化學成分對再結晶織構影響很大，有時微量元素都表現出明顯的作用。例如，在高純鋁中含有少量的鐵等雜質，在高溫再結晶時能強烈抑制立方織構形成。成分的影響極為複雜，應通過實驗來具體了解其規律性。
2、原始組織的影響。哈金遜等指出，原始組織及冷軋量對3004鋁合金退火後的織構有明顯的影響，如圖所示，其中織構的存在以制耳程度表示。該圖表明，退火前進行正確的預處理，可得到合理的織構成分，因而消除制耳的影響。
原始顯微組織結構與冷軋量對制耳行為的影響3、退火工藝因素的影響。退火溫度及保溫時間是影響再結晶的重要因素。實驗指出，很多金屬在較低溫度退火或快速加熱至高溫短時退火後結晶織構與變形織構相同或基本相同。因為這種條件下生成的各種再結晶晶核與變形材料各微觀區域中胞狀亞晶位向一致(定向形核)。升高溫度或延長保溫時間，再結晶晶粒發生長大，一定條件下發生二次再結晶等過程。此時，因某些位向晶粒擇優生長( 定向生長)而使再結晶織構發生重大變化。
4、退火前冷變形程度的影響。冷變形程度的影響較為複雜：一方面變形程度提高有利於變形織構形成，以及某種織構的明顯化，因而有利於增加與變形基體具有一定位向關係的再結晶晶核。但另一方面，提高變形程度也增加顯微不均勻性，例如，切變帶、過渡帶等，因而也可能增大晶核位向的混亂程度。由此可見，增加變形程度的最終結果較難預測。例如，對某些面心立方晶格金屬來說，為了生成明顯的{100}(001)立方織構，則必須有高的冷軋變形程度。如高純鋁變形程度需大於95%，小於此種變形程度則將生成一些其他類型的擇優取向，因而減小立方織構的完整性。總之，由於再結晶織構的影響因素遠較變形織構複雜，因此除了解其一般的特點外，更重要的是通過生產實踐及科學實驗來掌握織構變化的規律性。
退火織構的利弊
利用織構來改善材料的性能主要體軟磁材料上。如變壓器鋼希望得到高斯織構或立方織構。 前者只有一個方嚮導磁率高，而後者在板面兩個互相垂直的方向上均有高的導磁率，故分別稱單取向及雙取向織構。若使用這種具有<001>型織構的矽鋼片來製造變壓器，就能大大減少鐵損，提高效率。此外，彈性合金也可以利用織構的各向異性。如立方晶格金屬在<111>晶向彈性模量最高，則可順<111>方向截取彈性元件。鋼板中若得到具有扁平晶粒(煎餅結構)的{11}再結晶織構， 則深拉性能非常好，可減小深拉工序的能量消耗。密排六方晶格金屬可利用織構來得到強化，例如有理想(0001) 織構的鈹板和鈦板，在平面負荷雙向應力作用下具有很高強度，特別適用於製造承受雙向應力的工件，如高壓鍋爐壁等。但在很多場合下，織構卻是有害的。特別是用具有某種明顯板織構的材料深拉(衝壓)製品時，由於機械性能的各向異性， 會出現制耳現象(及表面呈木紋花樣等。除影響使用性能和表面質量外，並將使工藝過程更為複雜(如需要增加切平耳子的工序)。為防止退火織構帶來的各向異性，針對具體合金可採取一些措施。例如：
1)控制退火前的變形程度。如為了防止面心立方晶格金屬出現立方織構，退火前的變形程變應較小。
2)退火在較低溫下進行或快速高溫短時加熱，控制與定向生長有關的晶粒長大及二次再結晶等過程。
3)加入一定量的其它元素或減少某些元素的含量，以抑制某種織構的生成。
