金屬材料織構分析：從另一個角度解析形變、再結晶和相變
2024-12-20 15:54:14
作者：金屬材料科學與技術 來源：金屬材料科學與技術
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金屬材料中，所談及的織構概念（texture）是來源于天然纖維或織物的結構和織構，如圖1所示。我們日常生活中常見的這些“織構”類型。為此，在多晶體中，晶粒取向分布狀態明顯偏離隨機分布的微組織結構，就稱為織構。
大多數固態材料，包括金屬、陶瓷和礦物，都具有多晶結構，因為它們由大量的單個微小晶粒或晶粒單元組成。織構涉及到這些材料的特性，也就是晶體學取向及其不同組分的組成，或稱為多晶化合物的晶體學織構或簡單的織構。織構的重要意義在于許多材料特性的各向異性。織構特性的具體要求數值取決于測定該性質的結晶方向。在大多數情況下，多晶材料中的晶粒取向，無論是自然存在的還是通過技術制造的，都不是隨機分布的，在某些取向的偏愛實際上可能會影響材料性能，最高可達性能值的20％至50％。因此，織構的確定和分析在材料技術中至關重要。此外，對材料進行熱機械處理期間的織構變化分析可得出有關潛在機理的有價值信息，包括變形、再結晶或相變。還有，在地質學中，質地分析可以洞悉導致數百萬年前巖層形成的地質過程。現在，可以使用多種材料分析技術來有效地表征材料的織構。眾所周知的x射線或中子衍射方法，被稱為宏觀織構技術。通過在透射或掃描電子顯微鏡中測量各個方向并與微觀結構直接相關，從而產生了微觀織構。微觀織構的實踐主要是通過電子反向散射衍射的應用而發展起來的，現在可以從微觀結構中的預定坐標自動測量取向，這通常被稱為取向映射。從目前可用的全部織構技術中，可以獲取有關材料加工、腐蝕、斷裂、疲勞、晶界特性以及其他具有晶體學成分現象直觀理解。也就是說，通常情況下，將X射線衍射XRD檢測模擬得到的織構變化圖，稱為宏觀織構，而將電子背散射衍射EBSD（圖2）所重構的織構變化圖，稱為微觀織構。本質上而言，二者在測得晶粒最優化取向分布時，所利用的統計方法是不同的，前者是總體晶粒的統計規律，而后者是針對單個晶粒而進行的。
圖2 EBSD電子背散射衍射檢測器幾何結構示意圖。然后，對于織構的外在圖形表達，也有多種不同的參考體系和描繪方式。可以選用極圖（圖3）的描繪織構的方法，初步定位可能出現的織構類型。
圖3 單晶以特定的方式定向到樣品形成立體投影后生成極圖。通過這種立體投影后，可以得到相應的不同工藝條件件的極圖表達，如圖4所示。
然后，再利用在歐拉空間中進行切片顯示的方式，來構建物相的取向密度分布函數ODF截面分布圖，并輔以織構強度曲線圖來表征。這種微織構分析用于不同鋼鐵材料表征，如圖5所示。
圖5 微觀織構分析用于不同鋼鐵材料表征（Song, 2014)這種定向顯微鏡/制圖是EBSD和微織構領域的一項具有里程碑意義的創新，因為它將定向直接鏈接到微觀結構。換句話說，晶體取向圖以類似于通過掃描電鏡SEM中的能量色散光譜法，在微觀結構中映射化學元素的方式如實地描繪了微觀結構的取向成分，這些與晶晶體學有關。由于更深入地考慮了定向映射的潛力和功能，因此出現了許多微妙的應用，將迄今為止無法實現的量化程度引入了微觀組織結構的定義。晶體取向分布圖可以突出顯示微觀組織結構的不同方面，更加有效地進行微觀組織結構的自主化設計。
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