Структура металлов

Баррет Ч.С.

Металлургиздат, 1948 г.

ТЕКСТУРЫ ДЕФОРМАЦИИ

При пластической деформации поликристаллического металла ориентация решетки в каждом зерне изменяется в сторону преимущественной ориентировки, при которой определенные кристаллографические направления совпадают с главными направлениями течения металла. Процесс изменения ориентировки происходит постепенно; он обычно выявляется на рентгенограмме только после уменьшения поперечного сечения металла на одну треть или наполовину, и не заканчивается до тех пор, пока это уменьшение не достигнет 90% или больше. Природа преимущественной  ориентировки или «текстуры деформации», которая в конце концов достигается, и процесс ее достижения зависят от рода металла и характера течения (величины трех главных деформаций). Этому явлению уделялось много внимания вследствие его связи со свойствами промышленных материалов. Свойства мелкозернистого металла с произвольной ориентировкой зерен идентичны во всех направлениях (при отсутствии вытянутых включений, ликвации, вытянутых границ между зернами), тогда как у металла с преимущественной ориентировкой зерен свойства зависят от направления («анизотропия»), что может быть опасным в случае глубокой вытяжки листового материала. Ориентировки, образовавшиеся в процессе деформирования, не становятся снова произвольными в результате рекристаллизации при последующем отжиге, а переходят, как правило, в новые ориентировки, известные под названием «текстур рекристаллизации», рассматриваемые в следующей главе. Поэтому обычно необходимо производить тщательный контроль процесса прокатки и отжига для изготовления листов, деформирующихся в процессе последующей глубокой вытяжки одинаково во всех направлениях. Преимущественные ориентировки имеют также первостепенное значение при производстве стали для электрических приборов и аппаратов, так как магнитная анизотропия желательна для некоторых назначений и непригодна для других. Анизотропия рассматривается в главе XXI.

В первой части данной главы рассматриваются текстуры деформации, получающиеся при протяжке проволоки, ковке, вытяжке и сжатии, т. е. при одноосных напряжениях, а также разбираются теории, предложенные для объяснения текстур. Во второй част^ главы рассматриваются текстуры, получающиеся при прокатке и других процессах деформации.

Текстура проволоки часто описывается как «волокнистая текстура» (одноосная текстура), потому что она напоминает расположение в естественных волокнистых материалах. В идеальном случае текстуру образуют ориентировки, имеющие определенное кристаллографическое направление, параллельное оси проволоки. Эта текстура симметрична по отношению к оси проволоки, которая обозначается как «ось волокна» [ось текстуры]. Часто наблюдающиеся отклонения от идеальной текстуры могут быть следствиями:

1) отклонения от идеального положения или наложения произвольной ориентировки на идеальную текстуру;

2) «двойной, волокнистой текстуры», в которой с осью текстуры могут совпадать в разных кристаллитах два различных кристаллографических направления;

3) нарушения структуры поверхностных слоев от трения или других внешних факторов,

Текстуры поликристаллических проволок.

 Длякубических гранецентрированных (к. г. ц.) металлов текстура проволоки является, обычно, двойной волокнистой структурой (двойной текстурой)' с направлениями [111] и [100], параллельными оси проволоки, т. е. в кристаллитах параллельно оси проволоки устанавливаются направления либо [111] либо [100], и, кроме того, часть кристаллитов беспорядочно ориентирована по отношению к оси проволоки. Распределение кристаллов между этими двумя направлениями в процентном отношении, как это показали измерения Шмида и Вассермана , приведенные в табл. 21, у разных металлов бывает различно. Свинец аналогичен алюминию с единой текстурой [111], тогда как никель имеет двойную текстуру, как у меди. Латунь с содержанием более 10% Zn³ напоминает по текстуре серебро, так же как и бронза с 5% Siи медь с 30% Ag⁴.

Металлыс объемноцентрированной кубической решеткой (о. ц. к.) имеют простую текстуру [110]. Это было обнаружено на железе Эттиш, Поляни и Вайсенбергом  и затем было многократно подтверждено.

Текстурапроволоки металлов с гексагональной решеткой менее доступна для истолкования. Как полагали вначале, в проволоке из магния параллельно оси проволоки могут устанавливаться любые направления, лежащие в плоскости базиса (благодаря отклонению от идеальной ориентировки) . Однако более поздние работы по протяжке и вытяжке доуметалла (сплав магния с алюминием, марганцем и цинком) показали, что вдоль оси проволоки устанавливается лишь одно определенное направление, лежащее в плоскости базиса, а именно, — при низкотемпературной протяжке  направление [210]. При 450° ось волокна смещается к [100]. Температура, при которой плоскость сдвига приближается к плоскости (101) и направление — к направлению с плотной упаковкой [ПО] — равняется 225°, и не связана с этим изменением текстуры. Морелл и Ханавалт предполагали, что двойной сдвиг в направлении [110], как видно, необходим, для объяснения низкотемпературной текстуры, тогда как для объяснения высокотемпературной текстуры достаточно допустить наличие простого одиночного сдвига.

В проволоке из цинка гексагональная ось образует с осью проволоки угол около 70°. Эта текстура получается только после сильного обжатия; меньшие обжатия дают структуру, в которой гексагональная ось располагается вдоль оси проволоки. Цирконий имеет текстуру, аналогичную магнию, itе. направление [210] плоскости базиса параллельно оси проволоки, и ряд с плотной упаковкой атомов находится под углом 30° к оси¹.

Причиной образования при протяжке металлов с гексагональной решеткой такой текстуры, в которой плоскость базиса не параллельна оси проволоки, является двойникование. Исследования монокристаллов показали, что двойникование происходит довольно часто, особенно в цинке, когда плоскость базиса поворачивается в положение, почти параллельное оси проволоки, в результате чего эта плоскость внезапно переориентируется в положение, сильно отличающееся от исходного (смещение для цинка на 85°55').

Прессованныепрутки обычно имеют такую же текстуру, что и протянутая проволока. Это обстоятельство справедливо для магния и кубических металлов, но не наблюдается на цинке. Прессованные прутки из сплава цинка (10% Al, 2% Сu и 0,03% Mg) имеют текстуру, в которой плоскость базиса параллельна оси прессования. Прессованный чистый цинк имеет плоскость базиса как в параллельном, так и в перпендикулярном положении по отношению к оси прессования . Протяжка через матрицу после прессования изменяет эту текстуру путем двойникования и поворота до тех пор, пока не получится нормальная текстура протяжки, что наблюдается при обжатии 50% или больше.

Проволока, полученная прокаткой и волочением, имеет в центральной части такую же текстуру, как и в случае протяжки через матрицу. Однако наружные слои почти при любом методе деформации имеют ориентировки, не наблюдающиеся в центре. Отклонения относительно ориентировки, наблюдающейся внутри проволоки, являются наибольшими в наружных слоях и уменьшаются по мере последовательного стравливания слоев металла. Металл в центре тонкой проволоки имеет большие отклонения, чем в центре проволоки большого сечения. Шмид и Вассерман показали, что в твердотянутой медной проволоке оси волокон в этих наружных слоях наклоняются к оси проволоки, как это показано стрелками на фиг. 296. Направления стрелок в различных концентрических зонах этой фигуры показывают направления осей волокон кристаллов (например [111] и [100] для меди). Угол наклона достигает у некоторых металлов кубической системы от 8 до 10. Длина стрелок показывает интенсивность ориентировки в. каждой зоне. Коническое расположение стрелок привело к созданию термина «коническая волокнистая текстура». Эта зональная структура получается вследствие конического (ила иррегулярного) характера течения металла в процессе деформации, и поэтому в некоторой степени изменяется в зависимости от условий процесса деформации, как-то: прямая или обратная протяжка, конструкция фильеры, протяжка или прокатка и т. д.