什么是择优取向?

什么是择优取向?

[拼音]：ziyou quxiang

[外文]：preferred orientation

在一般多晶体中，每个晶粒有不同于邻晶的结晶学取向，从整体看，所有晶粒的取向是任意分布的；某些情况下，晶体的晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向排列，就称为择优取向或简称织构（见晶体结构）。

形变织构

经金属塑性加工的材料，如经拉拔、挤压的线材或经轧制的金属板材，在塑性变形过程中常沿原子最密集的晶面发生滑移。滑移过程中，晶体连同其滑移面将发生转动，从而引起多晶体中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种由于冷变形而在变形金属中直接产生的晶粒择优取向称为形变织构。

纤维织构

金属材料中的晶粒以某一结晶学方向平行于 (或接近平行于)线轴方向的择优取向。由于其X射线衍射图类似于一束纤维丝给出的X射线衍射图，因此被称为纤维织构或丝织构。线材的轴被称为纤维轴。具有纤维织构的材料围绕线轴有旋转对称性，即晶粒围绕纤维轴的所有取向的几率是相等的。例如冷拉铝线，其中多数晶粒的［1 1 1］方向平行于线轴方向，其余则对线轴有不同程度的偏离，呈漫散分布。这种线材的织构称［1 1 1］纤维织构。纤维织构是最简单的择优取向，因其只牵涉一个线轴方向，需要解决的结晶学问题仅为确定纤维轴的指数［u v w ］。纤维织构的类型和完整度（即取向分布的漫散程度）主要和材料的组成，晶体结构类型和变形工艺有关。除冷拉和挤压工艺外，有时由热浸、电沉积或蒸发形成的材料的涂复层以及材料经氧化和腐蚀后表层所生成的产物都可能产生纤维织构。在实际材料中经常存在不止一种的纤维织构，如铜线中，［1 1 1］和［1 0 0］织构同时出现。

板织构

在轧制过程中，随着板材的厚度逐步减小，长度不断延伸，多数晶粒不仅倾向于以某一晶向［u v w ］平行于材料的某一特定外观方向，同时还以某一晶面(h k l )平行于材料的特定外观平面(板材表面)，这种类型的择优取向称为板织构，一般以(h k l)[u v w]表示。晶粒取向的漫散程度也按两个特征来描述。图1为经轧制后的纯铁板材的部分晶粒取向示意图，其(1 0 0)面平行于轧面，[0 1 1]方向平行于轧向，说明该板材具有一种(1 0 0)[0 1 1]织构。板织构的类型和漫散程度，除与材料的组成和晶体结构因素有关外，主要与轧制工艺有关。因此在轧制过程中为要控制稳定的织构生成，必须注意压下道次数、压下量和轧制温度等条件的影响。板材织构的对称性比纤维织构低，必须利用极图(图2)才能确切地加以描述。

再结晶织构

具有形变织构的冷加工金属，经过退火、发生再结晶以后，通常仍具有择优取向，称为退火织构或再结晶织构。这种再结晶织构可以不同于形变织构（见回复和再结晶）。再结晶织构依赖于所牵涉的再结晶过程，分为初次再结晶和二次再结晶织构。对低碳钢，特别是硅钢片的织构曾进行过很多研究。由于金属原有变形织构的漫散程度和延伸率、退火温度以及退火气氛等的差异，实际的再结晶织构的取向不同程度地偏离理论的再结晶织构取向。

再结晶织构的形成有两种理论，即定向成核学说与定向成长学说。再结晶晶粒的择优取向由一些晶核的取向所决定，这种看法最早由伯格斯（W.R.Burgers）提出，后来伯格斯等又根据马氏体切变模型提出了关于形成立方织构的定向成核理论。定向成长理论是贝克（P．A．Beck）提出来的，他认为在形变基体内存在着各种取向的晶核，其中有些晶核，因取向合适，晶界移动本领最大，在退火过程中成长最快，最后形成再结晶织构。

织构的实际应用

织构直接影响材料的物理和力学性能。材料中存在织构是有利还是有害，视对材料的性能要求而定。例如制造汽车外壳的深冲薄钢板，存在一般织构将使其变形不均匀，产生皱纹，甚至发生破裂；但具有［1 1 1］型板织构的板材，其深冲性能良好。制造变压器的硅钢片则希望使易磁化的 [1 0 0]方向平行于轧向，立方织构的硅钢片，具有很低的铁损。

织构取向的表示

织构一般用 X射线衍射法测定的极图表示。常用的有二种形式：第一种为正极图，它是一种对于材料中某一选定的低指数（h k l）面，表明其极点密度随极点取向而变化的极射赤平投影图。图2为冷轧 08Al钢板的极图。图中数字表示取向密度值，以完全无择优取向时不同方向的取向密度为1，则取向密度大于1表示试样中接近这一取向的晶粒体积大于无择优取向时具有该取向的晶粒的体积。取向密度小于1的意义相反。第二种为反极图，它是把材料某一特定方向上的晶粒取向密度绘制在单晶标准投影图上。因为是投影图，这两种方式都较难确切分析极织构的类型和定量地表示织构。

60年代后期研究工作者提出取向分布函数法 (ODF)，完善了织构的表示方法。这种方法是把分别表示材料外观和晶粒位置的二组坐标系O－A B C和O-XYZ之间的取向关系用一组欧拉角表达：即O－XYZ相对于O-A B C的任一取向均可通过三次转动ψ、θ、嗞 实现。这里，首先约定O－XYZ与O－A B C完全重合为起始取向；令O－XYZ绕OZ转动ψ角为第一转动，绕转动后的OY转动θ角为第二转动；第三转动则是再绕新的OZ继续转动嗞 角。这三个转角数值ψ、θ、嗞完全规定了 O－XYZ的取向。若以ψ、θ、嗞为坐标轴建立O－ψ θ 嗞的直角坐标系，则每一晶粒取向（ψ、θ、嗞）均可在此立体图中用一点表示出来。在这三维空间中用取向密度ω（θ、ψ、嗞）来绘制，就构成了取向分布图。多晶材料的空间取向密度ω(θ、ψ、嗞)可用一组正极图的数据经过数学变换后求得。图3a就是利用图2的数据变换成三维取向分布图。为了表达简便和清晰，经常用一组截面图代替，图3b给出嫓＝45°的横截面图，虚线表示立体图未画出部分。可见ODF法能确切地、定量地表示出材料的织构类型和取向密度漫散程度。这种方法的提出和应用，促进了织构理论和织构与性能关系的研究。