純鐵純度對其再結(jié)晶織構(gòu)及晶粒Schmid因子的影響
高新強(qiáng)1，彭偉1，范增為1，白佳鑫2，韋習(xí)成1，董瀚1
(1. 上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 上海 200444；2. 河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司， 河北 武安 056300)
摘要：為了研究純鐵純度對其再結(jié)晶織構(gòu)及Schmid因子的影響，以商業(yè)的2N8、3N5純鐵和實(shí)驗(yàn)室制備的4N級公斤級高純鐵為原料，通過退火再結(jié)晶和EBSD研究了2N、3N、4N純度純鐵再結(jié)晶織構(gòu)特征和晶粒的Schmid因子。結(jié)果表明，2N8、3N5和4N3純鐵的晶粒組織均為等軸鐵素體，殘余應(yīng)力少、位錯密度低，樣品再結(jié)晶完全。其中，2N8和3N5純鐵的織構(gòu)呈現(xiàn)出相同的分散分布特征，而4N3高純鐵織構(gòu)特征集中，隨機(jī)織構(gòu)較少。ODF圖和取向線分布密度進(jìn)一步表明，2N8和3N5純鐵具有相似的α織構(gòu){hkl}〈110〉和γ織構(gòu){111}〈uvw〉特征及變化趨勢，即兩者都在α取向線的{111}〈110〉取向具有較高的分布密度和γ取向線密度隨φ1的增大而有降低；而4N3高純鐵具有〈113〉||X和γ織構(gòu)特征，且包含利于材料力學(xué)性能各向異性的{332}〈113〉織構(gòu)，另外，其γ取向線密度隨φ1的增大逐漸升高，直至{111}〈112〉取向密度高于2N8和3N5純鐵。晶粒Schmid因子及其頻率分布直方圖結(jié)果表明，2N、3N、4N純鐵均存在低Schmid因子晶粒被高Schmid因子晶粒包圍的現(xiàn)象，且在{110}〈111〉、{112}〈111〉和{123}〈111〉這3個(gè)滑移系下晶粒Schmid因子總和平均值為0.467(4N3)＞0.461(3N5)＞0.459(2N8)，呈現(xiàn)出純鐵晶粒Schmid因子總和平均值隨純度增大的趨勢；根據(jù)Schmid定律可知，4N3純鐵的織構(gòu)特征最有利于其變形。綜上所述，在本工作中，隨著純鐵純度由2N8提升至4N3，樣品中雜質(zhì)原子減少，促進(jìn)了4N3高純鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈的〈113〉||X和γ織構(gòu)特征以及利于材料力學(xué)性能各向異性的{332}〈113〉織構(gòu)，增大了其晶粒Schmid因子總和平均值。
關(guān)鍵詞：高純鐵；EBSD；再結(jié)晶；織構(gòu)；Schmid因子
1 引言
一般用金屬材料的化學(xué)雜質(zhì)含量作為其純度的標(biāo)準(zhǔn)，常用Nine的首字母N來表示。而鐵的純度通常用數(shù)字加字母N來表示，如2N8表示純度為99.8%。純鐵按照純度分類可分為工業(yè)純鐵(2N、3N)、高純鐵(4N級)和超純鐵(5N、6N)。高純鐵和超純鐵具有獨(dú)特的物化特性及力學(xué)性能，主要作為磁性器件材料和鋼鐵材料的關(guān)鍵基礎(chǔ)原料使用，近年來在航空航天、電子信息、生物醫(yī)藥、食品化工和軍事工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。最近，各國學(xué)者關(guān)于純鐵再結(jié)晶組織特征進(jìn)行了廣泛的研究。Nagashima F等通過正交切削和軋制對比，研究了塑性變形對純鐵顯微組織和靜態(tài)再結(jié)晶的影響，結(jié)果表明切削過程比軋制過程更有利于產(chǎn)生超細(xì)再結(jié)晶晶粒。Suwa Y等研究了變形狀態(tài)下產(chǎn)生的組織不均勻性對再結(jié)晶動力學(xué)和織構(gòu)發(fā)展的影響，結(jié)果表明，在壓下率為99.8%的冷軋2N8純鐵中，其退火再結(jié)晶過程中的軋制織構(gòu)具有高穩(wěn)定性。林燕等研究了3N純鐵在90%壓下量軋制后經(jīng)620 ℃退火過程中再結(jié)晶晶界面的取向分布，發(fā)現(xiàn)晶界面取向分布會先向{111}集中，而后轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠蛴谄渌鄠€(gè)晶面。Obayi C S等評估了軋制方式對純度2N8多晶純鐵微觀織構(gòu)演變的影響，發(fā)現(xiàn)位錯密度降低和{100}晶面強(qiáng)度增加會使得初次再結(jié)晶的變形能量減少，從而導(dǎo)致交叉軋制樣品的再結(jié)晶速率低于直軋樣品；另外，通過調(diào)節(jié)冷軋過程中的變形模式，可以在強(qiáng)度和延展性之間取得適當(dāng)?shù)钠胶狻?/span>
從文獻(xiàn)研究可以看出，目前只是對特定純度純鐵關(guān)于塑性變形對再結(jié)晶的影響、變形狀態(tài)對織構(gòu)發(fā)展的影響、冷軋?jiān)俳Y(jié)晶后晶界面取向分布以及軋制方式對織構(gòu)演變的影響，對2N、3N、4N純鐵退火再結(jié)晶織構(gòu)特征的研究尚不完善，更鮮見對晶粒Schmid因子的分析。鑒于此，本工作通過退火再結(jié)晶試驗(yàn)，結(jié)合EBSD(electron backscattered diffraction電子背散射)技術(shù)分析了純鐵純度對其再結(jié)晶織構(gòu)特征及晶粒Schmid因子的影響。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1)通過對2N8、3N5和4N3純鐵樣品的取向和織構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，2N8和3N5純鐵具有相似的α和γ織構(gòu)特征及變化趨勢，即都在α取向線的{111}〈110〉取向具有較高的分布密度和γ取向線密度隨φ1的增大而有降低；而4N3高純鐵樣品具有強(qiáng)烈的〈113〉||X和γ織構(gòu)特征，且包含有利于材料力學(xué)性能各向異性的{332}〈113〉織構(gòu)。
(2)通過檢測2N8、3N5和4N3純鐵樣品晶粒的Schmid因子發(fā)現(xiàn)，隨著純鐵樣品純度提高，3個(gè)滑移系晶粒Schmid因子和的平均值逐漸增大，這表明4N3高純鐵晶粒中處于“軟取向”的晶粒占絕大多數(shù)，即在給定加載應(yīng)力下，4N3高純鐵更易發(fā)生形變。
(3)隨著純鐵純度提高至4N級別，樣品中雜質(zhì)原子減少，促進(jìn)了4N3高純鐵樣品產(chǎn)生利于變形的再結(jié)晶織構(gòu)特征，繼而增大了其晶粒Schmid因子總和平均值。
