织构对镁合金力学性能的作用规律研究(3)
1.2 织构
1.2.1 概念及研究意义
金属材料的力学性能及变形行为受其晶格结构的支配。然而在多晶镁合金中，材料的性能不是单个晶粒性能的简单叠加，而是与晶粒的排列方式密切相关。一般认为，当晶粒的取向集中在某些或某一方向附近时，称为择优取向，传统上把具有择优取向的多晶体组织称为织构[5]。在金属材料的制备和加工过程中，通常会形成不同类型的织构。铸造时由于晶核的选择生长而形成柱状晶区的铸造织构。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。形变织构常有纤文织构、板织构等几种类型。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。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[6-8]。
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。镁合金中一旦形成织构，室温时将呈现明显的各向异性，用镁合金的织构强化来改善或合理利用其力学性能、提高成形工艺性能具有极大的潜力和广阔的应用前景。此外，织构特征能定量反映变形过程中材料微观结构的演变规律，织构分析是研究镁合金塑性变形机制和动态再结晶新晶粒形核机制的有力手段。
鉴于织构在材料研究中的重要地位，目前一些学者已对镁合金织构的类型、形成与演变规律以及织构对其性能的影响等进行了一定的研究，这些研究主要包括：挤压过程中，镁合金织构形成的规律、特征以及挤压温度，挤压制品形状等对其织构特征的影响等；轧制过程中，镁合金织构的演变规律以及轧制温度、道次压下量、板坯厚度等对织构特征的影响；在等径角挤压过程中，挤压温度、挤压道次、挤压路径、模具结构等对镁合金织构的影响；热处理过程中镁合金织构的特征与演变规律也有少量研究，同时对具有这些织构特征的镁合金的塑性加工性能和力学性能的影响的研究也有一些报道。这些研究表明，采取适当的工艺可以调整、控制镁合金中织构的形态，并改善镁合金的塑性成形性能，因此织构已成为镁合金研究领域的热点之一。
1.2.2 形成机理
镁合金变形织构是塑性变形过程中，晶粒的转动和取向的定向流动所导致的。塑性变形过程中，晶粒在外加应力的作用下会发生转动，转动方向与应力状态有关。假设对单晶体施加一外力F并使其中的一个滑移系开动如图1.1(a)，当单晶体两端不受外部约束时，则将保持原有取向而产生如图1.1(b)所示的转动，此时晶体的轴线偏离外力方向，结果在变形晶体上形成一个力偶。在该力偶的作用下晶体将转动到图1.1(c)所示的位置。
图1.1. 拉伸时晶体转动示意图
晶体的转动会引起取向发生变化，变形前晶体内的任意矢量r在变形后变成R，r与R之间的夹角为θ，T(T=T1+T2+T3)为晶体转动时所围绕的轴线，则变形前后晶体取向g0与g1之间的关系为[6]：
对单晶体而言，在拉应力的作用下其滑移方向转向拉伸方向；在压应力作用下，滑移面转到与外应力垂直的方向。轧制变形时，可以将变形看做近似的平面应变状态，结果使滑移面平行于轧制面，滑移方向平行于轧制方向[6-8]。
与单晶体相比，多晶体的塑性变形要复杂得多，必须考虑相邻晶粒之间的相互作用及其对取向分布的影响。由于多晶体内各晶粒周围的环境非常复杂，因此常用变形模型加以简化。常见的多晶体变形模型有两种[9-10]：