Кристаллографическая текстура алюминиевых сплавов

В литой структуре алюминия отсутствует определенная направленность структуры, за исключением случаев образования столбчатых кристаллов. При горячей или холодной деформации вместо литой структуры образуются кристаллографические текстуры, в которых значительное число деформированных зерен имеет определенную ориентацию. Текстуры, образующиеся при деформации в алюминии, обычно связаны с определенными кристаллографическими плоскостями и направлениями. При комнатной температуре скольжение происходит по плоскостям {111} в направлениях [110]. Деформация в системе этих плоскостей вызывает постепенный поворот деформированных зерен в определенных направлениях по отношению к поверхности полуфабриката и направлению деформации.

Кристаллографическая текстура листа может быть точно описана с помощью полюсных фигур, представляющих собой стереографические проекции полюсов плоскостей скольжения {111}. На рис. 4.20 показаны полюсные фигуры, полученные на холоднокатаных листах двух алюминиевых сплавов, прокатанных с высокими степенями деформации. Штриховкой показана плотность распределения полюсов относительно R-плотности распределения полюсов в материале с беспорядочно ориентированной структурой.

Окончательная текстура в материале, который подвергнут высоким степеням деформации, зависит от вида технологического процесса, изменения формы полуфабриката и в меньшей степени от состава сплава. В холоднокатаном листе текстура деформации (см. рис. 4.20) представляет собой смесь трех идеальных текстур: (110) [112], (112) [111] и (123) [121]. Следствием образования текстур при различных технологических операциях является анизотропия свойств. Обычно в алюминии и его сплавах степень анизотропии гораздо меньше, чем в металлах с гексагональной структурой и в некоторых других металлах с кубической решеткой. Основной проблемой, связанной с анизотропией в алюминиевых сплавах, является образование фестонов в процессе глубокой вытяжки листов (рис. 4.21). Высота фестонов и их расположение в детали меняются в зависимости от текстуры в листе. В детали из листа с текстурой прокатки образуются четыре фестона, располагающиеся под углом 45 к направлению прокатки. Высота фестонов увеличивается пропорционально повышению прочности и интенсивности текстуры прокатки.



Когда в процессе рекристаллизации происходит образование новых зерен, их ориентировка часто отличается от основных компонент текстуры деформации. Такое изменение ориентировки подробно исследовано в холоднокатаных листах; установлено, что переориентация в значительной степени зависит от технологии производства и состава сплава. Образование новых зерен происходит в основном таким образом, что плоскость куба {100} параллельна поверхности листа, а ребро куба параллельно направлению прокатки. В отличие от материала с текстурой прокатки, у которого при глубокой вытяжке образование фестонов имеет место под углом 45°, переориентация с текстурой (100) [001] приводит к образованию четырех фестонов по окружности тянутого стакана под углом 0 и 90° (рис. 4.21). Высота фестонов увеличивается с ростом числа переориентированных зерен, т.е. с усилением кубической текстуры.

Другая компонента в некоторых текстурах рекристаллизации близка к {123} (211) и обнаруживается также в текстуре холоднокатаного материала. Предполагают, что рекристаллизованные зерна такой ориентировки могут расти из зерен полигонизованной субструктуры, имеющих такую же ориентацию. Кроме того, направление [111] четырех компонент текстуры (123) [121] очень близко к направлению [111] кубической текстуры. Для совмещения указанных компонент текстур прокатки и рекристаллизации достаточно поворота примерно на 40 вокруг направления [111]. Это интерпретируется как доказательство избирательного роста зерен с кубической ориентацией в участках деформированного металла, имеющих такую же текстуру.

Хотя при описании основных компонент рекристаллизации пользуются идеальной ориентировкой (100) [001], в реальных полуфабрикатах с деформированной и рекристаллизованной структурой имеется значительное рассеяние текстуры, характеризуемое с помощью полюсных фигур. Полюсные фигуры на рис. 4.22 иллюстрируют изменение текстуры в холоднокатаном и отожженном листе алюминия 1100 при рекристаллизации. Обычно первой исчезает компонента (110) [112] текстуры прокатки. Это нельзя отнести за счет образования ориентировок (100) [001] или (123) [121] текстуры рекристаллизации путем поворота, описанного выше. Однако повороты на 30-40° вокруг (110) [112] могут привести к текстуре (235) [231], с появлением которой связывают некоторые изменения при отжиге.

С практической точки зрения желательно, чтобы материал имел возможно менее выраженную текстуру, т.е. был бы изотропным. Это особенно важно при глубокой вытяжке из листов деталей цилиндрической формы, где необходима минимальная фестонистость. Практический контроль фестонистости осуществляется путем подбора режимов подготовительных операций и отжига. Величина фестонистости зависит от условий глубокой вытяжки.