退火织构

冷加工的金属在随后高温退火时形成的织构

退火织构(annealing texture)又称再结晶织构。冷加工的金属在随后高温退火时形成的织构。退火织构一般不同于退火前的加工织构，如具有{110}<112>加工织构的冷轧铝板在高温退火后得到{100}<001>退火织构。退火织构的形成理论有两种，即定向成核理论和定向生长理论。前者认为，冷加工材料在退火时优先形成具有特定取向(即再结晶织构)的晶核。后者则认为再结晶晶核仍是混乱取向的，但具有再结晶织构取向的晶核长大得特别快，从而最后得到再结晶织构。

退火织构的理论

曾经提出两类主要机理来说明退火织构。一类涉及到定向生核，另一类涉及到定向成长。定向生核理论建立在这样的假设上，就是再结晶晶粒的位向完全取决于再结晶晶核的位向。但是，还没有从理论或实验上建立--种可以预计在既存的许多位中，哪些称起晶核作用的普遍法则。

定向成长理论的基本原理是，再结晶晶粒新具有形变织构的基体材料声长时，某些位位向的成长速率耍比其他位向更快些。具体讲，当新形成的再结品晶粒与冷加工基体在位向上接近时，原子只能缓慢地从应变基体向再结晶晶粒转移；当再结晶晶粒与基体在位向上有某种形式的差别时，则成长速度最快。曾有科学家将这种定向成长观点用于除某些涉及到单晶形变实验所得织构以外的各种织构。之所以不适用于形变单晶，是因为它缺乏在位向上有利于成长的晶核。大量实验结果都可以由这类定向成长理论来加以解释。一些基本实验表明，当晶界为孪晶界时，晶界迁移速率很慢；当基体为细晶粒，并且具有与新晶粒的位向相近的单晶织构时，晶界迁移速率也很慢。一般讲，当再结晶晶粒与相邻的冷加工金属之间为低能界面时，迁移率低;为高能界面时，迁移率高。

对于面心立方金属，绕[110]转动0°或60°所形成的界面，是低界面能的，上述角度之间的转动是高界面能的。发现绕[111)转动30°~40°有利于界面获得高迁移率。如果认为控制界面迁移速率的过程类似于沿界面的自扩散，则可以解释界面迁移率与晶面能之间的关系。这是因为高能界面的自由扩散比低能界面的自由扩散快些。

退火组织的三种结构

退火织构包括回复织构、再结晶织构及二次再结晶织构等。实践中发现具有变形织构的金属退火时有三种织构改变的可能性：

(1)与变形织构一致。这种情况包括回复织构及一部分再结晶织构。

(2)退火织构与变形织构完全不同或部分不同。这是再结晶织构、二次再结晶织构最为常见的情况。例如，具有面心立方晶格的铝及铝合金中的铜型变形织构{112}<111> + {110}<112>转变成再结晶立方织构{100} <001>。

(3)退火后晶粒任意取向，即变形织构消失，也不产生退火织构，这种情况较少见。回复过程主要涉及亚晶形成及长大，所以回复织构与变形织构基本一致。退火再结晶织构与变形织构通常是不同的。

影响再结晶织构形成的因素

1、化学成分的影响。化学成分对再结晶织构影响很大，有时微量元素都表现出明显的作用。例如，在高纯铝中含有少量的铁等杂质，在高温再结晶时能强烈抑制立方织构形成。成分的影响极为复杂，应通过实验来具体了解其规律性。

2、原始组织的影响。哈金逊等指出，原始组织及冷轧量对3004铝合金退火后的织构有明显的影响，如《原始显微组织结构与冷轧量对制耳行为的影响》所示，其中织构的存在以制耳程度表示。该图表明，退火前进行正确的预处理，可得到合理的织构成分，因而消除制耳的影响。

3、退火工艺因素的影响。退火温度及保温时间是影响再结晶的重要因素。实验指出，很多金属在较低温度退火或快速加热至高温短时退火后结晶织构与变形织构相同或基本相同。因为这种条件下生成的各种再结晶晶核与变形材料各微观区域中胞状亚晶位向一致(定向形核)。升高温度或延长保温时间，再结晶晶粒发生长大，一定条件下发生二次再结晶等过程。此时，因某些位向晶粒择优生长( 定向生长)而使再结晶织构发生重大变化。

4、退火前冷变形程度的影响。冷变形程度的影响较为复杂：一方面变形程度提高有利于变形织构形成，以及某种织构的明显化，因而有利于增加与变形基体具有一定位向关系的再结晶晶核。但另一方面，提高变形程度也增加显微不均匀性，例如，切变带、过渡带等，因而也可能增大晶核位向的混乱程度。由此可见，增加变形程度的最终结果较难预测。例如，对某些面心立方晶格金属来说，为了生成明显的{100}(001)立方织构，则必须有高的冷轧变形程度。如高纯铝变形程度需大于95%，小于此种变形程度则将生成一些其他类型的择优取向，因而减小立方织构的完整性。总之，由于再结晶织构的影响因素远较变形织构复杂，因此除了解其一般的特点外，更重要的是通过生产实践及科学实验来掌握织构变化的规律性。

退火织构的利弊

利用织构来改善材料的性能主要体软磁材料上。如变压器钢希望得到高斯织构或立方织构。前者只有一个方向导磁率高，而后者在板面两个互相垂直的方向上均有高的导磁率，故分别称单取向及双取向织构。若使用这种具有<001>型织构的硅钢片来制造变压器，就能大大减少铁损，提高效率。此外，弹性合金也可以利用织构的各向异性。如立方晶格金属在<111>晶向弹性模量最高，则可顺<111>方向截取弹性元件。钢板中若得到具有扁平晶粒(煎饼结构)的{11}再结晶织构，则深拉性能非常好，可减小深拉工序的能量消耗。密排六方晶格金属可利用织构来得到强化，例如有理想(0001) 织构的铍板和钛板，在平面负荷双向应力作用下具有很高强度，特别适用于制造承受双向应力的工件，如高压锅炉壁等。但在很多场合下，织构却是有害的。特别是用具有某种明显板织构的材料深拉(冲压)制品时，由于机械性能的各向异性，会出现制耳现象(及表面呈木纹花样等。除影响使用性能和表面质量外，并将使工艺过程更为复杂(如需要增加切平耳子的工序)。为防止退火织构带来的各向异性，针对具体合金可采取一些措施。例如：

1)控制退火前的变形程度。如为了防止面心立方晶格金属出现立方织构，退火前的变形程变应较小。

2)退火在较低温下进行或快速高温短时加热，控制与定向生长有关的晶粒长大及二次再结晶等过程。

3)加入一定量的其它元素或减少某些元素的含量，以抑制某种织构的生成。

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