基于五参数表征技术的金属材料晶界织构研究

Lately developed five-parameter analysis (FPA) method, which is based on stereology and electron backscstter diffraction (EBSD),will be used to study the grain boundary texture (GBT) in pure aluminium and pure iron.The study will be focused on the GBT of primary recrystallization and its evolution during grain growth.The effects of pre-strain (including multiple direction forging, direct rolling and equal channel pressing) and chemical addition on the GBT of recrystallization will be investigated.Some typical GBTs developed in pure aluminum and pure iron will be ascertained and their basic features,formation conditions,evolution trends as well as chemical and mechanical behaviors will also be characterized.Transmission electron microscopy(TEM),focused ion beam (FIB) milling, in-situ EBSD and molecular dynamics (MD) simulation will be combined to study the microstructural features (such as dislocation structures,sub-structures and interface structures) and their evolution at varied stages of recrystallization,so as to clarify the formation mechanisms of some typical GBTs appearred in this two types of metals. The fulfillment of this project will pave the way theoretially and experimentally to the in-depth research into the GBT foundamentals of metallic materials. It will also provide the researches of deformation,recrystallization and preferred orientations of metals with new view and new methods and thus possesses general scientific significance.

采用基于体视学原理的电子背散射衍射（EBSD）晶界面五参数表征(FPA)最新技术研究纯铝和纯铁的晶界织构(GBT)。主要研究纯铝和纯铁的初次再结晶GBT及其在晶粒长大过程中的演变行为，研究预变形方法（包括多向锻造、单向轧制和等径角挤压）和添加化学元素对纯铝和纯铁再结晶GBT的影响。重点掌握纯铝和纯铁几种典型GBT的基本特征、形成条件、演化规律和化学及力学行为。采用透射电子显微镜（TEM）、聚焦离子束（FIB）、原位EBSD以及分子动力学(MD)模拟等多种手段和技术相结合的方法重点研究纯铝和纯铁在再结晶过程中不同阶段的组织结构特征（包括位错结构特征、亚结构特征和界面结构特征）及其演化行为，阐明这两类金属典型GBT的形成机制。本项目的完成将为金属材料GBT基础问题的深入研究奠定实验和理论基础，将为金属材料形变再结晶及晶体取向织构等材料基础问题的研究提供新视野和新方法，具有普遍重要的科学意义。

采用经晶体织构修正的五参数分析新方法，研究了高纯铝和高纯铁的再结晶晶界织构（GBT）及其在晶粒长大过程中的演变；研究了冷变形方法对高纯铝和纯铁（以及添加化学元素对纯铁）再结晶GBT的影响；基本阐明了铝和铁再结晶GBT的形成机制，并初步探讨了纯铁再结晶晶界界面匹配这一重要科学问题。. 经冷锻或热锻及再结晶退火等组织均匀化处理后，研究了各样品经后续冷变形及退火后的再结晶GBT。结果表明，纯度为99.99%的高纯铝和高纯铁，经单向冷轧及退火后，其再结晶GBT分别为{1 1 1}和{0 0 1}，在晶粒长大过程中，这两种GBT均变得更加集中，期间并未出现其它GBT。纯度为99.9%的纯铁，经单向冷轧及退火后的再结晶GBT为{1 1 1}，它也随晶粒的长大而加强。在保持真应变相同的前提下，相比于等径角冷挤压，单向冷轧更有利于99.99%高纯铝在后续再结晶退火过程中形成集中的{1 1 1}GBT；而相比于单向冷轧，交叉冷轧更有利于99.9%纯铁在后续再结晶退火过程中形成集中的{1 1 1}GBT。添加化学元素对纯铁再结晶GBT有复杂影响，随添加元素种类（C, Si, Cr）及添加量的变化，其再结晶GBT在 {1 1 1}、{0 0 1}、{1 1 2}、{2 2 3}和{3 4 5}等之间发生变化。理论分析认为，晶面的表面能是决定铝和铁再结晶GBT的本征因素。在形变后的再结晶退火及晶粒长大过程中，GBT向具有最小或较小表面能的晶面上发展。晶体织构是影响GBT发展的几何因素。再结晶形核和晶界迁移是影响GBT发展的热/动力学因素，低的形核率和高的晶界迁移速率有利于形成集中的GBT；反之亦然。同时，本研究还观察到高纯铁中∑3晶界界面匹配由{1 1 2}/{1 1 2}向{0 1 1}/{0 1 1}演变、以及α-γ-α相变循环引入的一般大角度晶界的{0 1 1}/{1 1 2}和{0 1 1}/{0 1 1}界面匹配等重要实验现象。. 在具有统计平均意义的层面上得到的上述成果揭示了多晶材料晶界面取向以及晶界界面匹配也具有择尤属性和择尤规律性，不仅对体心立方金属和高层错能面心立方金属晶界工程研究具有十分重要的理论指导意义，也为所有金属材料微观组织控制及性能优化提供了新原理、开辟了新途径。