Crystallographic Texture of Materials

Mục Lục

 

1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Microstructure and Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Description of Grain Orientation and Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Development of Texture During Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Macro- and Microtexture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.6 Industrial Importance of Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Representation of Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Pole Figure Method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1 Stereographic Projection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2 Pole Figure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.3 Interpretation of a Pole Figure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.4 Pole Figures Showing Ideal Orientations. . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.5 Pole Figures Showing Fiber Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.6 Inverse Pole Figures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Orientation Distribution Function (ODF) Method. . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.1 Description of an Orientation by the Euler
Angles φ1, Φ, and φ2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.2 The Orientation Distribution Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.3 Pole Figure Inversion Using Series Expansion. . . . . . . . . . . 27
2.3.4 Problems with the Series Expansion Method. . . . . . . . . . . . . 28
2.3.5 Pole Figure Inversion Using Direct Methods. . . . . . . . . . . . . 29
2.4 Representation of Texture in the Orientation Space. . . . . . . . . . . . . . 30
2.5 Volume Fraction of Texture Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Contents

x Contents
3 Experimental Determination of Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 Macrotexture Measurement Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.1 Texture Measurement by X-ray Diffraction. . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.2 Texture Measurement Using Synchrotron X-rays. . . . . . . . . 57
3.3 Microtexture Measurement Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.1 Scanning Electron Microscopy-Based Electron
Backscattered Diffraction (SEM-EBSD). . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.2 Transmission Electron Microscopy-Based Orientation
Imaging Microscopy (TEM-OIM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4 Texture Evolution During Solidification and Solid-State
Transformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2 Solidification Texture in Metals and Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2.1 Origin of Solidification Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2.2 Mechanism of Formation of Solidification
Texture in the Columnar Zone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.3 Some Examples of Texture Control During Solidification. . . 80
4.3 Transformation Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.3.1 Transformation Textures in Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.3.2 Transformation Textures in Titanium and Zirconium
Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5 Deformation Textures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Crystallography of Deformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.3 Deformation Microstructures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.3.1 Crystallographic Dependence of Microstructural
Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.4 Deformation Textures in Metals and Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.4.1 Rolling Textures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.4.2 Texture After Uniaxial Deformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.4.3 Shear Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.5 Modeling and Prediction of Deformation Texture. . . . . . . . . . . . . . . 128
5.5.1 The Sachs Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.5.2 The Taylor Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.5.3 Relaxed Constraint Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.5.4 More Recent Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Contents xi
6 Annealing Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.2 Stored Energy of Cold Work: A Precursor to the Annealing
Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.3 Release of Stored Energy During Annealing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.4 Primary Recrystallization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.4.1 Nucleation of Recrystallized Grains. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.4.2 Role of Lattice Curvature in Recrystallization. . . . . . . . . . . . 151
6.4.3 Grain Boundary Migration and Its Orientation
Dependence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6.5 Recrystallization Textures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.5.1 Recrystallization Textures of FCC Metals and Alloys. . . . . . 155
6.5.2 Recrystallization Textures of BCC Metals and Alloys. . . . . . 163
6.5.3 Recrystallization Textures of Hexagonal Metals
and Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
6.5.4 Recrystallization Textures in Two-phase Alloys. . . . . . . . . . 166
6.6 Texture Evolution During Dynamic Recovery
and Recrystallization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.7 Theories of Formation of Recrystallization Textures. . . . . . . . . . . . . 166
6.7.1 The Oriented-Nucleation Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.7.2 The Oriented-Growth Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.7.3 Orientation Pinning Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.7.4 The Oriented Energy Gain Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.7.5 Relative Roles of Oriented Nucleation
and Oriented Growth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

6.8 The Cube Texture in FCC Metals: A Classic Example
of Recrystallization Texture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7 Texture Evolution in Thin Films. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.2 Representation of Texture in Thin Films. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.3 Texture Measurement in Thin Films. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.4 Mechanism of Texture Formation in Thin Films. . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.5 Stages of Texture Formation in Thin Films. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.5.1 Texture Formation During Pre-coalescence Stage. . . . . . . . . 184
7.5.2 Texture Formation During Coalescence Stage. . . . . . . . . . . . 185
7.5.3 Texture Formation During Post-coalescence Stage. . . . . . . . 185
7.5.4 Texture Formation During Post-deposition
Annealing Stage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.6 Texture Developed During Various Methods of Film Deposition. . . 186
7.7 Texture in Conducting Films: Electromigration and Texture. . . . . . . 188
7.8 Textures in Magnetic Films. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

xii Contents
7.9 Texture in a Few Other Industrially Important Thin Films. . . . . . 190
7.10 Effect of Ion Irradiation on Texture of Thin Films. . . . . . . . . . . . . 191
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8 Textures of Non-metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.2 Textures in Ceramics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
8.2.1 Alumina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.2.2 Zirconia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.2.3 Silicon Nitride. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.2.4 Composite Ceramics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.2.5 Electric and Magnetic Ceramics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.2.6 High Tc Superconductors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.2.7 Ceramic Coating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.3 Texture in Geological Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.4 Textures in Crystalline Polymeric Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.5 Textures in Semicrystalline Polymers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
9 Texture and Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
9.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
9.2 Texture Dependence of Mechanical Properties. . . . . . . . . . . . . . . 207
9.2.1 Texture and Elastic Modulus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
9.2.2 Texture and Yield Strength. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
9.2.3 Texture and r-Value. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
9.2.4 Texture and Fracture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.2.5 Texture and Fatigue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.2.6 Texture and Stress-Corrosion Cracking. . . . . . . . . . . . . . 219
9.3 Texture Dependence of Magnetic and Electrical Properties. . . . . 219
9.3.1 Magnetic Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
9.3.2 Electrical Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.4 Texture Dependence of Chemical Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . 222
9.4.1 Texture and Corrosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
9.4.2 Texture and Oxidation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
10 Texture Control in Some Engineering Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
10.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
10.2 Texture Control in Cold-Rolled and Annealed Low-Carbon
Sheet Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
10.2.1 Batch Annealed Al-killed Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
10.2.2 Continuous Annealed Low-Carbon Steels. . . . . . . . . . . . 228
10.2.3 Interstitial Free Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
10.2.4 Interstitial Free High Strength Steels. . . . . . . . . . . . . . . . 232

Contents xiii
10.3 Texture Control in Silicon Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
10.3.1 Grain-Oriented Silicon Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
10.3.2 Non-oriented Silicon Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10.4 Texture Control in Aluminum and Aluminum Alloys. . . . . . . . . . 237
10.5 Texture Control in Ni and Ni Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
10.6 Texture Control in Titanium Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
10.7 Texture Control in Zirconium Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
10.8 Texture Control in Magnetic Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
10.8.1 AlNiCo Magnets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
10.8.2 Nd–Fe–B Magnets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
10.8.3 Sm–Co Magnets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
10.9 Texture Control in the Coatings of Industrial
Galvannealed Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

 

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