CN113884522A - 一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，该方法结合板条α相的空间几何取向和晶体取向确定原始β晶粒晶体取向，具体步骤包括：1)利用利用EBSD测得次生α相集束的晶体取向，计算得出该次生α相对应的6种β母相变体的晶体取向；2)计算6种β母相变体可产生的6组次生α相的晶体取向，对比实测次生α相的晶体取向，找出每组中取向差最小的次生α相变体；3)计算这6种次生α相变体的空间几何取向，并求出其迹线方向，与显微组织对比，确定原始β晶粒晶体取向。该方法可以利用原始β晶粒内单束α板条的晶体取向和空间几何取向实现原始β晶粒晶体取向的确定。

Description

一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法
技术领域
本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及到一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法。
背景技术
室温下，α+β两相钛合金和近α钛合金的β相含量较少，利用现有的检测技术很难直接确定合金中β相的晶体取向，也不能直接观察材料在高温变形过程中β相的取向演变过程。Glavicic等人利用EBSD技术测得次生α相的晶体取向，通过计算得到原始β晶粒的晶体取向，较好地解决了这一问题。该方法首先是根据同一原始β晶粒内次生α相之间的取向关系确定原始β相的晶界；然后根据同一原始β晶粒内次生α相的晶体取向计算原始β晶粒可能的晶体取向；最后利用“取向差最小”原理确定原始β晶粒的晶体取向。近年来，Germain和Cayron等人对该方法进行了改进，实现了计算机自动化计算，并将该方法推广至其它合金。然而，当原始β晶粒内次生α集束数目较少(小于等于两束)或仅利用晶体取向不能确定原始β晶界时，采用上述方法还是无法确定原始β晶粒的晶体取向。前期的研究工作中，人们往往分别对板条α相的空间几何取向和晶体取向进行研究，并没有将二者有机地结合到一起。
发明内容
为解决上述技术问题，提出了一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，具体技术方案如下：
一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，包括以下步骤：
步骤一：利用利用EBSD测得次生α相集束的晶体取向，计算得出该次生α相对应的6种β母相变体的晶体取向；
步骤二：计算6种β母相变体可产生的6组次生α相的晶体取向，对比实测次生α相的晶体取向，找出每组中取向差最小的次生α相变体；
步骤三：计算这6种次生α相变体的空间几何取向，并求出其迹线方向，与显微组织对比，确定原始β晶粒晶体取向。
所述的一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，其优选方案为所述步骤一的具体方法为：
为了描述多晶材料中晶体取向和板条组织在样品坐标系中的空间几何取向，需要定义样品坐标系为参考坐标系；为研究方便，坐标系的定义一般遵循右手法则；钛合金中，可将具有密排六方晶体结构的α相的[11-20]、[10-10]和[0001]方向和体心立方结构的β相的<001>、<010>和<100>方向，分别对应样品坐标系的X轴、Y轴和Z轴；对于任意取向的晶体，可以利用欧拉角
Figure BDA0003225904250000021
表示晶体取向，欧拉角
Figure BDA0003225904250000022
与晶体坐标变换矩阵G之间的关系可用式(1)表示；当晶体坐标系与样品坐标系的对应坐标轴平行时定义为初始取向，即欧拉角
Figure BDA0003225904250000023
Figure BDA0003225904250000024
利用EBSD测得次生α相集束的晶体取向，通过式(2)计算得出该次生α相在α相→β相转变过程中可产生的6种β母相变体的晶体取向，
Figure BDA0003225904250000031
式中
Figure BDA0003225904250000032
六方晶系的对称操作矩阵；Aα为次生α相的晶体取向矩阵，B为β晶粒的晶体取向矩阵，D为次生α相的(0001)α面与<11-20>α方向和β相的(011)β面与<1-11>β方向的转变矩阵。
所述的一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，其优选方案为，所述步骤二的具体方法为：
将步骤而求得的6种β变体的晶体取向代入式(3)，计算这6种β相变体在β相→α相转变过程中生成的6组次生α相的晶体取向；
Figure BDA0003225904250000033
式中
Figure BDA0003225904250000034
代表立方晶系的对称操作矩阵。将计算结果与实测结果比较，在每组数据中找出与计算结果取向差最小的α变体。
所述的一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，其优选方案为，所述步骤三的具体方法为：
结合表1和式(4)确定该α变体的空间几何取向，空间几何取向以盘状α相宽面法线方向表示，
Figure BDA0003225904250000035
式中
Figure BDA0003225904250000036
为板条α相变体的宽面在样品坐标中的法线方向；BT为原始β晶粒取向的转置矩阵；
Figure BDA0003225904250000037
为不同的板条α相变体在晶体坐标系的宽面法线方向。
表1 12种次生α变体与原始β晶粒的晶体取向关系
Figure BDA0003225904250000041
利用式(5)计算6种β变体生成的次生α相在观察面(001)的迹线方向，
Figure BDA0003225904250000042
其中：
Figure BDA0003225904250000043
式中
Figure BDA0003225904250000044
为次生α相板条与观察面的交线方向，并与显微组织相对应，确定原始β晶粒的晶体学取向。
本发明有益效果：
运用本发明提供的一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，特别是对于具有魏氏组织的钛合金样品，当β晶粒内仅析出一束次生α相集束时，仍可以利用该束次生α相集束的空间取向和晶体取向确定其β晶粒的晶体取向，解决了传统方法在此种条件下无法确定取向的问题。
附图说明
图1为体心立方β钛与晶体坐标系与样品坐标系的确定；
图2为密排六方α钛晶体坐标系与样品坐标系的确定；
图3为Ti60扫描区域的金相组织；
图4为扫描区域内两相的带对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述；以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
实验所用Ti60材料为直径为30mm的精锻棒材，其名义成分为(质量百分数，％)：Al5.8，Sn 4.0，Zr 3.5，Mo 0.5，Ta 1.0，Nb 0.5，Si 0.4，余量为Ti；合金(α+β)→β转变温度T(α+β)/β＝1050℃。其中样品经1065℃保温15min后空冷至室温；为了研究次生α相取向与组织形貌之间的关系，利用金相显微镜和EBSD技术对材料指定区域进行显微组织与晶体取向分析；
标定区域的金相组织与取向图见图3和图4，利用EBSD测得次生α相集束1(C1)的晶体取向为：
Figure BDA0003225904250000051
利用量角器测得C1与样品坐标系X轴之间的夹角约为83°；根据公式：
Figure BDA0003225904250000052
计算出可生成C1晶体取向的6种原始β晶粒的晶体取向和与C1具有相同晶体取向的α变体的空间几何取向与迹线方向(见表2)；根据公式：
Figure BDA0003225904250000053
计算这6种β相变体在β相→α相转变过程中生成的6组次生α相的晶体取向，并将计算结果与实测结果比较，在每组数据中找出与计算结果取向差最小的α变体；结合表1和公式：
Figure BDA0003225904250000061
确定该α变体的空间几何取向，结果列于表2。
板条在观察面(001)内的迹线方向由公式
Figure BDA0003225904250000062
其中：
Figure BDA0003225904250000063
求得，结果列于表2；
表2晶体取向为
Figure BDA0003225904250000068
的次生α相几何取向和原始β晶粒晶体取向
Figure BDA0003225904250000064
由表2可知，当原始β晶粒的晶体取向为
Figure BDA0003225904250000065
Figure BDA0003225904250000066
时，生成的晶体取向为
Figure BDA0003225904250000067
的次生α相的迹线方向为(79.9°)与测量结果(83°)比较接近。
本发明提供了一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，运用该方法可以通过一束α集束确定原始β晶粒的晶体取向，具有适用范围广、操作简便的特点。

Claims (4)

1.一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：利用利用EBSD测得次生α相集束的晶体取向，计算得出该次生α相对应的6种β母相变体的晶体取向；
步骤二：计算6种β母相变体可产生的6组次生α相的晶体取向，对比实测次生α相的晶体取向，找出每组中取向差最小的次生α相变体；
步骤三：计算这6种次生α相变体的空间几何取向，并求出其迹线方向，与显微组织对比，确定原始β晶粒晶体取向。
2.按照权利要求1所述的一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，其特征在于：所述步骤一的具体方法为：
为了描述多晶材料中晶体取向和板条组织在样品坐标系中的空间几何取向，需要定义样品坐标系为参考坐标系；为研究方便，坐标系的定义一般遵循右手法则；钛合金中，可将具有密排六方晶体结构的α相的[11-20]、[10-10]和[0001]方向和体心立方结构的β相的<001>、<010>和<100>方向，分别对应样品坐标系的X轴、Y轴和Z轴；对于任意取向的晶体，可以利用欧拉角
Figure FDA0003225904240000011
表示晶体取向，欧拉角
Figure FDA0003225904240000012
与晶体坐标变换矩阵G之间的关系可用式(1)表示；当晶体坐标系与样品坐标系的对应坐标轴平行时定义为初始取向，即欧拉角
Figure FDA0003225904240000013
Figure FDA0003225904240000021
利用EBSD测得次生α相集束的晶体取向，通过式(2)计算得出该次生α相在α相→β相转变过程中可产生的6种β母相变体的晶体取向，
Figure FDA0003225904240000022
式中
Figure FDA0003225904240000023
六方晶系的对称操作矩阵；Aα为次生α相的晶体取向矩阵，B为β晶粒的晶体取向矩阵，D为次生α相的(0001)α面与<11-20>α方向和β相的(011)β面与<1-11>β方向的转变矩阵。
3.按照权利要求1所述的一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，其特征在于：所述步骤二的具体方法为：
将步骤而求得的6种β变体的晶体取向代入式(3)，计算这6种β相变体在β相→α相转变过程中生成的6组次生α相的晶体取向；
Figure FDA0003225904240000024
式中
Figure FDA0003225904240000025
代表立方晶系的对称操作矩阵。将计算结果与实测结果比较，在每组数据中找出与计算结果取向差最小的α变体。
4.按照权利要求1所述的一种钛合金原始β晶粒晶体取向的确定方法，其特征在于：所述步骤三的具体方法为：
结合表1和式4确定该α变体的空间几何取向，空间几何取向以盘状α相宽面法线方向表示，
Figure FDA0003225904240000026
式中
Figure FDA0003225904240000027
为板条α相变体的宽面在样品坐标中的法线方向；BT为原始β晶粒取向的转置矩阵；
Figure FDA0003225904240000028
为不同的板条α相变体在晶体坐标系的宽面法线方向。
利用式5计算6种β变体生成的次生α相在观察面(001)的迹线方向，
Figure FDA0003225904240000031
其中：
Figure FDA0003225904240000032
式中
Figure FDA0003225904240000033
为次生α相板条与观察面的交线方向，并与显微组织相对应，确定原始β晶粒的晶体学取向。
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