纯铁纯度对其再结晶织构及晶粒Schmid因子的影响

高新强¹，彭伟¹，范增为¹，白佳鑫²，韦习成¹，董瀚¹

(1. 上海大学材料科学与工程学院， 上海 200444；2. 河北龙凤山铸业有限公司， 河北 武安 056300)

摘要：为了研究纯铁纯度对其再结晶织构及Schmid因子的影响，以商业的2N8、3N5纯铁和实验室制备的4N级公斤级高纯铁为原料，通过退火再结晶和EBSD研究了2N、3N、4N纯度纯铁再结晶织构特征和晶粒的Schmid因子。结果表明，2N8、3N5和4N3纯铁的晶粒组织均为等轴铁素体，残余应力少、位错密度低，样品再结晶完全。其中，2N8和3N5纯铁的织构呈现出相同的分散分布特征，而4N3高纯铁织构特征集中，随机织构较少。ODF图和取向线分布密度进一步表明，2N8和3N5纯铁具有相似的α织构{hkl}〈110〉和γ织构{111}〈uvw〉特征及变化趋势，即两者都在α取向线的{111}〈110〉取向具有较高的分布密度和γ取向线密度随φ1的增大而有降低；而4N3高纯铁具有〈113〉||X和γ织构特征，且包含利于材料力学性能各向异性的{332}〈113〉织构，另外，其γ取向线密度随φ1的增大逐渐升高，直至{111}〈112〉取向密度高于2N8和3N5纯铁。晶粒Schmid因子及其频率分布直方图结果表明，2N、3N、4N纯铁均存在低Schmid因子晶粒被高Schmid因子晶粒包围的现象，且在{110}〈111〉、{112}〈111〉和{123}〈111〉这3个滑移系下晶粒Schmid因子总和平均值为0.467(4N3)＞0.461(3N5)＞0.459(2N8)，呈现出纯铁晶粒Schmid因子总和平均值随纯度增大的趋势；根据Schmid定律可知，4N3纯铁的织构特征最有利于其变形。综上所述，在本工作中，随着纯铁纯度由2N8提升至4N3，样品中杂质原子减少，促进了4N3高纯铁产生强烈的〈113〉||X和γ织构特征以及利于材料力学性能各向异性的{332}〈113〉织构，增大了其晶粒Schmid因子总和平均值。

关键词：高纯铁；EBSD；再结晶；织构；Schmid因子

1 引言

一般用金属材料的化学杂质含量作为其纯度的标准，常用Nine的首字母N来表示。而铁的纯度通常用数字加字母N来表示，如2N8表示纯度为99.8%。纯铁按照纯度分类可分为工业纯铁(2N、3N)、高纯铁(4N级)和超纯铁(5N、6N)。高纯铁和超纯铁具有独特的物化特性及力学性能，主要作为磁性器件材料和钢铁材料的关键基础原料使用，近年来在航空航天、电子信息、生物医药、食品化工和军事工业等领域的应用日益广泛。最近，各国学者关于纯铁再结晶组织特征进行了广泛的研究。Nagashima F等通过正交切削和轧制对比，研究了塑性变形对纯铁显微组织和静态再结晶的影响，结果表明切削过程比轧制过程更有利于产生超细再结晶晶粒。Suwa Y等研究了变形状态下产生的组织不均匀性对再结晶动力学和织构发展的影响，结果表明，在压下率为99.8%的冷轧2N8纯铁中，其退火再结晶过程中的轧制织构具有高稳定性。林燕等研究了3N纯铁在90%压下量轧制后经620 ℃退火过程中再结晶晶界面的取向分布，发现晶界面取向分布会先向{111}集中，而后转变为取向于其他多个晶面。Obayi C S等评估了轧制方式对纯度2N8多晶纯铁微观织构演变的影响，发现位错密度降低和{100}晶面强度增加会使得初次再结晶的变形能量减少，从而导致交叉轧制样品的再结晶速率低于直轧样品；另外，通过调节冷轧过程中的变形模式，可以在强度和延展性之间取得适当的平衡。

从文献研究可以看出，目前只是对特定纯度纯铁关于塑性变形对再结晶的影响、变形状态对织构发展的影响、冷轧再结晶后晶界面取向分布以及轧制方式对织构演变的影响，对2N、3N、4N纯铁退火再结晶织构特征的研究尚不完善，更鲜见对晶粒Schmid因子的分析。鉴于此，本工作通过退火再结晶试验，结合EBSD(electron backscattered diffraction电子背散射)技术分析了纯铁纯度对其再结晶织构特征及晶粒Schmid因子的影响。

2 精选图表

3 结论

(1)通过对2N8、3N5和4N3纯铁样品的取向和织构研究发现，2N8和3N5纯铁具有相似的α和γ织构特征及变化趋势，即都在α取向线的{111}〈110〉取向具有较高的分布密度和γ取向线密度随φ1的增大而有降低；而4N3高纯铁样品具有强烈的〈113〉||X和γ织构特征，且包含有利于材料力学性能各向异性的{332}〈113〉织构。

(2)通过检测2N8、3N5和4N3纯铁样品晶粒的Schmid因子发现，随着纯铁样品纯度提高，3个滑移系晶粒Schmid因子和的平均值逐渐增大，这表明4N3高纯铁晶粒中处于“软取向”的晶粒占绝大多数，即在给定加载应力下，4N3高纯铁更易发生形变。

(3)随着纯铁纯度提高至4N级别，样品中杂质原子减少，促进了4N3高纯铁样品产生利于变形的再结晶织构特征，继而增大了其晶粒Schmid因子总和平均值。