[发明专利]一种准单晶管材及其制备方法

说明书

本发明涉及材料技术领域，尤其是一种准单晶管材及其制备方法；所述准单晶管材的晶体学织构围绕管材的轴线呈连续旋转对称，所述管材中晶界取向差大于15°的大角度晶界比例≤10％；所述准单晶管材中晶体的某一晶向uvw择优取向平行于管材的周向；所述准单晶管材中晶体的某一晶面{hkl}择优取向平行于管壁的切平面或者该晶面的法向择优取向平行于管材的径向；本发明的准单晶是由多晶体通过变形和退火过程中各晶粒取向逐渐转动到宏观择优方向上而形成，制备过程中不存在“新相”和母相之间的物理界面。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是一种准单晶管材及其制备方法。

背景技术

单晶体(mono-crystal,single crystal)，其晶体内部的微观粒子(原子、离子、分子等)在三维空间呈有规律的周期性地排列，晶体整体在三维方向上由同一空间格子——晶格构成，排列方式为长程有序。晶格在三维空间呈现严格的平移对称和n重旋转对称(n＝2，3，4，6)。这里，n重旋转对称是指晶格转动2π/n角时，与未转动时的晶格完全重合。像单晶体晶格这种旋转一个特定角度2π/n后与自身重合的特征叫离散旋转对称(Discreterotational symmetry)。与离散旋转对称对应的是连续旋转对称(Continuous rotationalsymmetry)，即物体围绕某一轴旋转任意角度都与未转动前的物体完全重合。如，一个均匀的圆柱形几何体，围绕其中心几何轴线呈连续旋转对称。

与单晶体相对的是多晶体(polycrystals)，由众多大小和取向不同的单晶体(晶粒)组成，晶粒之间的接触区域称为晶界。根据相邻晶粒取向的不同，晶界可分为取向差≤15°的小角度晶界和取向差大于15°的大角度晶界两类。

多晶体中的晶粒取向可以均匀地随机分布，也可能表现出多数晶粒都朝某一特定取向，而形成特定的择优取向——织构。多晶体在进行塑性变形时，晶体的滑移面和滑移方向都要向主形变相关的方向转动，造成原来随机取向的各个晶粒向空间特定取向择优排列，形成形变织构。通常根据变形方式将形变织构分为丝织构(拉拔丝材或挤压棒材时产生)、板织构(轧制板材时产生)和剪切织构(多晶体发生剪切变时产生)。丝织构：各晶粒某一晶向趋于择优排列成平行于丝轴(拉拔丝材或挤压棒材的轴线)，也叫做纤维织构；板织构：各晶粒的某一晶面趋于择优排列成平行于轧制面、某一晶向也趋于择优排列成平行于轧制方向。同一多晶体中，可能有一部分晶粒形成一种择优取向，而另一部分晶粒形成另一种择优取向，这样不同择优取向的晶粒集合分别构成不同的织构组分。例如，面心立方金属轧制板织构就可由高斯织构、S-织构、铜织构、黄铜织构等不同的织构组分组成；面心立方金属的剪切织构更复杂，包括属于A-fiber的织构组分A₁*，A₂*，A和属于B-fiber的B和以及C等多种组分[Li Saiyi等.Texture formation during equal channel angularextrusion of fcc and bcc materials:comparison with simple shear.MaterialsScienceEngineering A,2005,394:66-77]。

为了准确地表达织构，需要确定微观上晶粒的晶体学取向与宏观的材料特征方向之间的关系，即晶体坐标系中晶向和晶面与宏观材料坐标系之间的关系。在晶体坐标系中，晶向和晶面通常使用密勒指数表示。材料的宏观坐标系，通常取材料的宏观特征方向及其加工过程中的特征方向作为坐标轴来表示。如板材轧制过程，其宏观坐标系由轧向(Rolling Direction，RD)、横向(Transverse Direction，TD)和法向(Normal Direction，ND)构成。由此，板织构以分别平行于轧面和轧向的晶面和晶向表示，即：{hkl}uvw；类似地，丝织构用平行于挤压或拉拔方向、或丝材、棒材的轴线方向的晶向uvw来表示。