母相晶粒重构

EBSD技术常用于研究材料中的相变行为。相变研究在许多领域都非常有用,比如,确定地质样品的变质条件,或者辅助加工工艺的优化以提高钢铁性能。

相变有不同的类型。扩散型相变的速度比较慢,在相变过程中原子在晶格中的扩散距离比较大。许多地质相变都是扩散型的,钢铁中的共析反应生成珠光体也是:铁素体(Fe-BCC)和渗碳体(Fe3C)的混合物。而切变型(或无扩散型)相变的速度要快得多,相变通过晶格切变完成,没有原子的长程移动。淬火过程中奥氏体转变为马氏体是最典型的例子,切变型相变在许多材料中都存在(比如钛、铌、锆合金)。在切变型相变中,母相(高温相)和子相(低温相)之间存在特定的位向关系。许多位向关系都是已知的,通过它,可以从生成的子相取向重构母相的微观组织。这就是“母相晶粒重构”,许多年来一直是EBSD技术关注的话题。

在一些材料中母相重构比较简单,比如钛合金,因为其位向关系的约束严格,变体(从单个母相取向产生的子相取向)的数量有限。在钢铁中,奥氏体和马氏体之间的理论位向关系非常多,这些位向关系假定奥氏体的(111)面平行于马氏体的(011)面。然而,实际样品中,真正的位向关系中极少有上述的平行关系,总会偏离几度。这些因素使奥氏体母相微观组织的重构非常具有挑战性,能否重构成功也取决于是否优化了位向关系。

许多公开发表的文献提出了利用EBSD数据重构母相晶粒的不同方法,包括(但不限于):

虽然如此,在AZtecCrystal中,母相晶粒重构的功能是基于台湾大学学者在下面论文中的工作发展而来的:

黄正尧和他的同事们提出了三步法重构母相晶粒:精修位向关系、子相晶粒测量(取向合并)和投票决定最有可能的母相取向。基本原理如下图所示,更多的细节可查阅他们的论文:

AZtecCrystal中母晶粒重构的三步方法

黄正尧等人(2020)提出的三步法重构母相晶粒的示意图

在AZtecCrystal中,对于母相晶粒重构,尽管精修位向关系的步骤并不是必需的,但它却可以提高马氏体钢母相重构的可靠性,如下图中的结果所示:

马氏体钢的取向分布图,展示了精修位向关系的优势
EBSD面分布图展示了马氏体钢样品中复杂的晶粒结构
原始马氏体组织
EBSD面分布图,展示了根据理论K-S位向关系重构的奥氏体组织

根据理论K-S位向关系重构

EBSD面分布图,展示了根据精修的位向关系重构的奥氏体组织

精修的位向关系改进了重构

Nyyssönen等人的工作详细地描述了,钢铁中奥氏体母相晶粒重构过程中精修位向关系带来的好处:

Application Notes

Evaluating parent grain reconstruction in Titanium using high temperature in-situ EBSD

Learn how parent grain microstructures can be reconstructed from low temperature EBSD analyses using AZtecCrystal. Here, the reconstruction results for a Titanium sample are tested using in-situ EBSD analyses of beta-Ti collected at >900 °C using a new type of high temperature phosphor screen. The results indicate an excellent agreement between the as-measured and reconstructed beta-Ti microstructures.

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