AA3104热轧铝板织构的快速测量.pdf

D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.06.033 第29卷第6期北京科技大学学报 Vol.29 No.6 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2007 AA3104热轧铝板织构的快速测量刘涛毛卫民)马全仓”冯惠平) 陈昌云)李吉彬2 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)西南铝业（集团）公司，重庆401326 摘要提出一种准确快速测量AA3104热轧铝板织构的方法，为避免因反射法测量带来的不均匀性，根据铝板的样品对称性和晶体对称性，用透射法测出极图上一条弧段上的衍射数据。用正态分布来拟合测量的数据，并得到各织构组分的特征参数.用所得参数计算出的极图和ODF图与用常规方法实际测得的结果有较好的一致性，很好地预测到热轧铝板的主要织构组分·原则上，该技术可以发展成为工业上热轧铝板织构的在线定量检测技术· 关键词铝合金：热轧板；织构：X射线透射法分类号TG113.26 AA3104铝合金板被广泛用作饮料罐材的冲压形织构共存，与退火铝板的织构很不相同]，因此加工板材，降低冲压制耳是控制AA3104铝板质量需要专门研究相应织构的快速测量方法，的关键因素之一山.冷轧加工前热轧板的织构对冲压制耳有关键性的影响].一般认为，热轧板内较 1热轧铝板的织构及极图数据的选取高的立方织构有利于冷轧后板内保留足够的立方织铝板的立方晶体对称性和样品正交对称性使每构，因而与冷轧$织构互相补偿，以降低或消除制种织构在极图上有一些等价的极密度峰，原则上，耳3].由此可见，根据热轧板织构可以预测冷轧后只要获得每种织构组分各一个密度峰的特征数据，铝板的冲压性能；如果能够在生产线上快速、连续、就可以推断出其他密度峰的分布情况，设这些密度无损地测量到热轧板织构，则可以对产品质量提供峰在极图上呈正态分布，则只要获取相应正态分布监测和保障函数的关键参数就可以根据极图投影的几何原理推织构在线测量的关键在于同时实现高的测量精演出完整的极图.对AA3104热轧板来说，黄铜织度和高的测量速度.已有的一些在线测量的尝试多构{110k112和立方织构100k00少往往同时存注重测量的速度，所测数据量有限，因此不能满足在在，图1显示这两种织构组分在{200}极图中等价线测量所需要的高精度[).最近对退火薄铝板织极密度峰的位置分布，构测量技术的研究表明，如果能够掌握所测铝板的 RD 织构类型，并采用二维X射线探测系统则有可能在确保测量精度的前提下大幅度缩减必要的检测数据量和检测时间，满足在线织构检测技术对精度和速 TD 度的要求[ 热轧板尺寸较厚，一般超过2mm,其面表层和中心层的织构通常会有明显的差异[8]，如果采用传统的反射法只能测得表面的织构，因此不能获得铝板整体的织构信息，不利于实现板材冲压性能的在图1黄铜织构和立方织构在{200}极图中的等价极密度分布 (O一黄铜织构110(113，■一立方织构{100(00D) 线控制.另一方面，热轧铝板内的再结晶织构和变 Fig.1 Distribution of equal peaks of brass and cube textures in the (200)pole figure (O-brass texture (110K 112.-cube texture 收稿日期：.2006-02-20修回日期：2006-07-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50171014):国家“863 {100K00D) 计划资助项目(No,2003AA331080) 由于热轧板织构表面层与中心层织构的差作者简介：刘涛(1981一)，男，顾士研究生；毛卫民(1950一)男，教授，博士生导师异[8]，若用热轧板的表面信息来推测整体信息会存

AA3104热轧铝板织构的快速测量刘涛1）毛卫民1）马全仓1）冯惠平1）陈昌云2）李吉彬2） 1）北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2）西南铝业（集团）公司重庆401326 摘要提出一种准确快速测量 AA3104热轧铝板织构的方法．为避免因反射法测量带来的不均匀性根据铝板的样品对称性和晶体对称性用透射法测出极图上一条弧段上的衍射数据．用正态分布来拟合测量的数据并得到各织构组分的特征参数．用所得参数计算出的极图和 ODF 图与用常规方法实际测得的结果有较好的一致性很好地预测到热轧铝板的主要织构组分．原则上该技术可以发展成为工业上热轧铝板织构的在线定量检测技术．关键词铝合金；热轧板；织构；X 射线透射法分类号 TG113∙26 收稿日期：2006－02－20 修回日期：2006－07－07 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50171014）；国家“863” 计划资助项目（No．2003AA331080）作者简介：刘涛（1981－）男硕士研究生；毛卫民（1950－）男教授博士生导师 AA3104铝合金板被广泛用作饮料罐材的冲压加工板材．降低冲压制耳是控制 AA3104铝板质量的关键因素之一［1］．冷轧加工前热轧板的织构对冲压制耳有关键性的影响［2］．一般认为热轧板内较高的立方织构有利于冷轧后板内保留足够的立方织构因而与冷轧 S 织构互相补偿以降低或消除制耳［3］．由此可见根据热轧板织构可以预测冷轧后铝板的冲压性能；如果能够在生产线上快速、连续、无损地测量到热轧板织构则可以对产品质量提供监测和保障．织构在线测量的关键在于同时实现高的测量精度和高的测量速度．已有的一些在线测量的尝试多注重测量的速度所测数据量有限因此不能满足在线测量所需要的高精度［4－6］．最近对退火薄铝板织构测量技术的研究表明如果能够掌握所测铝板的织构类型并采用二维 X 射线探测系统则有可能在确保测量精度的前提下大幅度缩减必要的检测数据量和检测时间满足在线织构检测技术对精度和速度的要求［7］．热轧板尺寸较厚一般超过2mm．其面表层和中心层的织构通常会有明显的差异［8］如果采用传统的反射法只能测得表面的织构因此不能获得铝板整体的织构信息不利于实现板材冲压性能的在线控制．另一方面热轧铝板内的再结晶织构和变形织构共存与退火铝板的织构很不相同［9］因此需要专门研究相应织构的快速测量方法． 1 热轧铝板的织构及极图数据的选取铝板的立方晶体对称性和样品正交对称性使每种织构在极图上有一些等价的极密度峰．原则上只要获得每种织构组分各一个密度峰的特征数据就可以推断出其他密度峰的分布情况．设这些密度峰在极图上呈正态分布则只要获取相应正态分布函数的关键参数就可以根据极图投影的几何原理推演出完整的极图．对 AA3104热轧板来说黄铜织构｛110｝〈112〉和立方织构｛100｝〈001〉往往同时存在．图1显示这两种织构组分在｛200｝极图中等价极密度峰的位置分布．图1 黄铜织构和立方织构在｛200｝极图中的等价极密度分布（○—黄铜织构｛110｝〈112〉 ■—立方织构｛100｝〈001〉） Fig．1 Distribution of equal peaks of brass and cube textures in the ｛200｝pole figure （○—brass texture｛110｝〈112〉 ■—cube texture ｛100｝〈001〉）由于热轧板织构表面层与中心层织构的差异［8］若用热轧板的表面信息来推测整体信息会存第29卷第6期 2007年 6月北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．6 Jun．2007 DOI:10．13374／j．issn1001—053x．2007．06．033

596 北京科技大学学报第29卷在很大偏差，所以沿着图1中的粗弧段可以借助透 0.9 0.8 。样品A的极图密度射法分别测得黄铜织构和立方织构的密度峰，同时 ·样品B的极图密度避免不同织构组分密度峰的重叠，因此，本文采用一样品A的拟合曲线 0.6 一样品B的拟合曲线 X射线透射法测量了粗弧段的衍射数据以获得样品的整体织构(RD一轧向，TD一横向) 卸 0.4 02 2实验过程 0.1 实验选用A和B两种AA3104热轧板作为研 0 10 20 3040506070 ai) 究对象，厚度为2.62mm·用X射线透射法分别测出两个样品的1111、{200}和220}极图，然后算出图3校正后的粗弧段衍射数据和拟合的正态曲线取向分布函数(ODF)图.图2是借助ODF反算出 Fig-3 Diffraction data of thick arc and the fitting curves of Gaus 的完整{200极图. sian distribution after correction RD 所示的曲线 I空=空ne成+山式中，i是各织构组分的序数，n是织构组分数（这里n=2),10:是正态分布的峰值，：是织构峰峰值处对应的α角，：是正态分布的散布宽，r是随机 (a) (b) 分布织构，表1显示各正态分布拟合计算出的峰值和散布宽度，通过下列两式可计算出二维极图的各图2常规透射法测量并反算出的{200}极图（密度水平：1,2，织构组分和随机分布的体积量： 4,8)·(a)样品A:(b)样品B Fig-2 Conventional re-calculated (200)pole figures by transmis- V:= sion (density levels:1,2.4,8):(a)Sample A:(b)Sample B 2π(a-)ldc:=πl0:%: (2) 用X射线透射法分别测出两个样品如图1中 V.=2πr (3) 所示粗弧段的衍射数据，步长是2°.测量过程中将把各组分体积量加和，然后作归一化处理，可算出各绕样品法向轴转动的大小定义为α角，沿样品横向自的体积分数，结果见表1.以表1中定量拟合出的轴方向定义为a=0°.对实测的衍射强度进行角。各组分体积分数中(V:)、散布宽：为特征参数，把吸收校正和背底校正[).图3显示校正后试样A和正态分布的函数依照图1所示的对称性作对称处理 B的衍射数据后叠加在一起，构成{200}、{111}和{220}极图；用这 3织构定量分析三组极图数据可以推算出ODF图.图4是推算得到的两个样品的极图，与图2中的极图比较表明：设织构峰为正态分布，其形式如下式，对校正后用特征参数叠加出的极图较好地反映了热轧板中的的衍射数据进行正态分布拟合处理得到如图3虚线主要织构，如立方织构和黄铜织构表1正态分布拟合出的各织构组分参数 Table 1 Parameters by fitting treatment of Gaussian distribution 立方织构黄铜织构随机分布织构样品蜂值体积分数/% 散布宽度/( 峰值体积分数/% 散布宽度/() 体积分数/% 0.1132 3.7 7.6 0.5026 70.9 11.1° 25.4 0.8009 33.0 9.3 0 0 67.0 4 讨论极图的数千个衍射数据10]，而上面所述的特征参数模拟方法只是两个织构组分的体积分数和散布宽以常规的实验室极图测量通常需要测量3~4组及随机分布织构的体积分数共五个参数来反算出极

在很大偏差．所以沿着图1中的粗弧段可以借助透射法分别测得黄铜织构和立方织构的密度峰同时避免不同织构组分密度峰的重叠．因此本文采用 X 射线透射法测量了粗弧段的衍射数据以获得样品的整体织构（RD—轧向TD—横向）． 2 实验过程实验选用 A 和 B 两种 AA3104热轧板作为研究对象厚度为2∙62mm．用 X 射线透射法分别测出两个样品的｛111｝、｛200｝和｛220｝极图然后算出取向分布函数（ODF）图．图2是借助 ODF 反算出的完整｛200｝极图．图2 常规透射法测量并反算出的｛200｝极图（密度水平：12 48）．（a）样品 A；（b）样品 B Fig．2 Conventional re-calculated｛200｝pole figures by transmission （density levels：1248）：（a） Sample A；（b） Sample B 用 X 射线透射法分别测出两个样品如图1中所示粗弧段的衍射数据步长是2°．测量过程中将绕样品法向轴转动的大小定义为 α角沿样品横向轴方向定义为 α＝0°．对实测的衍射强度进行角 α 吸收校正和背底校正［9］．图3显示校正后试样 A 和 B 的衍射数据． 3 织构定量分析设织构峰为正态分布其形式如下式对校正后的衍射数据进行正态分布拟合处理得到如图3虚线图3 校正后的粗弧段衍射数据和拟合的正态曲线 Fig．3 Diffraction data of thick arc and the fitting curves of Gaussian distribution after correction 所示的曲线． I＝ ∑ n i＝1 Ii＝ ∑ n i＝1 I0ie －（αi－α0i ） 2／ψ 2 0i＋ r （1）式中i 是各织构组分的序数n 是织构组分数（这里 n＝2）I0i是正态分布的峰值α0i是织构峰峰值处对应的α角ψ0i是正态分布的散布宽r 是随机分布织构．表1显示各正态分布拟合计算出的峰值和散布宽度．通过下列两式可计算出二维极图的各织构组分和随机分布的体积量： V i＝∫ ∞ α01 2π（αi－α0i） Iidαi＝πI0iψ2 0i （2） V r＝2πr （3）把各组分体积量加和然后作归一化处理可算出各自的体积分数结果见表1．以表1中定量拟合出的各组分体积分数 ●（ V i）、散布宽 ψ0i为特征参数把正态分布的函数依照图1所示的对称性作对称处理后叠加在一起构成｛200｝、｛111｝和｛220｝极图；用这三组极图数据可以推算出 ODF 图．图4是推算得到的两个样品的极图．与图2中的极图比较表明：用特征参数叠加出的极图较好地反映了热轧板中的主要织构如立方织构和黄铜织构．表1 正态分布拟合出的各织构组分参数 Table1 Parameters by fitting treatment of Gaussian distribution 样品立方织构黄铜织构随机分布织构峰值体积分数／％散布宽度／（°）峰值体积分数／％散布宽度／（°）体积分数／％ A 0∙1132 3∙7 7∙6 0∙5026 70∙9 11∙1° 25∙4 B 0∙8009 33∙0 9∙3 0 0 — 67∙0 4 讨论常规的实验室极图测量通常需要测量3～4组极图的数千个衍射数据［10］而上面所述的特征参数模拟方法只是两个织构组分的体积分数和散布宽以及随机分布织构的体积分数共五个参数来反算出极 ·596· 北京科技大学学报第29卷

.598 北京科技大学学报第29卷轧后板内保留足够的立方织构，因而与冷轧$织构 trol of earing.J Aust Inst Met.1967,12(1):55 互相补偿，以降低或消除制耳] [2]Rodrigues P M B.Bichel H.Furrer P.Cube texture in aluminum sheet and foil products//Merchant H D,Morris J G.Texture in 用二维探测器可在数秒内测出沿图1中的粗弧 non ferrous metals and alloys.USA:The Metallurgical Society. 段的衍射数据门.根据粗弧段中的立方织构和黄铜 1984,45 织构分布可以推断出其他等价极密度峰的分布情 [3]Hutchinson W B,Oscarsson A.Karlsson A.Control of mi- 况.可以设想，在AA3104热轧板生产线上安放一 crostructure and earing behaviour in aluminium alloy AA3004 hot 个面探测器就可以不用转动和移动任何设备获得图 bands.Mater Sci Technol,1989.5(11):1118 1中粗弧段上的相关数据实现热轧板的快速测量， [4]Kopineck HJ.On line texture measurement in a production line/ Bunge H J,ed.Experiment Techniques of Texture Analysis. 可以想象，根据该技术的原理可以延伸到其他的材 DGM-Informationsgesellsheaft.Oberursel.1980:171 料领域，甚至可以用于预测与织构相关的性 [5]Bottcher W.Kopineck H J.Uber ein Rontgentexturmessver- 能4，山.这方面的工作需要进一步的研究 fahren zur zerst rorungfreien on-line-bestimmung technologischer kennwerte von kaltgewaltzten stahlbandern.Stahl Eisen.1985. 5结论 105:509 [6]Borsutzki M.Thoma C.Bleck W.et al.On-line-bestimmung 本文采用X射线透射法测出极图上一条弧段 technologischer kennwerte von kaltgewaltzten blech.Sthal Fisen. 上的衍射数据，用正态分布拟合所测的衍射数据得 1993,113.93 到各织构的特征参数，计算出的极图和ODF图与用 [7]毛卫民，陈冷，杨平，等。退火铝板织构X射线快速检测原理常规检测方法测得3~4组极图数千个衍射数据计科学通报，2004,20.2128 算出的结果有较好的一致性；并且可采用二维面探 [8]刘涛，毛卫民，冯惠平，等.用X射线透射法测量热轧铝板整体织构.物理测试，2005,4：11 测器数秒内获得所需的数据，这种检测方法快速而 [9]毛卫民.晶体材料织构定量分析。北京：治金工业出版社，且准确，能够捕捉到热轧板内立方或黄铜织构体积 1995,8 量及织构信息，可以发展成为工业上热轧铝板织构 [10]毛卫民.金属材料的晶体学织构与各向异性.北京：科学出的在线定量检测技术. 版社，2002,4 [11]Bunge H J.The relation between preferred orientation and the 参考文献 Lankford parameter r of plastic anisotropy.Arch Eisenhutten- [1]Blade JC.The cube texture in aluminum and its roles in the con- wes,1981,52,407 Rapid texture measurement of AA3104 hot bands LIU Tao),MAO Weimin,MA Quancang,FENG Huiping), CHEN Changyun2),LI Jibin2) 1)Materials Science and Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Southwest Aluminum (Group)Co.Ltd.,Chongqing 401326,China ABSTRACI A new technique was proposed for rapid and accurate texture measurement of AA3104 hot bands. Based on the sample and crystal symmetry of aluminum bands,the diffraction data along an arc in pole figures were measured using the transmission technique,which avoided the heterogeneity of the reflection technique.A fitting treatment based on Gaussian distribution was introduced,and the characteristic parameters of each tex- ture were obtained.The reproduced pole figures based on the characteristic parameters are in good agreement with those obtained by the conventional way,which predicts the main texture components satisfactorily.In principle,an industrial technology for on-line texture determination could be developed based on this technique. KEY WORDS aluminum alloy;hot bands;texture:X ray transmission technique

轧后板内保留足够的立方织构因而与冷轧 S 织构互相补偿以降低或消除制耳［3］．用二维探测器可在数秒内测出沿图1中的粗弧段的衍射数据［7］．根据粗弧段中的立方织构和黄铜织构分布可以推断出其他等价极密度峰的分布情况．可以设想在 AA3104热轧板生产线上安放一个面探测器就可以不用转动和移动任何设备获得图 1中粗弧段上的相关数据实现热轧板的快速测量．可以想象根据该技术的原理可以延伸到其他的材料领域甚至可以用于预测与织构相关的性能［411］．这方面的工作需要进一步的研究． 5 结论本文采用 X 射线透射法测出极图上一条弧段上的衍射数据用正态分布拟合所测的衍射数据得到各织构的特征参数计算出的极图和 ODF 图与用常规检测方法测得3～4组极图数千个衍射数据计算出的结果有较好的一致性；并且可采用二维面探测器数秒内获得所需的数据．这种检测方法快速而且准确能够捕捉到热轧板内立方或黄铜织构体积量及织构信息可以发展成为工业上热轧铝板织构的在线定量检测技术．参考文献［1］ Blade J C．The cube texture in aluminum and its roles in the control of earing．J Aust Inst Met196712（1）：55 ［2］ Rodrigues P M BBichel HFurrer P．Cube texture in aluminum sheet and foil products∥Merchant H DMorris J G．Texture in non-ferrous metals and alloys．USA：The Metallurgical Society 1984：45 ［3］ Hutchinson W BOscarsson AKarlsson A．Control of microstructure and earing behaviour in aluminium alloy AA3004hot bands．Mater Sci Technol19895（11）：1118 ［4］ Kopineck H J．On line texture measurement in a production line∥ Bunge H Jed．Experiment Techniques of Texture Analysis DGM-Informationsgesellshcaft．Oberursel1980：171 ［5］ Bottcher WKopineck H J．Uber ein Rontgen-texturmessverfahren zur zerstrorungfreien on-line-bestimmung technologischer kennwerte von kaltgewaltzten stahlbandern．Stahl Eisen1985 105：509 ［6］ Borsutzki MThoma CBleck Wet al．On-line-bestimmung technologischer kennwerte von kaltgewaltzten blech．Sthal Eisen 1993113：93 ［7］毛卫民陈冷杨平等．退火铝板织构 X 射线快速检测原理．科学通报200420：2128 ［8］刘涛毛卫民冯惠平等．用 X 射线透射法测量热轧铝板整体织构．物理测试20054：11 ［9］毛卫民．晶体材料织构定量分析．北京：冶金工业出版社 1995：8 ［10］毛卫民．金属材料的晶体学织构与各向异性．北京：科学出版社2002：4 ［11］ Bunge H J．The relation between preferred orientation and the Lankford parameter r of plastic anisotropy．Arch Eisenhuttenwes198152：407 Rapid texture measurement of AA3104hot bands LIU T ao 1）MAO Weimin 1）MA Quancang 1）FENG Huiping 1） CHEN Changyun 2）LI Jibin 2） 1） Materials Science and Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Southwest Aluminum （Group） Co．Ltd．Chongqing401326China ABSTRACT A new technique was proposed for rapid and accurate texture measurement of AA3104hot bands． Based on the sample and crystal symmetry of aluminum bandsthe diffraction data along an arc in pole figures were measured using the transmission techniquewhich avoided the heterogeneity of the reflection technique．A fitting treatment based on Gaussian distribution was introducedand the characteristic parameters of each texture were obtained．The reproduced pole figures based on the characteristic parameters are in good agreement with those obtained by the conventional waywhich predicts the main texture components satisfactorily．In principlean industrial technology for on-line texture determination could be developed based on this technique． KEY WORDS aluminum alloy；hot bands；texture；X-ray transmission technique ·598· 北京科技大学学报第29卷