專利名稱：鑄造合金晶體取向測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及晶體取向測定技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適合于立方晶系的鑄造合金晶體取向測定儀。
在晶體取向測定中，當(dāng)需要確定合金的宏觀表面、棱邊、軸線等幾何元素與晶體位向關(guān)系時(例如在需要定向切割薄膜、磨面或定向拉伸等情況下)，通常用X射線勞厄法。但這種方法需要配備昂貴的儀器或較高的費(fèi)用、測定效率低、方法復(fù)雜、電能消耗大，對于底片盒無定向裝置的儀器還可能造成幾度的取向誤差。
根據(jù)鑄造合金中樹枝狀晶具有一定的優(yōu)先生長方向的特性，本實(shí)用新型設(shè)計人曾提出由此測算這類合金的晶體取向，并導(dǎo)出了合金試樣三個相交磨面上的二次枝晶截面排列方向與磨面的晶面指數(shù)之間的關(guān)系式，并在此基礎(chǔ)上給出了晶體取向的計算機(jī)輔助計算方法(有關(guān)論文即將在《材料科學(xué)與工程》中刊出)。此外，還曾通過對試樣磨面及平行于枝晶截面列的直線的極射赤面投影測定晶體取向。上述兩種方法都用到了與枝晶優(yōu)先生長方向有關(guān)的數(shù)據(jù)，由于該方向是已知的(例如立方晶系為<100>)，故不需要勞厄圖相，使晶體取向測定可擺脫大型貴重儀器的使用，大大降低電能消耗以及其他費(fèi)用，同時還使方法簡化、測定效率顯著提高、測定結(jié)果更靠，而且還避免了測試者受X射線照射的可能。然而，前者在進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)測量時，首先需要確認(rèn)出哪一對相交磨面能截過同一根一次枝晶臂，以及在不同磨面上哪些方向的二次枝晶截面列在晶體空間中是處于同一晶面上的，這兩方面對有的試樣會有困難。另外，它還需對幾個實(shí)測角度值進(jìn)行嘗試性的調(diào)整，不順利時會增加不少的時間；在后一種方法中所作極射赤面投影圖時，線條多、錯綜復(fù)雜，空間幾何關(guān)系不直觀，因此有時也容易造成晶體取向測定結(jié)果的錯誤。此外，對投影圖的修改也不方便。
根據(jù)上述已有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于提供一種鑄造合金晶體取向測定儀，它能直觀地反映出鑄造合金晶體試樣不同磨面上枝晶之間的空間關(guān)系，并能進(jìn)一步簡化晶體取向測定方法、提高測定結(jié)果的可靠性。
本實(shí)用新型按晶體的球面投影原理設(shè)計而成。它包括四個部件，即投影球、極點(diǎn)標(biāo)定器、指數(shù)尺和平行線量角器。投影球由硬質(zhì)材料制作，其主體由南半球殼和北半球殼組成，兩半球殼的外表面半徑相同，各內(nèi)球面中心均有一個鉤子，一個彈性元件的兩端分別被鉤在這兩個鉤子上，使兩個半球殼的斷面被拉合在一起而形成一個完整的球體。該球外表面作為投影球面，兩半球殼之間的接合縫作為赤道線，N、S極點(diǎn)處各有一個標(biāo)記。兩個半球殼相接的斷面上，呈平行于球面且凹凸相反的圓環(huán)臺階狀，因而使兩個半球殼接合在一起作相對轉(zhuǎn)動時，不會發(fā)生相對平移。兩個半球殼都各帶有一個圓環(huán)測角尺和半圓環(huán)測角尺。圓環(huán)測角尺直接在半球殼外表面邊緣旁制作，尺面上刻有表示赤道線上各點(diǎn)的圓心角的刻度線；半圓環(huán)測角尺由透明的薄片材料制成，兩端分別通過一根轉(zhuǎn)軸被安裝在相應(yīng)半球殼外表面邊緣的同一直徑線的兩端處。兩個半圓環(huán)測角尺的內(nèi)表面半徑略有不同，其中一個與投影球面相同，而另一個則等于前一個半圓環(huán)測角尺的外表面半徑。兩者均能饒轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，而且還可隨兩個半球殼的相對轉(zhuǎn)動而改變兩者轉(zhuǎn)軸之間的圓心角。兩個半圓環(huán)測角尺內(nèi)表面均刻有一條與其邊緣平行并可延長至轉(zhuǎn)軸中心的尺內(nèi)中線，以及表示該線上各點(diǎn)圓心角的刻度線。極點(diǎn)標(biāo)定器采用透明的有彈性薄片材料，由一個半球薄殼連接一條大圓帶和大圓帶扣而制成。半球薄殼的內(nèi)表面半徑尺寸與半徑較小的半圓環(huán)測角尺的外表面半徑相同。在半球薄殼內(nèi)表面并過其中心點(diǎn)刻有一根大圓線，大圓帶和大圓帶扣分別連接在該大圓線的兩端，而且順該大圓線的延伸方向在大圓帶和大圓帶扣的內(nèi)表面各刻有一條中線。大圓帶端頭帶有插頭，大圓帶扣的端頭帶有插口，大圓帶與大圓帶扣連接后，兩者可構(gòu)成半徑與半球薄殼相同的半圓環(huán)帶。在半球薄殼大圓線的兩端點(diǎn)和中點(diǎn)處，分別開出兩個極點(diǎn)邊孔和一個極點(diǎn)中孔，在大圓帶與大圓帶扣連接后的中線中點(diǎn)處開出另一個極點(diǎn)中孔。在半球薄殼邊緣上兩個極點(diǎn)邊孔之間的兩個中點(diǎn)處各開出一個極點(diǎn)缺口。指數(shù)尺采用矩形的硬質(zhì)薄片材料制成，通過彎曲其長邊而形成半圓柱殼，其內(nèi)表面半徑與投影球面半徑相同。在該半圓柱面上，分別平行和垂直于該柱面的母線，相隔一定間母線，相隔一定間距作出許多線條。其中平行于柱面母線的每對相鄰直線之間的弧長距離對應(yīng)于一定的圓心角，并以這些直線作為測量投影球面上兩點(diǎn)之間圓心角的刻度線，包括有從0°到180°的刻度線。垂直于該柱面母線的每對相鄰直線之間的距離表示一定的余弦值。在這些直線構(gòu)成的網(wǎng)格中，按照角度與相應(yīng)余弦值關(guān)系，繪有余弦曲線。平行線量角器是在普通量角器的基礎(chǔ)上，添加了一組平行于0°刻度線的線條。
具有上述技術(shù)特征的晶體取向測定儀，其投影球中的球殼還可以是一個單獨(dú)完整的球殼，并在其表面上繪有一根赤道線；圓環(huán)測角尺有一個；兩個半圓環(huán)測角尺中的一個，直接在投影球面制作，不能轉(zhuǎn)動，其尺內(nèi)中線同時正交于赤道線和另一個半圓環(huán)測角尺的尺內(nèi)中線。
本實(shí)用新型的鑄造合金晶體取向測定方法及步驟如下1.在待測的鑄造合金單晶體試樣上，磨出三個交于同一頂點(diǎn)的相鄰磨面，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑顯示出這些磨面的枝晶組織(即枝晶截面的形貌)后，在金相顯微鏡下分別沿三個磨面的交線(即邊緣)，拍攝出各磨面上的多個不同視場的含其邊緣在內(nèi)的枝晶組織照片。各照片中顯示出的兩個二次枝晶截面排列方向，分別平行于相應(yīng)磨面與(100)、(010)晶面的交線，故分別稱之為(100)交線和(010)交線；2.用平行線量角器在各磨面枝晶組織照片上，分別測出兩個不同的枝晶截面排列方向沿逆(或順)時針方向轉(zhuǎn)(≤180°)至一個磨面邊緣所經(jīng)夾角的平均值δi.(100)和δi.(010)(i表示磨面編號)。測量這些夾角值時，均盡可能使平行線量角器中的各平行線與待測方向上各二次枝晶截面列同時達(dá)到最接近重合或平行的程度。另外，還需測出各磨面與另兩個磨面相交所形成的兩邊緣之間夾角φi；3.根據(jù)各磨面上的φi值，先后轉(zhuǎn)動兩個半球殼及兩個半圓環(huán)測角尺，使赤道線和兩個尺內(nèi)中線之間的相對空間位向關(guān)系，與試樣三個磨面之間的空間關(guān)系相同。此時，赤道線和兩個尺內(nèi)中線分別代表試樣各不同磨面與投影球相交形成的跡線，各跡線與另兩條跡線的交點(diǎn)之間的圓心角，與相應(yīng)磨面上的φi值相等，該值可分別從圓環(huán)測角尺和兩個半圓環(huán)測角尺上讀出；4.按各個磨面上的δi.(100)和δi.(010)值，分別在各個磨面跡線上相應(yīng)的兩個圓心角處，用筆畫或用不干膠紙粘貼的方式，作出相應(yīng)磨面上(100)交線和(010)交線的跡點(diǎn)標(biāo)記；5.將極點(diǎn)標(biāo)定器的半球薄殼先后兩次罩在投影球上，每一次其邊緣都與一個不同的尺內(nèi)中線(即一個磨面的跡線)重合，并且均罩在對應(yīng)于磨面正面的半個投影球面上。然后，穿過半球薄殼的極點(diǎn)中孔，在投影球面上作相應(yīng)磨面的極點(diǎn)標(biāo)記。以赤道線為跡線的另一磨面的極點(diǎn)，直接用投影球面上的N極或S極點(diǎn)作為其標(biāo)記；6.再次將極點(diǎn)標(biāo)定器的半球薄殼罩在投影球上，并把大圓帶與大圓帶扣連接上，然后轉(zhuǎn)動極點(diǎn)標(biāo)定器，直至半球薄殼的大圓線及其邊緣，同時與各個(100)交線及(010)交線跡點(diǎn)標(biāo)記重合或達(dá)到距離最小的程度。此時，半球薄殼大圓線和半球薄殼邊緣分別是(100)和(010)兩晶面跡線，故按半球薄殼的極點(diǎn)缺口、極點(diǎn)中孔和極點(diǎn)邊孔在投影球上所處的位置，給出可作為(100)、(010)和(001)晶面極點(diǎn)的六個點(diǎn)，選取其中三個能滿足這些晶面之間的晶體學(xué)關(guān)系的點(diǎn)，作出具體晶面極點(diǎn)的標(biāo)記。
7.用指數(shù)尺在投影球面上測出任意一個或全部磨面的極點(diǎn)分別與(100)、(010)和(001)極點(diǎn)之間的圓心角αi、βi和γi，再由該尺上的余弦曲線讀出Cosαi、Cosβi和Cosγi值，根據(jù)Cosoi∶Cosβi∶Cosγi＝hi∶ki∶li關(guān)系即得到待測磨面指數(shù)(hikili)。由αi、βi、γi和(hikili)，可反映合金試樣的晶體取向。
上述方法所用的晶體取向測定儀，其投影球是由兩個半球殼組成的，測定晶體取向時用了三個磨面，實(shí)際上少取一個磨面也是可以的，這樣做可減少工作量。但是，按上述方法用三個磨面測量，能做到對測量數(shù)據(jù)的相互印證，避免錯誤；對于投影球?yàn)閱我磺蝮w的晶體取向測定儀，晶體取向測定時只需用試樣的兩個相交磨面，因此，試樣可以不磨制出第三個磨面，但要測出兩磨面之間的夾角。上述只用兩個磨面測定晶體取向的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于能減少工作量，更重要的是它適用于試樣只能磨制出兩個磨面的特殊情況。不過，對制樣另有一點(diǎn)要求，即不能使兩磨面交線平行于兩磨面上的(100)交線及(010)交線。
如果還需要對試樣進(jìn)行定向切割，則在上述工作的基礎(chǔ)上，還可用晶體取向測定儀確定擬切面在試樣各磨面上截出的切割線與相應(yīng)磨面邊緣之間的夾角。具體步驟如下1.當(dāng)擬切割面的晶面指數(shù)(h4K4l4)決定后，計算出該面與(100)(010)和(001)晶面之間的夾角α4=arccosh4h42+k42+l42,]]>β4=arccosk4h42+k42+l42]]>和γ4=arccosl4h42+k42+l42;]]>2.采用圓規(guī)，先后按α4、β4和γ4值，在投影球的圓環(huán)測角尺上決定圓規(guī)針尖至筆尖的距離，在每一次這樣的工作之后，分別以投影球上的(100)、(010)和(001)的極點(diǎn)為圓心，畫出三條圓弧線，它們相交的一點(diǎn)即是擬切面(hkl)的極點(diǎn)，在該點(diǎn)上作出其標(biāo)記；3.將極點(diǎn)標(biāo)定器的半球薄殼罩在投影球面上，并使其極點(diǎn)中孔與擬切面的(h4k4l4)極點(diǎn)標(biāo)記重合，這時半球薄殼邊緣可代表擬切面(h4k4l4)在投影球面的跡線，該跡線在赤道線和兩個尺內(nèi)中線上的各交點(diǎn)，分別代表擬切面(h4k4l4)與三個磨面交線的跡點(diǎn)，在圓環(huán)測角尺和兩個半圓環(huán)測角尺上，分別讀出這些跡點(diǎn)到半圓環(huán)測角尺轉(zhuǎn)軸處的圓心角，這些角度等于切割線與相應(yīng)磨面邊緣所交成的夾角。按所得夾角，在三個(或兩個)磨面上劃出切割線，沿這些線即可切出擬切面(h4k4l4)。
由以上測定方法可見，采用本實(shí)用新型測定晶體取向，不但具有前面提及的計算法和極射赤面投影法的優(yōu)點(diǎn)，同時，由于其中的極點(diǎn)標(biāo)定器具有揭示試樣各磨面上的枝晶截面列之間存在的空間關(guān)系的能力，因而在進(jìn)行各種數(shù)據(jù)測量時，均不需確認(rèn)待測試樣不同磨面上的枝晶截面列之間所存在的空間關(guān)系。此外，還可以很方便地從不同視角直觀了解到測量中所用的各平面、各直線之間的空間關(guān)系，便于與試樣對照，發(fā)現(xiàn)錯誤。另外，采用本實(shí)用新型能很方便地實(shí)現(xiàn)，根據(jù)(100)、(010)和(001)晶面的極點(diǎn)確定出各磨面上的定向切割線。這樣做能使所得的結(jié)果更可靠，因?yàn)?100)、(010)和(001)的極點(diǎn)，是直接根據(jù)各磨面的枝晶截面排列方向得出的，它所依賴的測量數(shù)據(jù)相對較少。在用途上，本實(shí)用新型對有枝晶組織的鑄造類合金，既可測定單晶體的取向又可測定多晶體的晶粒取向。此外，在一定條件下，還可對無枝晶組織的其他合金進(jìn)行有關(guān)晶體取向的測定，例如對有兩個磨面指數(shù)已知的試樣中的孿生面指數(shù)或滑移面指數(shù)的測定，或者在已知后兩者之一的條件下，測定前者指數(shù)。本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單合理、造價低、容易生產(chǎn)、尺寸小、重量輕、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。


圖1為投影球主視圖。
圖2為南半球殼和北半球殼被拉開的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為點(diǎn)標(biāo)定器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為指數(shù)尺的主視圖。
圖5為平行線量角器的主視圖。
圖1至圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中的四個部件，主要由塑料制成。如圖1和圖2所示的投影球，其中北半球殼3的內(nèi)表面中心有一個鉤子14，南半球殼4在同樣的位置處也有相同的鉤子，一根橡皮筋13的兩端分別被鉤在一個鉤子上，使北半球殼3和南半球殼4即可被橡皮筋13拉合成一個完整的球體，也可通過施加外力而拉開。北半球殼3和南半球殼4相接的斷面11和12呈凹凸相反的圓環(huán)臺階狀。兩半球殼之間的接合縫作為赤道線， S極點(diǎn)處有一個標(biāo)記5，N極點(diǎn)處也同樣。一個內(nèi)表面半徑與投影球面相同的半圓環(huán)測角尺7和一個半徑與半圓環(huán)測角尺7外表面半徑相同的半圓環(huán)測角尺6，其兩端分別通過轉(zhuǎn)軸2和10安裝在兩半球殼外表面邊緣相對的位置處，且軸心與半球殼外表面邊緣的直徑線重合。轉(zhuǎn)軸2和10由金屬制成，為了在保證各轉(zhuǎn)軸軸心都處于赤道平面上的同時，還能使北半球殼3與南半球殼4之間可作相對轉(zhuǎn)動，將各轉(zhuǎn)軸凸出于兩個半球殼相接斷面11和12的部分銼去。兩個半圓環(huán)測角尺6和7采用透明的塑料薄片制成，其內(nèi)表面刻有一根可延長至轉(zhuǎn)軸中心的尺內(nèi)中線15，以及可測定該線上兩點(diǎn)之間圓心角的刻度線。在北半球殼3和南半球殼4的外表面邊緣旁，都各自刻有一個圓環(huán)測角尺8和9，兩個尺面上的0°和180°刻度線均位于半圓環(huán)測角尺的轉(zhuǎn)軸2和10的軸心處，這便于測定赤道線上任一點(diǎn)至相應(yīng)軸心處之間的圓心角。如圖3所示的極點(diǎn)標(biāo)定器16，采用透明的塑料薄片制作，由一個半球薄殼28、大圓帶25和大圓帶扣19組成。在半球薄殼28邊緣相對的位置處，分別連接大圓帶25和大圓帶扣19。半球薄殼28內(nèi)表面上刻有一根與半球薄殼邊緣21正交的大圓線27，其兩端分別連接大圓帶25和大圓帶扣19內(nèi)表面上的中線26和18。大圓帶端頭制成帶有中縫的箭頭形插頭23，大圓帶扣的端頭朝外翻折并有一個扁長形插口20，可將大圓帶端頭通過朝中縫方向施壓變形插入該插口而與大圓帶扣連接，以同樣的變形方法也可將大圓帶拉出。當(dāng)大圓帶和大圓帶扣相連接形成半圓環(huán)帶時，兩根中線26和18與大圓線27處于同一平面上，因而形成同一根大圓線。在半球薄殼大圓線27的兩端點(diǎn)和中點(diǎn)處，分別開出兩個極點(diǎn)邊孔17和一個極點(diǎn)中孔29，在大圓帶25與大圓帶扣19連接后的中線中點(diǎn)處開出另一個極點(diǎn)中孔24。在半球薄殼邊緣21上兩個極點(diǎn)邊孔17之間的兩個中點(diǎn)處，各開出一個極點(diǎn)缺口22。如圖4所示的指數(shù)尺30，由矩形透明塑料薄片制成，呈半圓柱形，內(nèi)表面半徑與投影球面半徑相同。其內(nèi)表面上，分別平行和垂直于該柱面的母線，作出許多等間距的線條。這一間距，前者對應(yīng)于1°的圓心角，后者表示0.1的余弦值。此外，還按角度與相應(yīng)余弦值關(guān)系，繪有余弦曲線31。如圖5所示的平行線量角器32上，有表示角度的刻度線和一組平行于0°刻度線的線條。
權(quán)利要求1.一種鑄造合金晶體取向測定儀，特別適合于根據(jù)鑄造類的立方晶系合金試樣磨面上的枝晶截面排列方向測定晶體取向，其特征在于它由投影球(1)、極點(diǎn)標(biāo)定器(16)、指數(shù)尺(30)和平行線量角器(32)四個部件所組成，所述投影球(1)可分為北半球殼(3)和南半球殼(4)，兩個半球殼內(nèi)表面中心各設(shè)有一個鉤子(14)，分別鉤住同一根彈性元件(13)的一端；兩個半球殼相接的斷面(11)和(12)呈凹凸相反的圓環(huán)臺階狀；在兩個半球殼外表面邊緣相對的位置上，分別通過轉(zhuǎn)軸(2)和(11)連接半圓環(huán)測角尺(6)和(7)的兩端，其轉(zhuǎn)軸的軸心分別與兩個半球殼的外表面邊緣的直徑線重合；兩個半圓環(huán)測角尺內(nèi)表面的半徑，分別等于投影球面半徑和一個半圓環(huán)測角尺的外表面半徑，其內(nèi)表面各刻有一根可延長至轉(zhuǎn)軸中心的尺內(nèi)中線(15)，尺內(nèi)中線上有表示圓心角的刻度線；兩個半球殼外表面邊緣，均刻有一個帶圓心角刻度線的圓環(huán)測角尺(8)和(9)；所述極點(diǎn)標(biāo)定器(16)，有一個內(nèi)表面與半徑較小的半圓環(huán)測角尺外表面半徑相同的半球薄殼(28)，在其邊緣(21)的相對位置上分別連接一條帶有插頭(23)的大圓帶(25)和帶有插口(20)的大圓帶扣(19)，大圓帶和大圓帶扣上的中線(26)和(18)分別與半球薄殼(28)內(nèi)表面的大圓線(27)兩端相連接，分別在大圓線(27)的兩端點(diǎn)和中點(diǎn)處設(shè)有極點(diǎn)邊孔(17)和極點(diǎn)中孔(29)，另一極點(diǎn)中孔(24)設(shè)在大圓帶(25)與大圓帶扣(19)相連后的中點(diǎn)處，在半球薄殼邊緣(21)上，兩個極點(diǎn)邊孔(17)之間的兩個中點(diǎn)處，各開出一個極點(diǎn)缺口(22)；所述指數(shù)尺(30)的外形為半圓柱殼，內(nèi)表面半徑與投影球面半徑相同，其表面上有表示圓心角和各角度余弦值的兩組正交的平行線條和一根余弦曲線(31)；所述的平行線量角器(32)上有表示角度的刻度線和一組平行于0°刻度線的線條。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造合金晶體取向測定儀，其特征在于所述的半圓環(huán)測角尺和極點(diǎn)標(biāo)定器采用透明的薄片材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造合金晶體取向測定儀，其特征在于所述的投影球中的球殼可以是一個完整的球殼，其表面上繪有一根赤道線，并刻有一個圓環(huán)測角尺；兩個半圓環(huán)測角尺中的一個，直接刻制在投影球面上，其尺內(nèi)中線(15)同時正交于赤道線和另一個半圓環(huán)測角尺的尺內(nèi)中線(15)。
專利摘要本實(shí)用新型包括有投影球、極點(diǎn)標(biāo)定器、指數(shù)尺和平行線量角器四個部件,投影球上設(shè)有半圓環(huán)測角尺和圓環(huán)測角尺,極點(diǎn)標(biāo)定器開有極點(diǎn)中孔、邊孔、缺口,指數(shù)尺上有表示圓心角的平行線和各角度余弦值的曲線。通過測出與枝晶有關(guān)的夾角,作出有關(guān)各平面在投影球面上的跡線,再作出相應(yīng)的投影點(diǎn),根據(jù)與枝晶方向有關(guān)的晶面的極點(diǎn)至待測磨面極點(diǎn)之間的圓心角確定待測指數(shù)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、操作簡便、測定結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01D21/00GK2443328SQ0023222
公開日2001年8月15日 申請日期2000年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月23日
發(fā)明者任遙遙, 彭志方, 趙端娜 申請人:武漢大學(xué)