实验-金属的塑性变形与再结晶

1、实验四金属的塑性变形与再结晶一、实验目的1.了解冷塑性变形对金属组织和性能的影响。2.了解冷变形度对金属再结晶后晶粒大小的影响。 图4-1 05钢冷塑性变形后组织(200×a未变形,940正火b变形程度40% c变形程度70% d变形程度80%二、实验概述(一金属塑性变形后的组织、性能变化金属的重要特性之一就是具有塑性。当金属受的外力(切应力超过其屈服点(s时,除继续发生弹性变形外,同时还发生永久变形,又称塑性变形。它主要通过滑移和孪生方式进行。塑性变形的结果不仅使金属的外形、尺寸改变,而且使金属内部的组织和性能也发生变化。现将这些变化分述于下。1.滑移带滑移是金属塑性变形的基本方式

2、。晶体滑移时沿滑移面、滑移方向产生相对滑动,在自由表面处产生台阶,大量滑移台阶的积累就构成了宏观塑性变形。通过光学显微镜观察已变形的抛光试样,就能见到许多平行线条,即为滑移带。2.孪晶孪生通常是晶体难以滑移时而进行的另一种塑性变形方式。孪生变形就是晶体的一部分沿一定晶面和晶向进行剪切变形,从而使已变形部分与未变形部分的原子排列构成镜面对称,此称孪晶。由于晶体两部分位向不同,受浸蚀程度有异,对光的反射能力也明显不同,故在显微镜下能看到形变孪晶。3.纤维组织金属在变形前内部组织为等轴晶粒,随着变形量的增加,晶粒逐渐沿变形方向伸长,并最后被显著地拉成纤维状。这种组织称之冷加工纤维组织。05钢不同变形

3、度下的显微组织如图4-1所示。4.加工硬化由于金属冷塑性变形,亚结构进一步细化,位错密度增大,导致其强度、硬度提高,而塑性、韧性下降,该现象即称加工硬化。(二塑性变形后的回复与再结晶金属经冷塑性变形后,在热力学上处于不稳定状态,必有力求恢复到稳定状态的趋势。但在室温下,由于原子的动能不足,恢复过程不易进行,加热会提高原子的活动能力,也就促进了这一恢复过程的进行。加热温度由低到高,其变化过程大致分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段,当然这三个阶段并非截然分开。图4-2a即为经70%变形度的05钢,625退火后,发生了不完全再结晶,图4-2b为670C退火后,再结晶已完成。由图4-3可知,在回复阶段

4、,显微组织不变,仅是内应力获得很大松弛,所示其性能几乎不变。但经再结晶后,显微组织已恢复到变形前的等轴晶,故各种性能也都复原,即加工硬化完全消除。 图4-2 05钢再结晶过程的显微组织(200×a625再结晶b670再结晶(三再结晶后晶粒大小与变形量的关系冷变形金属再结晶后晶粒大小除与加热温度、保温时间有关外,还与金属的预先变形量有关。图4-4表示金属再结晶后的晶粒度与预变形度间的关系。由图可知,当变形度很小时,金属不发生再结晶。这是由于晶内储存的畸变能很小,不足以进行再结晶而保持原来状态(图4-5a,当达到某一变形度时,再结晶后的晶粒特别粗大(图4-5b,该变形度称之临界变形度。一

5、般金属的临界变形度在2%10%范围内。此后,随着变形度的增加,再结晶后的晶粒度逐渐变细,(图4-5ch。 图4-5 纯Al 再结晶后晶粒大小与变形度的关系变形度:a1%; b2.5%; c4%; d6%; e8%; f10%; g12%; h16%图4-3 变形金属在加热过程中组织和性能变化示意图图4-4 金属再结晶后的晶粒度与预变形度的关系曲线三、实验设备及试样1.金相显微镜。2.布氏硬度计。3.铝片拉伸机(附测量工具。4.实验用箱式电阻炉。5.显微试样一套(见表4-1。表4-1 供观察的显微试样序号材料处理状态浸蚀剂观察和测试内容要求1 低碳钢抛光后加压变形未浸蚀滑移带画下滑移带示意图2

6、纯Zn 稍加塑性变形 HCl+HNO3+甘油形变孪晶画形变孪晶示意图2 纯Cu 变形度:0, 30%,50%, 80%3%FeCl3溶于10%HCl水溶液中观察不同变形度下晶粒形态并测出其硬度(HBS作出硬度与变形度的关系曲线4 纯Al 不同变形度经550C退火30min15%HF+45%HCl+15%HNO3+25%H2O观察晶粒大小作晶粒度与变形度的关系曲线四、实验方法与步骤1.观察上述各试样,并根据要求,画出组织示意图及关系曲线。2.一组铝片试样的制备方法如下:(1在试样上200mm×20mm×(0.31.2mm纯Al 划出100mm的刻度线,如图6所示,并编号。(2

7、将铝片置于拉伸机上,拉至指定的变形度。试样拉伸后长度计算式为:L=100(1+(本实验=1%、2.5%、4%、6%、8%、10%、12%、16%(3将一组(8根试样收集在一起放入加热炉中进行550C±10、保温30min的再结晶退火。(4将退火后的试样用混合酸浸蚀显示晶粒。由于浸蚀时放出热量,须将浸蚀剂容器放在冷水中冷却,浸蚀后用清水冲洗。(5晶粒大小的测定方法:变形度<8%的铝片,可计算500mm2面积内的晶粒数,变形度>8%的铝片,则可计算100mm2内的晶粒数,再换算成平均每一晶粒所占面积(mm2 /晶粒。注:若时间有限,该组铝片变形试样亦可由实验室事先制备好。五、实验报告1.简述实验目的。2. 根据实验结果,作出纯铜变形度与硬度间的关系曲线。3. 根据观察试样结果,填写下表。 材 料 低 碳 钢 纯 锌 处理工艺 抛光后加压变形稍加塑性变形浸 蚀 剂 未浸蚀 HCl+HNO 3+甘油放大倍数显微组织 示意图组织特征4. 铝片再结晶后晶粒大小与变形