金属材料冷形变与退火过程的组织和性能分析

1、金属材料冷形变与退火过程的 组织和性能 分析.金属材料冷形变与退火过程的组织和性能分析40930366材科0 9 5 陈国滔摘要：金属材料的冷形变和退火过程中，组织的变化会导致材料有不同的性能。-FeZn进行冷形变后滑移、李晶和组织，并对a本次实验主要观察a-Fe、Al、黄-在相同型变量、相同温度条件，经过不同时间退火后的回复再结晶情况，a 铜经相同时间不同退火温度后的回复再结晶的情况进一步观察分析，并测定了冷变形并经不同温度退火一小时的纯铁样 68%f同冷变形程度的纯铜样品以及品的硬度。关键词：形变量；冷形变；滑移；李品；回复；再结晶。一、材料冷形变对组织变化及性能的影响概述1、材料的冷变形

2、冷变形或冷加工是金属在再结晶温度以下所进行的变形或加工，如钢的冷拉或冷冲压等。本实验 进行的观测的是塑性变形（即获得的力撤除后不可恢复的永久变形）对材料微观 组织和力学性能的影响规律，且仅涉及在低于材料再，因结晶温度的条件以滑移、 学生等基本形式发生的塑性变形（即“冷变形”）为材料冷形变所引发的组织结 构和力学性能变化可以在变形后保留下来。2、冷变形程度对微观组织性能的影响：冷形变导致晶粒组织呈现方向性，且其程度随变形量的增大而增大。在形变前显 微组织为等轴晶粒，经受较大程度的方向性形变后导致晶粒沿受力方向伸展， 变 形越大则晶粒被拉得越长。当变形程度很大时，晶粒不但被拉长，晶粒内部还会 被许

3、多的滑移带分割成细的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状物质。3、冷形变材料的组织和性能在退火加热时的变化冷形变金属处于高能量的不稳定状态，力求在适当的条件下过度到无畸变能的更 稳定状态。在室温或远低于材料再结晶温度下，冷变形状态的组织和性能稳定，可以长时间维持不变；退火加热则为晶粒发生回复、再结晶和晶粒长大创造外界 条件，使得组织和性能发生变化。二、实验样品冷变形样品、1.a - Fe :经0% 20% 40% 60嘛温变形和经低温高速冲击变形样品各一块，均为经化学浸蚀好的金相样品（光学显微镜观察用），浸蚀剂：4%J肖酸酒精。另 备经退火并电解抛光后常温微量变形的a -Fe样品一块，变形后不

4、浸蚀。Al :经退火和电解抛光后常温微量变形的 Al片1块（光学显微镜观察用品表面形变痕迹）和不同变形量的Al片一组（肉眼观察样品外形和尺寸变化特征 用）。变形后不抛磨，不浸蚀。Zn：经常温变形且经化学浸蚀好的金相样品 1块。浸蚀剂：HNO:HC= 1 : 1。3 （光学显微镜观察用）纯Cu:经0% 20% 40% 60%T温变形样品各一块（测量变形量与硬度的对 应曲线用）2、退火加热后样品a -黄铜：经不同温度退火相同时间的黄铜样品一套（已制备好的金相样品， 光学显微镜观察用）。 a - Fe : 68%T温变形后分另I经 200 C , 300 C , 400 C , 500 C , 60

5、0 C , 700 c不同温度退火1小时的样品1套（测绘硬度 -退火温度曲线使用）。a - Fe： 68%T温变形后在560c分别保温9分、12分、20分、27分、38分 和42分钟的再结晶组织1套。三、实验过程1、观察金属材料冷形变的滑移、李晶和形变组织；2、观察金属材料在相同形变下不同条件回复后的组织；3、测量不同冷变形程度的纯铜样品和 68始变形并经不同温度退火一小时的纯 铁样品的硬度。四、各金属材料的冷变形组织的观察和分析1、对Fe, Al样品进行滑移线的观察和分析Al是面心立方结构，滑移面为111,滑移方向,滑移系共有12个。Al中外层晶粒.晶粒略有突起,滑移带密集、交错；内层晶粒变

6、形小 晶粒内部滑.移带黑线稀疏。同一晶胞中也出现交滑移和多系滑移的滑移线a -F .e是体心立方结构，它的滑移面有110 , 211 , 321,滑移方向有.,滑移系共有48个。Fe的滑移线较粗，滑移线之间的距离 较Al的滑移线距离大，而且出现交滑移和多系滑移，交滑移形成折.线形状的滑移带，多系滑移产生两组或多组交叉的滑移线 样品的李晶进行观察分析Zn、对2FeFe的晶界比较不规整，晶胞呈不规则形状，一个晶胞中的李晶具有相同的取向而互相平行, 这些孚晶尺寸较小。Zn的晶界较比.规整，呈直线状，晶胞为多边形，一个晶胞中的李晶的取向相同而互相平行，李晶的尺寸较大，呈现 出宽的透镜状，而且在Zn晶胞

7、中出现的字数晶.量比铁中出现的学品数量多。这是因为a -Fe是体心立方结构，由于潜在滑移系多，形变的主要机制是滑移，在低的形变温度 或高的形变速下率.才可能发生李晶。而hcp金属由于潜在的滑移系少，形变开始时一般是滑移，在很低的应变下就能 发生李，并且很快随着应变增加而长大长 粗。.3、对a -Fe经0% 20% 60%T温压缩和经低温冲击样品的观察和分析0项变量的a -Fe没有发生形变，晶胞没有呈现出方向 性。型20%1变a的-Fe组的变织量形与 小，有没生发变形a的.-Fe的晶胞相比，可以发现有晶胞有少量的变形，呈现出一定的方向性，且其程度随变形量的增大而 增大。60乘变量的a -Fe的组

8、织有很大的方向性，晶粒被拉得很长。4、对68批变量，室温压缩，560 C退火不同时间的a -Fe样品进行观察和分析68邮变量的a -Fe在560c退火9min后组织具有很大的方向性，晶粒很晶长，粒内部有位错存在,部分区域开始出现尺寸很小的再结晶的晶核。68邮变量的a -Fe在560c退火27min后大部分晶粒的尺寸都较比.均匀，存在许多尺寸小的新晶核，位错和滑移已经在回复阶段对消完了，晶粒内部几乎看不到位错 的存在。有可能存在尺寸明显大于其他粒晶.的非正常长大的晶粒，出现这种晶粒的原因是非正常长大晶粒的取向偏离织构的取向，这些晶粒 的界面能比其他晶粒的晶界能高，使它容更.易迁动，当加热到一定温

9、度时，这些晶粒就以比其它晶粒大得多的速率长大。68邮变量的a -Fe在560c退火42min后组织大部分晶粒得变.比较均匀，还有一小部分新出现的晶核未长大，此时在晶粒内部基本没有位错和缺陷的存在60%、又t CuZn压缩量不同温度退火一小时的进行观察与分析 5压缩量60%勺a -黄铜在未回经复处理时晶粒有很大的方向性，晶粒内有大量位错存在，位错线具有相同的方向压缩量60%勺a-黄铜加热到550c后彳温30min 后，发生畸变的基体被完全吞噬，晶粒变得均匀，一个晶粒内存在各种取向的李晶。 压缩量60%勺a-黄铜加热到750c后彳温30min后，晶逐粒.渐长大后，尺寸变大,晶粒数目减少。五、对纯铜

10、和纯铁样品的硬度的观察和分析1、硬度计的相关参数全洛氏硬度计TH320型号GB/T2848-92GB/T3TB-93时代集团公司 GB/T7409-94、对不同冷形变程度的纯铜样品的硬度进行观察和分析平标准硬形变10.513.713.917.12.397613.450%14.610.915.711.234.732.432.732.9 1.5388 32.73 20% 32.3 34.0 29.5 33.350.3 50.0 47.3 46.1 1.6116 40% 48.80 50.9 48.5 48.2 49.156.0 57.8 52.7 53.5 2.484160%53.63 52.75

11、1.654.750.0进行处理，结果如下：origin7对实验数据用.同门户：山bTTL比 |中邛：一 一 L- JMl b e fjdftgca 细曲sk Irais Format 画rd* 甘后 | | 匐门 刷刷冏圃同商圃 tf gig|H|e|常嘛I & pi同 比 回国图回 三| *i5小如N JmH|u卜l厂麻姆 -+!百TlTn-TTl麻姆 -+!百TlTn-TTl一71一-一生四二的硬度值随着型变量的增大 60%的型变量内，纯Cu从图中可以看出，在0 -而增大。形成这种现象的原因是冷变形后金属内部的位错密度将大大增加，且位错相互缠结并形成胞状结构，它们不但阻碍位错滑移，并且使不

12、能滑移的位错数 量剧增，从而大大增强了位错滑移难度并使强度和硬度有所提高。这一现 象为 形变强化，即在塑性变形阶段，随着应变增加，强度将呈曲线关系提高。1h的铁样品的硬度进行观察分析3、对68型形变并经不同温度退火摄氏（温度硬度 平均值 标准差）度90.3 92.2 200 91.5 88.2 90.2 93.7 86.1 2.7810.755 92 300 92.2 91.8 92.0 92.1 90.2 91.71.003 400 86.5 86.6 88.2 88.0 87.0 89.0 87.63.166 87.7 81.4 79.9 85.3 80.8 80.4 500 82.63.079 75.2 78.6 74.8 76.5 79.6 600 78.9 71.76.46054.959.860.270068.457.765.951.5进行处理，结果如下：origin7对上述实验数据用.JDfl3D 口鼻SH询17-Dx蛆M比度JDfl3D 口鼻SH询17-Dx蛆M比度）父=7： y = ?的硬度随退火温度的升高而逐渐降退火时间相同的变形a-Fe从图中可以看出，发生回复，晶粒低，而且下降速率是从缓慢到快速的。在低温阶段，由于a-FeC 阶段，由于在该温度500-700内的位错对消，所以材料的硬度慢慢减小。而在退 火时发生再结晶过程，位错和缺陷被长大的新核吞噬掉，