試驗金屬冷變形及再結(jié)晶對組織和性能的影響

1、山東科技大學(xué)實驗3.金屆冷變形及再結(jié)晶對組織和性能的影響、實驗概述金屆塑性變形的基本方式有滑移和孚生兩種。在切應(yīng)力作用下，晶體的一部 分沿某一晶面相對丁另一部分滑動，這種變形方式稱為滑移；在切應(yīng)力作用下， 晶體的一部分沿某一晶面相對另一部分產(chǎn)生剪切變形，且變形部分與未變形部分 的位向形成了鏡面對稱關(guān)系，這種變形方式稱為孚生。(一) 冷塑性變形對金屆組織與性能的影響若金屆在再結(jié)晶溫度以下進行塑性變形，稱為冷塑性變形。冷塑性變形不僅 改變了金屆材料的形狀與尺寸，而且還將引起金屆組織與性能的變化。金屆在發(fā)生塑性變形時，隨著外形的變化，其內(nèi)部晶粒形狀由原來的等軸晶 粒逐漸變?yōu)檠刈冃畏较蛏扉L的晶粒， 在

2、晶粒內(nèi)部也出現(xiàn)了滑移帶或孚晶帶。 當(dāng)變 形程度很大時，晶粒被顯著地拉成纖維狀，這種組織稱為冷加工纖維組織。同時， 隨著變形程度的加劇，原來位向不同的各個晶粒會逐漸取得近丁一致的位向，而形成了形變織構(gòu)，使金屆材料的性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性。圖6-1為工業(yè)純鐵經(jīng)不同程度變形的顯微組織。a）變形程度20%b）變形程度50%c）變形程度70%金屆經(jīng)冷塑性變形后，會使其強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn) 象稱為加工硬化。此外，在金屆內(nèi)部還產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一般情況下，殘余應(yīng)力不 僅降低了金屆的承載能力，而且還會使工件的形狀與尺寸發(fā)生變化。（二）冷塑性變形后金屆在加熱時組織與性能的變化金屆經(jīng)冷塑性變形后

3、，由丁其內(nèi)部業(yè)結(jié)構(gòu)細(xì)化、晶格畸變等原因，處丁不穩(wěn) 定狀態(tài)，具有自發(fā)地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢。 但在室溫下，由丁原子活動能力不 足，恢復(fù)過程不易進行。若對其加熱，因原子活動能力增強，就會使組織與性能 發(fā)生一系列的變化。1 .回復(fù) 當(dāng)加熱溫度較低時，原子活動能力尚低，故冷變形金屆的顯微組 織無明顯變化，仍保持著纖組織的特征。此時，因晶格畸變已減輕，使殘余應(yīng)力 顯著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其機械性能變化不大。2. 再結(jié)晶 當(dāng)加熱溫度較高時，將首先在變形晶粒的晶界或滑移帶、孚晶 帶等晶格畸變嚴(yán)重的地帶,通過形核與長大方式進行再結(jié)晶，圖6-2反映了冷塑 性變形工業(yè)純鐵的再結(jié)晶過程的顯微組織

4、。 冷變形金屆在再結(jié)晶后獲得了新的等 軸晶粒，因而消除了冷加工纖維組織、加工硬化和殘余應(yīng)力，使金屆乂重新恢復(fù) 到冷塑性變形前的狀態(tài)。圖6-2工業(yè)純鐵再結(jié)晶過程的顯微組織（150X）山東科技大學(xué)a）550C再結(jié)晶b）600C再結(jié)晶c） 850C再結(jié)晶金屆的再結(jié)晶過程是在一定溫度范圍內(nèi)進行的。 通常把變形程度在70%以上 的冷變形金屆經(jīng)1h加熱能完全再結(jié)晶的最低溫度，定為再結(jié)晶渡。實驗證明， 金屆的熔點愈高,在其他條件相同時,其再結(jié)晶溫度也愈高。金屆的再結(jié)晶溫度 （T再）與其熔點（T熔）間的關(guān)系，大致可用下式表示：T再=0.4 T熔式中各溫度值，應(yīng)為絕對溫度。3. 晶粒長大 冷變形金屆再結(jié)晶后，一

5、般都得到細(xì)小均勻的等軸晶粒。但 繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，再結(jié)晶后的晶粒乂會逐漸長大，使晶粒粗化。（三）變形程度對金屆再結(jié)晶后晶粒度的影響冷變形金屆再結(jié)晶后晶粒度除與加熱溫度、保溫時間有關(guān)外，還與金屆的預(yù)先變形 程度有關(guān)。圖6-3表示金屆再結(jié)晶后的晶粒度與其預(yù)先變形程度問的關(guān)系。由圖可見， 當(dāng)變形程度很小時，金屆不發(fā)生再結(jié)晶，因擒界堡畛程壤圖6-3變形程度對金屬再結(jié) 晶后晶粒度的影響而晶粒大小不變。當(dāng)達(dá)到某一變形程度后， 金屆開始發(fā)生再結(jié)晶，而且再結(jié)晶后獲得異 常粗大的晶粒。隨著變形程度的增加，由丁 各晶粒變形愈趨均勻，再結(jié)晶時形核率愈大, 因而使再結(jié)晶后的晶粒逐漸變細(xì)。 圖6-4純鋁在

6、不同程度拉伸變形時，經(jīng) 550C再結(jié)晶退火30min后的晶粒度比較圖6-4純鋁的變形程度與再結(jié)晶晶粒度的關(guān)系變形程度：a)1% b)2.5% c)3% d)6% e)9% f)12% g)15%浸蝕劑：HF 15ml, HCl 45ml, HNO 3 15ml, H2SO4 25 ml引起冷變形金屆開始再結(jié)晶，并在再結(jié)晶后獲得異常粗大晶粒的變形程度，稱為臨界變形程度。一般鋼鐵的臨界變形程度為 510%，銅約為5%,鋁約為23%。 由丁粗大晶粒將顯著降低金屆的機械性能，故應(yīng)避免金屆材料在臨界變形程度的范圍內(nèi)進行壓力加工。實驗、實驗?zāi)康?. 了解冷塑性變形對金屆組織與性能的影響。2. 了解經(jīng)冷塑性

7、變形的金屆在加熱組織與性能的變化規(guī)律。3. 了解變形程度對金屆再結(jié)晶晶粒度的影響。、實驗設(shè)備、用品及試樣（一）實驗設(shè)備1. 小型試驗用軋機2. 拉力試驗機和洛氏硬度計（或布氏硬度計）。2.金相顯微鏡。3 .箱式電阻加熱爐（附測溫控溫裝置）。4. 切割機、砂輪機、預(yù)磨機、拋光機、吹風(fēng)機。（二）實驗用品1. 測量試樣尺寸用的游標(biāo)尺。2. 不同粗細(xì)的金相砂紙一套、拋光磨料、浸蝕劑、無水灑精。（三）實驗試樣退火狀態(tài)金屆板（鋁或低碳鋼）試樣若干。、實驗方法及步驟共6組實驗，見表退火A冷變形B熱處理C12 %0.1h210 %0.5h31h實驗： A+B1+C1 , A+B1+C2,A+B1+C3, A+B2+C1, A+B2+C2, A+B2+C31. 從金屆板上取1個拉伸試樣2. 將剩余金屆板在軋機（或拉伸機進行一定變形量的冷變形。3. 從冷變形后的金屆板上取2個拉伸試樣。4. 將一個冷軋試樣進行拉伸試驗。5. 另一個冷軋試樣進行再結(jié)晶退火。6. 退火試樣進行拉伸試驗。7. 分別