實驗-金屬的塑性變形與再結晶

1、實驗四金屬的塑性變形與再結晶一、實驗目的1.了解冷塑性變形對金屬組織和性能的影響。2.了解冷變形度對金屬再結晶后晶粒大小的影響。 圖4-1 05鋼冷塑性變形后組織(200×a未變形,940正火b變形程度40% c變形程度70% d變形程度80%二、實驗概述(一金屬塑性變形后的組織、性能變化金屬的重要特性之一就是具有塑性。當金屬受的外力(切應力超過其屈服點(s時,除繼續(xù)發(fā)生彈性變形外,同時還發(fā)生永久變形,又稱塑性變形。它主要通過滑移和孿生方式進行。塑性變形的結果不僅使金屬的外形、尺寸改變,而且使金屬內部的組織和性能也發(fā)生變化?，F(xiàn)將這些變化分述于下。1.滑移帶滑移是金屬塑性變形的基本方式

2、。晶體滑移時沿滑移面、滑移方向產(chǎn)生相對滑動,在自由表面處產(chǎn)生臺階,大量滑移臺階的積累就構成了宏觀塑性變形。通過光學顯微鏡觀察已變形的拋光試樣,就能見到許多平行線條,即為滑移帶。2.孿晶孿生通常是晶體難以滑移時而進行的另一種塑性變形方式。孿生變形就是晶體的一部分沿一定晶面和晶向進行剪切變形,從而使已變形部分與未變形部分的原子排列構成鏡面對稱,此稱孿晶。由于晶體兩部分位向不同,受浸蝕程度有異,對光的反射能力也明顯不同,故在顯微鏡下能看到形變孿晶。3.纖維組織金屬在變形前內部組織為等軸晶粒,隨著變形量的增加,晶粒逐漸沿變形方向伸長,并最后被顯著地拉成纖維狀。這種組織稱之冷加工纖維組織。05鋼不同變形

3、度下的顯微組織如圖4-1所示。4.加工硬化由于金屬冷塑性變形,亞結構進一步細化,位錯密度增大,導致其強度、硬度提高,而塑性、韌性下降,該現(xiàn)象即稱加工硬化。(二塑性變形后的回復與再結晶金屬經(jīng)冷塑性變形后,在熱力學上處于不穩(wěn)定狀態(tài),必有力求恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢。但在室溫下,由于原子的動能不足,恢復過程不易進行,加熱會提高原子的活動能力,也就促進了這一恢復過程的進行。加熱溫度由低到高,其變化過程大致分為回復、再結晶和晶粒長大三個階段,當然這三個階段并非截然分開。圖4-2a即為經(jīng)70%變形度的05鋼,625退火后,發(fā)生了不完全再結晶,圖4-2b為670C退火后,再結晶已完成。由圖4-3可知,在回復階段

4、,顯微組織不變,僅是內應力獲得很大松弛,所示其性能幾乎不變。但經(jīng)再結晶后,顯微組織已恢復到變形前的等軸晶,故各種性能也都復原,即加工硬化完全消除。 圖4-2 05鋼再結晶過程的顯微組織(200×a625再結晶b670再結晶(三再結晶后晶粒大小與變形量的關系冷變形金屬再結晶后晶粒大小除與加熱溫度、保溫時間有關外,還與金屬的預先變形量有關。圖4-4表示金屬再結晶后的晶粒度與預變形度間的關系。由圖可知,當變形度很小時,金屬不發(fā)生再結晶。這是由于晶內儲存的畸變能很小,不足以進行再結晶而保持原來狀態(tài)(圖4-5a,當達到某一變形度時,再結晶后的晶粒特別粗大(圖4-5b,該變形度稱之臨界變形度。一

5、般金屬的臨界變形度在2%10%范圍內。此后,隨著變形度的增加,再結晶后的晶粒度逐漸變細,(圖4-5ch。 圖4-5 純Al 再結晶后晶粒大小與變形度的關系變形度:a1%; b2.5%; c4%; d6%; e8%; f10%; g12%; h16%圖4-3 變形金屬在加熱過程中組織和性能變化示意圖圖4-4 金屬再結晶后的晶粒度與預變形度的關系曲線三、實驗設備及試樣1.金相顯微鏡。2.布氏硬度計。3.鋁片拉伸機(附測量工具。4.實驗用箱式電阻爐。5.顯微試樣一套(見表4-1。表4-1 供觀察的顯微試樣序號材料處理狀態(tài)浸蝕劑觀察和測試內容要求1 低碳鋼拋光后加壓變形未浸蝕滑移帶畫下滑移帶示意圖2

6、純Zn 稍加塑性變形 HCl+HNO3+甘油形變孿晶畫形變孿晶示意圖2 純Cu 變形度:0, 30%,50%, 80%3%FeCl3溶于10%HCl水溶液中觀察不同變形度下晶粒形態(tài)并測出其硬度(HBS作出硬度與變形度的關系曲線4 純Al 不同變形度經(jīng)550C退火30min15%HF+45%HCl+15%HNO3+25%H2O觀察晶粒大小作晶粒度與變形度的關系曲線四、實驗方法與步驟1.觀察上述各試樣,并根據(jù)要求,畫出組織示意圖及關系曲線。2.一組鋁片試樣的制備方法如下:(1在試樣上200mm×20mm×(0.31.2mm純Al 劃出100mm的刻度線,如圖6所示,并編號。(2

7、將鋁片置于拉伸機上,拉至指定的變形度。試樣拉伸后長度計算式為:L=100(1+(本實驗=1%、2.5%、4%、6%、8%、10%、12%、16%(3將一組(8根試樣收集在一起放入加熱爐中進行550C±10、保溫30min的再結晶退火。(4將退火后的試樣用混合酸浸蝕顯示晶粒。由于浸蝕時放出熱量,須將浸蝕劑容器放在冷水中冷卻,浸蝕后用清水沖洗。(5晶粒大小的測定方法:變形度<8%的鋁片,可計算500mm2面積內的晶粒數(shù),變形度>8%的鋁片,則可計算100mm2內的晶粒數(shù),再換算成平均每一晶粒所占面積(mm2 /晶粒。注:若時間有限,該組鋁片變形試樣亦可由實驗室事先制備好。五、實驗報告1.簡述實驗目的。2. 根據(jù)實驗結果,作出純銅變形度與硬度間的關系曲線。3. 根據(jù)觀察試樣結果,填寫下表。 材 料 低 碳 鋼 純 鋅 處理工藝 拋光后加壓變形稍加塑性變形浸 蝕 劑 未浸蝕 HCl+HNO 3+甘油放大倍數(shù)顯微組織 示意圖組織特征4. 鋁片再結晶后晶粒大小與變形