實(shí)驗(yàn)-金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1、實(shí)驗(yàn)四金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響。2.了解冷變形度對(duì)金屬再結(jié)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(shí)驗(yàn)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(dāng)金屬受的外力(切應(yīng)力超過其屈服點(diǎn)(s時(shí),除繼續(xù)發(fā)生彈性變形外,同時(shí)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(jìn)行。塑性變形的結(jié)果不僅使金屬的外形、尺寸改變,而且使金屬內(nèi)部的組織和性能也發(fā)生變化。現(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(shí)沿滑移面、滑移方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),在自由表面處產(chǎn)生臺(tái)階,大量滑移臺(tái)階的積累就構(gòu)成了宏觀塑性變形。通過光學(xué)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(shí)而進(jìn)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(jìn)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(gòu)成鏡面對(duì)稱,此稱孿晶。由于晶體兩部分位向不同,受浸蝕程度有異,對(duì)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(nèi)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(zhǎng),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(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化,位錯(cuò)密度增大,導(dǎo)致其強(qiáng)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(fù)與再結(jié)晶金屬經(jīng)冷塑性變形后,在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài),必有力求恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)。但在室溫下,由于原子的動(dòng)能不足,恢復(fù)過程不易進(jìn)行,加熱會(huì)提高原子的活動(dòng)能力,也就促進(jìn)了這一恢復(fù)過程的進(jìn)行。加熱溫度由低到高,其變化過程大致分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段,當(dāng)然這三個(gè)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(jié)晶,圖4-2b為670C退火后,再結(jié)晶已完成。由圖4-3可知,在回復(fù)階段

4、,顯微組織不變,僅是內(nèi)應(yīng)力獲得很大松弛,所示其性能幾乎不變。但經(jīng)再結(jié)晶后,顯微組織已恢復(fù)到變形前的等軸晶,故各種性能也都復(fù)原,即加工硬化完全消除。 圖4-2 05鋼再結(jié)晶過程的顯微組織(200×a625再結(jié)晶b670再結(jié)晶(三再結(jié)晶后晶粒大小與變形量的關(guān)系冷變形金屬再結(jié)晶后晶粒大小除與加熱溫度、保溫時(shí)間有關(guān)外,還與金屬的預(yù)先變形量有關(guān)。圖4-4表示金屬再結(jié)晶后的晶粒度與預(yù)變形度間的關(guān)系。由圖可知,當(dāng)變形度很小時(shí),金屬不發(fā)生再結(jié)晶。這是由于晶內(nèi)儲(chǔ)存的畸變能很小,不足以進(jìn)行再結(jié)晶而保持原來狀態(tài)(圖4-5a,當(dāng)達(dá)到某一變形度時(shí),再結(jié)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(nèi)。此后,隨著變形度的增加,再結(jié)晶后的晶粒度逐漸變細(xì),(圖4-5ch。 圖4-5 純Al 再結(jié)晶后晶粒大小與變形度的關(guān)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(jié)晶后的晶粒度與預(yù)變形度的關(guān)系曲線三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣1.金相顯微鏡。2.布氏硬度計(jì)。3.鋁片拉伸機(jī)(附測(cè)量工具。4.實(shí)驗(yàn)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(hào)材料處理狀態(tài)浸蝕劑觀察和測(cè)試內(nèi)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(cè)出其硬度(HBS作出硬度與變形度的關(guān)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(guān)系曲線四、實(shí)驗(yàn)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(guān)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(hào)。(2

7、將鋁片置于拉伸機(jī)上,拉至指定的變形度。試樣拉伸后長(zhǎng)度計(jì)算式為:L=100(1+(本實(shí)驗(yàn)=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(jìn)行550C±10、保溫30min的再結(jié)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(shí)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(cè)定方法:變形度<8%的鋁片,可計(jì)算500mm2面積內(nèi)的晶粒數(shù),變形度>8%的鋁片,則可計(jì)算100mm2內(nèi)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(shí)間有限,該組鋁片變形試樣亦可由實(shí)驗(yàn)室事先制備好。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,作出純銅變形度與硬度間的關(guān)系曲線。3. 根據(jù)觀察試樣結(jié)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(jié)晶后晶粒大小與變形