塑性變形與再結(jié)晶的顯微組織分析

1、實(shí)驗(yàn)七 塑性變形與再結(jié)晶的顯微組織分析一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 研究金屬冷變形后，變形度對(duì)顯微組織的影響2） 了解在冷變形后進(jìn)行再結(jié)晶退火的顯微組織變化情況，重點(diǎn)了解不同變形對(duì)退火后晶粒大小的影響情況，以及再結(jié)晶溫度對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小的影響二原理概述金屬變形可分為彈性變形、塑性變形和斷裂三個(gè)基本過(guò)程。當(dāng)應(yīng)力增加到超過(guò)彈性極限時(shí)，金屬就要產(chǎn)生塑性變形，外力去掉后，這部分變形仍然保留著，此種變形過(guò)程稱為塑性變形。塑性變形能提高金屬和合金的強(qiáng)度與硬度，而塑性、韌性則下降，即產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。冷塑性變形后，不但性能發(fā)生變化，金屬和合金的組織也發(fā)生變化 。如晶粒形狀的改變；出現(xiàn)滑移帶、孿生帶；晶內(nèi)出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)；塑性

2、變形量很大時(shí)，將產(chǎn)生變形織構(gòu)。在塑性變形過(guò)程中形成的變形織構(gòu)經(jīng)再結(jié)晶退火后，在金屬中保留或新發(fā)展起來(lái)的織構(gòu)稱為再結(jié)晶織構(gòu)或退火織構(gòu)。面心立方晶格的金屬或合金，在塑性變形過(guò)程中，不容易形成孿晶。但在再結(jié)晶退火后，在面心立方晶格的金屬中經(jīng)常出現(xiàn)孿晶，這種孿晶叫再結(jié)晶孿晶或退火孿晶。金屬產(chǎn)生織構(gòu)以后，不能在顯微鏡下直接觀察到。三影響金屬顯微組織的因素3.1 冷變形對(duì)金屬顯微組織的影響金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，隨著變形程度的增加，晶粒逐漸沿受力方向伸長(zhǎng)，并且晶粒內(nèi)部產(chǎn)生許多亞晶粒。3.2 變形程度對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小的影響變形程度是影響再結(jié)晶退火后晶粒大小的最重要因素。在其它條件相同的情況，變形量越大，則晶粒

3、越細(xì)。變形程度與晶粒度的關(guān)系如圖7-1所示。 圖7-1 變形程度對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小的影響 k稱為臨界變形程度。不同金屬的臨界變形程度不同，一般都在210%之間。鐵為210%，鋼為510%，銅及黃銅約為5%當(dāng)變形量在臨界變形量附近時(shí)，晶粒之所以變粗是由于變形量小時(shí)，變形不均勻并分布在個(gè)別區(qū)域，只有極少數(shù)區(qū)域有條件產(chǎn)生核心。因此，這些個(gè)別核心就可以進(jìn)行異常的長(zhǎng)大，最后長(zhǎng)為粗晶粒。變形量增加時(shí)，形成核心的微小區(qū)域增加，這時(shí)每個(gè)核心都需要長(zhǎng)大，在相互制約的情況下，結(jié)果得到細(xì)晶粒。但當(dāng)變形量太大時(shí)，在曲線上又出現(xiàn)第二個(gè)高峰，即晶粒反而又變粗，一般認(rèn)為這是由于變形織構(gòu)造成的。3.3 退火溫度和保溫時(shí)間對(duì)再

4、結(jié)晶后晶粒大小的影響退火加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒越粗大。但加熱溫度越高，其影響越為明顯，隨著加熱溫度的升高，晶粒幾乎成直線長(zhǎng)大。3.4 晶粒大小的影響原始晶粒越細(xì)，則晶界越多，形成核心的有利地方也越多。因此，再結(jié)晶后得到的晶粒也越細(xì)，反之則越粗。下面舉例說(shuō)明各因素對(duì)金屬顯微組織的影響情況。例1：10號(hào)低碳鋼在不同冷變形度變形后的組織如圖7-2所示。這一套樣品為退火后冷軋，經(jīng)4%的硝酸灑精溶液侵蝕，在1000倍的顯微鏡下可看到顯微組織為白色鐵素體+黑色珠光體。圖7-2a 10#鋼經(jīng)=10%變形后的組織圖7-2b 10#鋼經(jīng)=30%變形后的組織組織說(shuō)明：白色基體為鐵素體，晶界上分布著黑色片

5、狀珠光體。晶粒形狀基本上沒(méi)發(fā)生變化，仍為等軸狀晶組織說(shuō)明：隨著變形量的增加，白色鐵素體 沿著加工方向開始被拉長(zhǎng)，處于晶界處的珠光體也隨之被拉長(zhǎng)。 圖7-2c 10#鋼經(jīng)=50%變形后的組織圖7-2d 10#鋼經(jīng)=70%變形后的組織組織說(shuō)明：鐵素體晶粒沿軋制方向變形，呈長(zhǎng)條狀分布。分布于晶界上的珠光體也被拉成趨向于加工方向的長(zhǎng)條狀。組織說(shuō)明：隨著變形量增加，鐵素體和珠光體被拉長(zhǎng)，變形更劇烈，大部分晶粒轉(zhuǎn)向冷軋方向，部分鐵素體已破碎。圖7-2e 10#鋼經(jīng)=90%變形后的組織 組織說(shuō)明：晶粒被劇烈撕碎。由于珠光體比鐵素體硬，其碎裂程度更大，形成了纖維狀組織。例2：LF5鋁合金(M態(tài))于不同冷變形度

6、變形后的組織如圖7-3所示。鋁合金退火后冷軋，以100倍的放大倍數(shù)、在電解拋光陽(yáng)極復(fù)膜偏振光下觀察，可看到組織為（Al）+(Mg2Al3)。圖7-3a LF5(M態(tài))的顯微組織圖7-3b LF5(M態(tài))的顯微組織組織說(shuō)明：晶粒變形量不大，基本上保持加工前形狀。已有少量(Mg2Al3) 質(zhì)點(diǎn)從（Al）相中析出。組織說(shuō)明：變形量增加，晶粒開始沿著加工方向轉(zhuǎn)變，析出部分相。圖7-3c LF5(M態(tài))的顯微組織圖7-3d LF5(M態(tài))的顯微組織組織說(shuō)明：晶粒嚴(yán)重變形，絕大部分沿著加工方向被拉伸成纖維狀，有更多的相從相析出。組織說(shuō)明：所有晶粒轉(zhuǎn)向加工方向，形成了纖維狀組織。例3：純鋁經(jīng)不同冷變形度變形

7、，然后進(jìn)行退火的宏觀組織(混合酸腐蝕)如圖7-4所示。試樣處理?xiàng)l件為，退火溫度為580，退火一小時(shí)。圖7-4a =1% 圖7-4b =3% 圖7-4c =4.5% 圖7-4d =6% 圖7-4e =6.5% 圖7-4f =8.0% 圖7-4g =9.0% 圖7-4h =11.0%從以上的宏觀組織圖可看出：材料經(jīng)不同的變形程度變形后，進(jìn)行再結(jié)晶退火。再結(jié)晶后晶粒尺寸不相同。變形程度越大的，再結(jié)晶晶粒越大，變形程度越小，結(jié)晶晶粒越小。四實(shí)驗(yàn)部分4.1 實(shí)驗(yàn)用設(shè)備和材料1 實(shí)驗(yàn)用設(shè)備：拉伸試驗(yàn)機(jī)，中溫退火爐，金相顯微鏡2 實(shí)驗(yàn)用材料（1） 不同變形度冷變形后，再經(jīng)同一退火溫度退火的H62黃銅樣品一套

8、（2） 不同變形度變形后，再經(jīng)同一退火溫度退火的純鋁樣品一套（3） 浸蝕劑4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）對(duì)若干條退火態(tài)純鋁板材進(jìn)行不同程度的拉伸變形，然后在同一退火溫度下退火一小時(shí)，出爐氣冷后，用混合酸水溶液腐蝕，肉眼觀察各個(gè)樣品的晶粒大小。 （2）觀察一組經(jīng)不同冷變形度變形的H62黃銅試樣的顯微組織，記錄下冷變形量，并畫相應(yīng)的冷變形組織。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)一：（）純鋁拉伸變形及退火。學(xué)生分為若干組，約6-7人一組，每人一片純鋁板材試樣。在每一組學(xué)生中，各人的Al板拉伸變形量不同，分別為1%、2%、3%、5%、8%、10%、18%。拉伸后，于退火爐中退火，退火溫度為第一組500，第二組580，第三組640，時(shí)間均為一小時(shí)。（）觀察退火后各樣品晶粒尺寸，根據(jù)不同退火溫度、不同變形程度、不同晶粒度畫出再結(jié)晶全圖。實(shí)驗(yàn)二：（）在金相顯微鏡下觀察冷變形量（）分別為10%、19%、39%、56%、69%、79%的H62黃銅的顯微組織，畫出顯微組織示意圖，并總結(jié)冷變形量對(duì)顯微組織的影響規(guī)律。（）在金相顯微鏡下觀察上述冷變形試樣分別經(jīng)400、500、600退火后的