實(shí)驗(yàn)3金屬冷變形及再結(jié)晶對(duì)組織和性能的影響

1、實(shí)驗(yàn)3. 金屬冷變形及再結(jié)晶對(duì)組織和性能的影響一、實(shí)驗(yàn)概述金屬塑性變形的基本方式有滑移和孿生兩種。在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對(duì)于另一部分滑動(dòng)，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(duì)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(duì)稱關(guān)系，這種變形方式稱為孿生。(一) 冷塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響若金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形，稱為冷塑性變形。冷塑性變形不僅改變了金屬材料的形狀與尺寸，而且還將引起金屬組織與性能的變化。金屬在發(fā)生塑性變形時(shí)，隨著外形的變化，其內(nèi)部晶粒形狀由原來(lái)的等軸晶粒逐漸變?yōu)檠刈冃畏较蛏扉L(zhǎng)的晶粒，在晶粒內(nèi)部也出現(xiàn)了滑移

2、帶或?qū)\晶帶。當(dāng)變形程度很大時(shí)，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(shí)，隨著變形程度的加劇，原來(lái)位向不同的各個(gè)晶粒會(huì)逐漸取得近于一致的位向，而形成了形變織構(gòu)，使金屬材料的性能呈現(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。圖6-1 工業(yè)純鐵冷塑性變形后組織(150X)a)變形程度20% b)變形程度50% c)變形程度70%金屬經(jīng)冷塑性變形后，會(huì)使其強(qiáng)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，在金屬內(nèi)部還產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一般情況下，殘余應(yīng)力不僅降低了金屬的承載能力，而且還會(huì)使工件的形狀與尺寸發(fā)生變化。(二) 冷塑性變形后金屬在加熱時(shí)組織與性能的

3、變化金屬經(jīng)冷塑性變形后，由于其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)細(xì)化、晶格畸變等原因，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有自發(fā)地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)。但在室溫下，由于原子活動(dòng)能力不足，恢復(fù)過(guò)程不易進(jìn)行。若對(duì)其加熱，因原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，就會(huì)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(shí)，原子活動(dòng)能力尚低，故冷變形金屬的顯微組織無(wú)明顯變化，仍保持著纖組織的特征。此時(shí)，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(jī)械性能變化不大。2再結(jié)晶 當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，將首先在變形晶粒的晶界或滑移帶、孿晶帶等晶格畸變嚴(yán)重的地帶，通過(guò)形核與長(zhǎng)大方式進(jìn)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(guò)程的顯微組織。

4、冷變形金屬在再結(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，使金屬又重新恢復(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(guò)程的顯微組織(150X)a)550再結(jié)晶 b)600再結(jié)晶 c) 850再結(jié)晶金屬的再結(jié)晶過(guò)程是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。通常把變形程度在70%以上的冷變形金屬經(jīng)1h加熱能完全再結(jié)晶的最低溫度，定為再結(jié)晶渡。實(shí)驗(yàn)證明，金屬的熔點(diǎn)愈高，在其他條件相同時(shí)，其再結(jié)晶溫度也愈高。金屬的再結(jié)晶溫度(T再)與其熔點(diǎn)(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(duì)溫度。3晶粒長(zhǎng)大 冷變形金屬再結(jié)晶后，一般都得到細(xì)小均勻的等軸晶粒。但

5、繼續(xù)升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，再結(jié)晶后的晶粒又會(huì)逐漸長(zhǎng)大，使晶粒粗化。(三) 變形程度對(duì)金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響圖6-3 變形程度對(duì)金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響冷變形金屬再結(jié)晶后晶粒度除與加熱溫度、保溫時(shí)間有關(guān)外，還與金屬的預(yù)先變形程度有關(guān)。圖6-3表示金屬再結(jié)晶后的晶粒度與其預(yù)先變形程度間的關(guān)系。由圖可見，當(dāng)變形程度很小時(shí)，金屬不發(fā)生再結(jié)晶，因而晶粒大小不變。當(dāng)達(dá)到某一變形程度后，金屬開始發(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，由于各晶粒變形愈趨均勻，再結(jié)晶時(shí)形核率愈大，因而使再結(jié)晶后的晶粒逐漸變細(xì)。圖6-4純鋁在不同程度拉伸變形時(shí)，經(jīng)550再結(jié)晶退火30min后的晶粒

6、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, HNO3 15ml, H2SO4 25 ml引起冷變形金屬開始再結(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%。由于粗大晶粒將顯著降低金屬的機(jī)械性能，故應(yīng)避免金屬材料在臨界變形程度的范圍內(nèi)進(jìn)行壓力加工。實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解冷塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響。2了解經(jīng)冷塑性變形的金屬在加熱組織與性能的變化規(guī)律。3了解變形程度對(duì)金屬再結(jié)晶晶粒

7、度的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、用品及試樣(一) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 小型試驗(yàn)用軋機(jī)2 拉力試驗(yàn)機(jī)和洛氏硬度計(jì)(或布氏硬度計(jì))。2金相顯微鏡。3箱式電阻加熱爐(附測(cè)溫控溫裝置)。4切割機(jī)、砂輪機(jī)、預(yù)磨機(jī)、拋光機(jī)、吹風(fēng)機(jī)。(二) 實(shí)驗(yàn)用品1測(cè)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(wú)水酒精。(三) 實(shí)驗(yàn)試樣退火狀態(tài)金屬板（鋁或低碳鋼）試樣若干。三、實(shí)驗(yàn)方法及步驟共6組實(shí)驗(yàn)，見表退火A冷變形B熱處理C12 %0.1h210 %0.5h31h實(shí)驗(yàn)： A+B1+C1，A+B1+C2，A+B1+C3，A+B2+C1，A+B2+C2，A+B2+C31. 從金屬板上取1個(gè)拉伸試樣。2將剩余金屬板在軋機(jī)（或拉伸機(jī)進(jìn)行一定變形量的冷變形。3從冷變形后的金屬板上取2個(gè)拉伸試樣。4將一個(gè)冷軋?jiān)嚇舆M(jìn)行拉伸試驗(yàn)。5另一個(gè)冷軋?jiān)嚇舆M(jìn)行再結(jié)晶退火。6退火試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。7