金屬的塑性變形與再結晶

1、金屬的塑性變形與再結晶一、實驗目的：1、 了解顯微鏡下滑移線、變形孿晶和退火孿晶特征。2、 了解金屬經(jīng)冷加工變形后顯微組織及機械性能的變化。3、 討論冷加工變形對再結晶晶粒大小的影響。二、實驗內容：1、 觀察工業(yè)純鐵冷變形滑移線，純鋅的變形孿晶，黃銅或純銅的退火孿晶。2、 觀察工業(yè)純鐵經(jīng)冷變形（0%、20%、40%、60%）后的顯微組織。3、 用變形度不同的工業(yè)純鋁片，退火后測定晶粒大小。三、實驗內容討論：1、顯微鏡下的滑移線與變形孿晶：當金屬以滑移和孿晶兩種方式塑性變形時，可以在顯微鏡下看到變形結果。我們之所以能看到滑移線（叫滑移帶更符合實際）是因為晶體滑移時，使試樣的拋光表面產(chǎn)生高低不一的

2、臺階所致?；凭€的形狀取決于晶體結構和位錯運動，有直線形的，有波浪形的，有平行的，有互相交叉的，顯示了滑移方式的不同。變形量越大，滑移線愈多、愈密。在密排六方結構中，?？煽吹阶冃螌\晶，這是因為此類金屬結構難以進行滑移變形。孿晶可以看成是滑移的一種特殊對稱形式，其結果使晶體的孿生部分相對于晶體的其余部分產(chǎn)生了位向的改變。由于位向不同，孿晶區(qū)與腐蝕劑的作用也不同于其他部分，在顯微鏡下，孿晶區(qū)是一條較淺或較深的帶。在不同的金屬中，變形孿晶的形狀也不同，例如在變形鋅中可看到孿晶變形區(qū)域，其特征為竹葉狀，F(xiàn)e則為細針狀。除變形孿晶外，有些金屬如黃銅在退火時也常常出現(xiàn)以平行直線為邊界的孿晶帶，這類孿晶稱為

3、退火孿晶。滑移和孿晶的區(qū)別：制備滑移線試樣時，是試樣先經(jīng)過表面拋光，然后再經(jīng)過微量塑性變形。如果變形后再把表面拋光，則滑移線就看不出來了。制備孿晶試樣時，是先經(jīng)塑性變形，然后再拋光腐蝕，可見：（1）對于滑移線不管樣品是否經(jīng)過腐蝕均可看到，而孿晶只有在磨光腐蝕后才可看見。（2）滑移線經(jīng)再次磨光即消失，而孿晶在樣品表面磨光腐蝕后仍然保留著。滑移線和磨痕的區(qū)別在于前者是不會穿過晶界的。2、冷變形后金屬的顯微組織和機械性能冷加工變形后，晶粒的大小、形狀及分布都會發(fā)生改變。晶粒沿外力方向被拉長（或縮短），當變形量很大時晶界已不明顯，這時已分不出一顆顆晶粒，看到的只是纖維狀組織。在變形過程中，由于滑移面的

4、轉動及晶粒的破碎，晶格彎曲造成臨界切應力的提高，均使繼續(xù)變形發(fā)生困難，即產(chǎn)生了所謂加工硬化現(xiàn)象，即金屬的強度隨著變形度的增加而增加。3、冷加工變形后的金屬在加熱時的變化金屬經(jīng)變形后其組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因而在隨后加熱過程中，進行回復，再結晶及晶粒長大三個過程。再結晶退火后金屬被軟化，即加工硬化被消除，再結晶后金屬的機械性能取決于晶粒大小，而晶粒大小則受預先冷變形和再結晶退火溫度所控制。變形度對再結晶后晶粒大小的影響，特別顯著。當金屬的變形度越大時，再結晶后的晶粒越小。金屬有一個能進行再結晶的最小變形度，此時可得到最大的晶粒。這個變形度叫臨界變形度（鋁約為2%），低于這個變形度，金屬不會發(fā)生再結

5、晶。當變形度一定時，加熱溫度越高，再結晶進行得越快，再結晶后形成的新晶粒也越大。四、實驗要求：1、實驗材料及設備（1） 拋光的工業(yè)純鐵試樣觀察其滑移線。（2） 常溫下具有一定變形度的鋅試樣觀察變形孿晶。（3） 變形度為40%的黃銅（或純銅）經(jīng)750退火30分鐘觀察退火孿晶。（4） 變形度為0%、20%、40%、60%的工業(yè)純鐵試樣一套，研究冷加工變形后的組織。（5） 尺寸為150×15×0.5mm鋁片五根，研究變形度對再結晶后的晶粒大小的影響。（6） 金相顯微鏡。（7） 拉伸試驗機。（8） 加熱爐。2、實驗步驟：（1） 把經(jīng)拋光的工業(yè)純鐵，裝在拉伸試驗機上，當緩慢進行拉伸時

6、，逐漸出現(xiàn)一些變形痕跡滑移線；繼續(xù)拉伸時滑移線的數(shù)量和寬度不斷增加，由于滑移線一般不能穿越晶界，因而晶界被逐漸顯露出來，在顯微鏡下進行觀察。（2） 觀察鋅的變形孿晶和純銅的退火孿晶的特征。（3） 觀察工業(yè)純鐵冷變形（0%、20%、40%、60%）試樣的組織。（4） 測定變形度不同的純鋁片經(jīng)退火后晶粒大小，建立“變形度與再結晶晶粒大小”曲線： 五人一組，一人一根純鋁片。 用軟鉛筆在試片中部劃出100mm長度的計算距離。 試片兩端打上編號，編號順序見下表：試樣編號12345要求變形度%136912變形后的計算長度為（mm）101103106109112 在拉伸機上分別將試樣拉伸到所要求的尺寸。 變形的試片，全班集中起來，一起放入550的加熱爐內。加熱、保溫30分鐘。 試片冷卻后，（可以水冷）進行宏觀腐蝕，以顯示晶粒大小。用11硝酸鹽酸溶液浸蝕，當能清楚地看到晶粒時，即可用水沖洗。 數(shù)出一平方厘米的晶粒數(shù)（n）并計算晶粒大小(a)，填入下表中：a=1/n（平方厘米）變形度%晶粒數(shù)目n(1cm2內)晶粒大小a1/n(cm2) 從所得a即可作出“變形與再結晶晶粒大小”關系曲線。五、實驗報告：1、 寫出實驗目的、內容