金屬材料冷形變與退火過程的組織和性能分析

1、金屬材料冷形變與退火過程的 組織和性能 分析.金屬材料冷形變與退火過程的組織和性能分析40930366材科0 9 5 陳國滔摘要：金屬材料的冷形變和退火過程中，組織的變化會導(dǎo)致材料有不同的性能。-FeZn進行冷形變后滑移、李晶和組織，并對a本次實驗主要觀察a-Fe、Al、黃-在相同型變量、相同溫度條件，經(jīng)過不同時間退火后的回復(fù)再結(jié)晶情況，a 銅經(jīng)相同時間不同退火溫度后的回復(fù)再結(jié)晶的情況進一步觀察分析，并測定了冷變形并經(jīng)不同溫度退火一小時的純鐵樣 68%f同冷變形程度的純銅樣品以及品的硬度。關(guān)鍵詞：形變量；冷形變；滑移；李品；回復(fù)；再結(jié)晶。一、材料冷形變對組織變化及性能的影響概述1、材料的冷變形

2、冷變形或冷加工是金屬在再結(jié)晶溫度以下所進行的變形或加工，如鋼的冷拉或冷沖壓等。本實驗 進行的觀測的是塑性變形（即獲得的力撤除后不可恢復(fù)的永久變形）對材料微觀 組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，且僅涉及在低于材料再，因結(jié)晶溫度的條件以滑移、 學(xué)生等基本形式發(fā)生的塑性變形（即“冷變形”）為材料冷形變所引發(fā)的組織結(jié) 構(gòu)和力學(xué)性能變化可以在變形后保留下來。2、冷變形程度對微觀組織性能的影響：冷形變導(dǎo)致晶粒組織呈現(xiàn)方向性，且其程度隨變形量的增大而增大。在形變前顯 微組織為等軸晶粒，經(jīng)受較大程度的方向性形變后導(dǎo)致晶粒沿受力方向伸展， 變 形越大則晶粒被拉得越長。當(dāng)變形程度很大時，晶粒不但被拉長，晶粒內(nèi)部還會 被許

3、多的滑移帶分割成細的小塊，晶界與滑移帶分辨不清，呈纖維狀物質(zhì)。3、冷形變材料的組織和性能在退火加熱時的變化冷形變金屬處于高能量的不穩(wěn)定狀態(tài)，力求在適當(dāng)?shù)臈l件下過度到無畸變能的更 穩(wěn)定狀態(tài)。在室溫或遠低于材料再結(jié)晶溫度下，冷變形狀態(tài)的組織和性能穩(wěn)定，可以長時間維持不變；退火加熱則為晶粒發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大創(chuàng)造外界 條件，使得組織和性能發(fā)生變化。二、實驗樣品冷變形樣品、1.a - Fe :經(jīng)0% 20% 40% 60嘛溫變形和經(jīng)低溫高速沖擊變形樣品各一塊，均為經(jīng)化學(xué)浸蝕好的金相樣品（光學(xué)顯微鏡觀察用），浸蝕劑：4%J肖酸酒精。另 備經(jīng)退火并電解拋光后常溫微量變形的a -Fe樣品一塊，變形后不

4、浸蝕。Al :經(jīng)退火和電解拋光后常溫微量變形的 Al片1塊（光學(xué)顯微鏡觀察用品表面形變痕跡）和不同變形量的Al片一組（肉眼觀察樣品外形和尺寸變化特征 用）。變形后不拋磨，不浸蝕。Zn：經(jīng)常溫變形且經(jīng)化學(xué)浸蝕好的金相樣品 1塊。浸蝕劑：HNO:HC= 1 : 1。3 （光學(xué)顯微鏡觀察用）純Cu:經(jīng)0% 20% 40% 60%T溫變形樣品各一塊（測量變形量與硬度的對 應(yīng)曲線用）2、退火加熱后樣品a -黃銅：經(jīng)不同溫度退火相同時間的黃銅樣品一套（已制備好的金相樣品， 光學(xué)顯微鏡觀察用）。 a - Fe : 68%T溫變形后分另I經(jīng) 200 C , 300 C , 400 C , 500 C , 60

5、0 C , 700 c不同溫度退火1小時的樣品1套（測繪硬度 -退火溫度曲線使用）。a - Fe： 68%T溫變形后在560c分別保溫9分、12分、20分、27分、38分 和42分鐘的再結(jié)晶組織1套。三、實驗過程1、觀察金屬材料冷形變的滑移、李晶和形變組織；2、觀察金屬材料在相同形變下不同條件回復(fù)后的組織；3、測量不同冷變形程度的純銅樣品和 68始變形并經(jīng)不同溫度退火一小時的純 鐵樣品的硬度。四、各金屬材料的冷變形組織的觀察和分析1、對Fe, Al樣品進行滑移線的觀察和分析Al是面心立方結(jié)構(gòu)，滑移面為111,滑移方向,滑移系共有12個。Al中外層晶粒.晶粒略有突起,滑移帶密集、交錯；內(nèi)層晶粒變

6、形小 晶粒內(nèi)部滑.移帶黑線稀疏。同一晶胞中也出現(xiàn)交滑移和多系滑移的滑移線a -F .e是體心立方結(jié)構(gòu)，它的滑移面有110 , 211 , 321,滑移方向有.,滑移系共有48個。Fe的滑移線較粗，滑移線之間的距離 較Al的滑移線距離大，而且出現(xiàn)交滑移和多系滑移，交滑移形成折.線形狀的滑移帶，多系滑移產(chǎn)生兩組或多組交叉的滑移線 樣品的李晶進行觀察分析Zn、對2FeFe的晶界比較不規(guī)整，晶胞呈不規(guī)則形狀，一個晶胞中的李晶具有相同的取向而互相平行, 這些孚晶尺寸較小。Zn的晶界較比.規(guī)整，呈直線狀，晶胞為多邊形，一個晶胞中的李晶的取向相同而互相平行，李晶的尺寸較大，呈現(xiàn) 出寬的透鏡狀，而且在Zn晶胞

7、中出現(xiàn)的字?jǐn)?shù)晶.量比鐵中出現(xiàn)的學(xué)品數(shù)量多。這是因為a -Fe是體心立方結(jié)構(gòu)，由于潛在滑移系多，形變的主要機制是滑移，在低的形變溫度 或高的形變速下率.才可能發(fā)生李晶。而hcp金屬由于潛在的滑移系少，形變開始時一般是滑移，在很低的應(yīng)變下就能 發(fā)生李，并且很快隨著應(yīng)變增加而長大長 粗。.3、對a -Fe經(jīng)0% 20% 60%T溫壓縮和經(jīng)低溫沖擊樣品的觀察和分析0項變量的a -Fe沒有發(fā)生形變，晶胞沒有呈現(xiàn)出方向 性。型20%1變a的-Fe組的變織量形與 小，有沒生發(fā)變形a的.-Fe的晶胞相比，可以發(fā)現(xiàn)有晶胞有少量的變形，呈現(xiàn)出一定的方向性，且其程度隨變形量的增大而 增大。60乘變量的a -Fe的組

8、織有很大的方向性，晶粒被拉得很長。4、對68批變量，室溫壓縮，560 C退火不同時間的a -Fe樣品進行觀察和分析68郵變量的a -Fe在560c退火9min后組織具有很大的方向性，晶粒很晶長，粒內(nèi)部有位錯存在,部分區(qū)域開始出現(xiàn)尺寸很小的再結(jié)晶的晶核。68郵變量的a -Fe在560c退火27min后大部分晶粒的尺寸都較比.均勻，存在許多尺寸小的新晶核，位錯和滑移已經(jīng)在回復(fù)階段對消完了，晶粒內(nèi)部幾乎看不到位錯 的存在。有可能存在尺寸明顯大于其他粒晶.的非正常長大的晶粒，出現(xiàn)這種晶粒的原因是非正常長大晶粒的取向偏離織構(gòu)的取向，這些晶粒 的界面能比其他晶粒的晶界能高，使它容更.易遷動，當(dāng)加熱到一定溫

9、度時，這些晶粒就以比其它晶粒大得多的速率長大。68郵變量的a -Fe在560c退火42min后組織大部分晶粒得變.比較均勻，還有一小部分新出現(xiàn)的晶核未長大，此時在晶粒內(nèi)部基本沒有位錯和缺陷的存在60%、又t CuZn壓縮量不同溫度退火一小時的進行觀察與分析 5壓縮量60%勺a -黃銅在未回經(jīng)復(fù)處理時晶粒有很大的方向性，晶粒內(nèi)有大量位錯存在，位錯線具有相同的方向壓縮量60%勺a-黃銅加熱到550c后彳溫30min 后，發(fā)生畸變的基體被完全吞噬，晶粒變得均勻，一個晶粒內(nèi)存在各種取向的李晶。 壓縮量60%勺a-黃銅加熱到750c后彳溫30min后，晶逐粒.漸長大后，尺寸變大,晶粒數(shù)目減少。五、對純銅

10、和純鐵樣品的硬度的觀察和分析1、硬度計的相關(guān)參數(shù)全洛氏硬度計TH320型號GB/T2848-92GB/T3TB-93時代集團公司 GB/T7409-94、對不同冷形變程度的純銅樣品的硬度進行觀察和分析平標(biāo)準(zhǔn)硬形變10.513.713.917.12.397613.450%14.610.915.711.234.732.432.732.9 1.5388 32.73 20% 32.3 34.0 29.5 33.350.3 50.0 47.3 46.1 1.6116 40% 48.80 50.9 48.5 48.2 49.156.0 57.8 52.7 53.5 2.484160%53.63 52.75

11、1.654.750.0進行處理，結(jié)果如下：origin7對實驗數(shù)據(jù)用.同門戶：山bTTL比 |中邛：一 一 L- JMl b e fjdftgca 細曲sk Irais Format 畫rd* 甘后 | | 匐門 刷刷冏圃同商圃 tf gig|H|e|常嘛I & pi同 比 回國圖回 三| *i5小如N JmH|u卜l廠麻姆 -+!百TlTn-TTl麻姆 -+!百TlTn-TTl一71一-一生四二的硬度值隨著型變量的增大 60%的型變量內(nèi)，純Cu從圖中可以看出，在0 -而增大。形成這種現(xiàn)象的原因是冷變形后金屬內(nèi)部的位錯密度將大大增加，且位錯相互纏結(jié)并形成胞狀結(jié)構(gòu)，它們不但阻礙位錯滑移，并且使不

12、能滑移的位錯數(shù) 量劇增，從而大大增強了位錯滑移難度并使強度和硬度有所提高。這一現(xiàn) 象為 形變強化，即在塑性變形階段，隨著應(yīng)變增加，強度將呈曲線關(guān)系提高。1h的鐵樣品的硬度進行觀察分析3、對68型形變并經(jīng)不同溫度退火攝氏（溫度硬度 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差）度90.3 92.2 200 91.5 88.2 90.2 93.7 86.1 2.7810.755 92 300 92.2 91.8 92.0 92.1 90.2 91.71.003 400 86.5 86.6 88.2 88.0 87.0 89.0 87.63.166 87.7 81.4 79.9 85.3 80.8 80.4 500 82.63.079 75.2 78.6 74.8 76.5 79.6 600 78.9 71.76.46054.959.860.270068.457.765.951.5進行處理，結(jié)果如下：origin7對上述實驗數(shù)據(jù)用.JDfl3D 口鼻SH詢17-Dx蛆M比度JDfl3D 口鼻SH詢17-Dx蛆M比度）父=7： y = ?的硬度隨退火溫度的升高而逐漸降退火時間相同的變形a-Fe從圖中可以看出，發(fā)生回復(fù)，晶粒低，而且下降速率是從緩慢到快速的。在低溫階段，由于a-FeC 階段，由于在該溫度500-700內(nèi)的位錯對消，所以材料的硬度慢慢減小。而在退 火時發(fā)生再結(jié)晶過程，位錯和缺陷被長大的新核吞噬掉，