實(shí)驗(yàn)三金屬的塑性

孫瑞雪實(shí)驗(yàn)三金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解顯微鏡下滑移線、變形孿晶和纖維組織的特征；2、了解冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；3、討論冷加工變形對(duì)再結(jié)晶晶粒大小的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、金相顯微鏡2、標(biāo)準(zhǔn)試樣三、實(shí)驗(yàn)原理金屬的重要特性之一就是具有塑性。當(dāng)金屬受的外力超過(guò)其屈服點(diǎn)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(chēng)塑性變形。它主要通過(guò)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。1、滑移帶滑移是金屬塑性變形的基本方式。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(guò)光學(xué)顯微鏡觀察已變形的拋光試樣，就能見(jiàn)到許多平行線條，即為滑移帶。

晶體滑移時(shí)，使試樣的拋光表面產(chǎn)生高低不一的臺(tái)階所致。滑移線的形狀取決于晶體結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，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。1、滑移帶滑移帶的光學(xué)顯微形貌（a）黃銅的滑移帶（b）純鐵的滑移帶由圖可見(jiàn)，純鐵的滑移帶特征與黃銅的略有不同，往往呈波紋狀。這主要由于純鐵本身層錯(cuò)能較高，其擴(kuò)展位錯(cuò)容易束集，加之體心立方晶體可進(jìn)行滑移的晶面多，因而產(chǎn)生大量交滑移的緣故。1、滑移帶正因?yàn)榫w表面有這些臺(tái)階的出現(xiàn)才顯示出上述的微觀形貌。如果將這些小臺(tái)階磨掉，即使重新拋光并浸蝕也看不出滑移帶，因?yàn)榛泼鎯蓚?cè)的晶體位向不隨滑移而改變，故只能借助晶體的表面出現(xiàn)的小臺(tái)階來(lái)觀察。如果用電子顯微鏡作高倍觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)每條滑移帶（光學(xué)顯微鏡下的每根線條）是由許多密集在一起的滑移線群所組成，實(shí)際上，每條滑移線表示晶體表面上因滑移而產(chǎn)生的一個(gè)小臺(tái)階，而滑移帶是小臺(tái)階壘積的大臺(tái)階。1、滑移帶2、變形孿晶孿生通常是晶體難以進(jìn)行滑移時(shí)而發(fā)生的另一種塑性變形方式，以孿生方式形變的結(jié)果將產(chǎn)生孿晶組織。

在面心立方晶體中一般難以見(jiàn)到變形孿晶；而在密排六方晶體中比較容易見(jiàn)到。因?yàn)槊芘帕骄w的滑移系少，塑性變形經(jīng)常以孿生方式進(jìn)行。

變形孿晶的光學(xué)顯微形貌（a）鋅的孿晶（b）純鐵的孿晶2、變形孿晶如果將變形孿晶試樣重新磨制、拋光、浸蝕，是否如同滑移帶那樣也會(huì)消失呢？

2、變形孿晶因?yàn)閷\生變形后，在孿生面兩側(cè)的晶體位向并不相同，切變部分的晶體與未切變部分的晶體相對(duì)于孿生面呈鏡面對(duì)稱(chēng)。2、變形孿晶3、退火孿晶某些金屬材料退火后在晶內(nèi)形成退火孿晶（純銅、單相銅合金及奧氏體不銹鋼中經(jīng)常出現(xiàn)）。

關(guān)于退火孿晶的形成機(jī)理尚無(wú)完善解釋?zhuān)腥颂岢鍪峭嘶饡r(shí)晶界推移過(guò)程中形成的，晶粒越粗大孿晶也越發(fā)展。退火孿晶的形態(tài)和變形孿晶完全不同，如圖所示。兩條直線互相平行，表明它們屬于共格晶界。純銅的退火孿晶3、退火孿晶4、纖維狀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(chēng)之為冷加工纖維組織。4、纖維狀組織4、纖維狀組織4、纖維狀組織4、纖維狀組織工業(yè)純鐵經(jīng)不同程度變形后的組織a）20％b）40％c）60％d）70％4、纖維狀組織5、加工硬化金屬材料經(jīng)冷變形后，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性下降，即產(chǎn)生加工硬化。

造成加工硬化的原因主要是位錯(cuò)密度增加，并相互交截產(chǎn)生不易移動(dòng)的位錯(cuò)節(jié)點(diǎn)；位錯(cuò)纏結(jié)在一起或形成胞狀亞結(jié)構(gòu)都對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。

6、冷變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化冷變形金屬在熱力學(xué)上是處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，有力求恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)。加熱會(huì)提高原子的活動(dòng)能力，促進(jìn)由不穩(wěn)定狀態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程的進(jìn)行。

加熱溫度由低到高，其變化過(guò)程分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。

6、冷變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化變形量50％的純銅經(jīng)不同溫度退火的顯微組織變化a）300℃b）500℃c）600℃，加熱時(shí)間：30min6、冷變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化7、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)先變性量有關(guān)。金屬在臨界變形度下，只有少數(shù)晶粒發(fā)生明顯變形具備形成再結(jié)晶核心的條件，而其余絕大多數(shù)晶粒幾乎未發(fā)生變形不具備形核條件，因此所形成的再結(jié)晶核心數(shù)目必然很少，由它們長(zhǎng)大而成的晶粒（無(wú)畸變區(qū)）靠吞并周?chē)ЯＱ杆匍L(zhǎng)大，其結(jié)果造成晶粒特別粗大，當(dāng)變形量超過(guò)臨界變形度時(shí)，隨著變形量的增加，變形的均勻程度也增加，再結(jié)晶退火后的晶粒也逐漸細(xì)化。當(dāng)變形量很小時(shí)，由于晶內(nèi)儲(chǔ)存的畸變能不足以進(jìn)行再結(jié)晶而保持變形前狀態(tài)。當(dāng)達(dá)到某一變形量時(shí)，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大。這個(gè)變形量稱(chēng)為臨界變形度。7、再結(jié)晶后晶粒大小與變形量的關(guān)系7、再結(jié)晶后晶粒大小與變形量的關(guān)系除特殊需要外，生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免在臨界變形度范圍內(nèi)（鐵約為2～10％；鋼約為5～10％；鋁約為2～5％；銅及黃銅