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第六章 金属的塑性变形与再结晶

第六章 金属的塑性变形与再结晶. 材料实验中心 : 师 琳. 实验概述. 　　金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。. 冷塑性变形对金属组织与性能的影响. 　　若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。

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第六章 金属的塑性变形与再结晶

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Presentation Transcript

  1. 第六章 金属的塑性变形与再结晶 材料实验中心: 师 琳

  2. 实验概述 　　金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。

  3. 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 　　若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。 　　金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。（图为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。） 　　金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。此外，在金属内部还产生残余应力。一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。

  4. 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 工业纯铁冷塑性变形后组织(150X) a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%

  5. 冷变形后金属在加热时组织性能的变化 　　金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。 1．回复 当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。

  6. 冷变形后金属在加热时组织性能的变化 2．再结晶 当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过形核与长大方式进行再结晶。（图反映了冷塑性变形工业纯铁的再结晶过程的显微组织。）冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。 　　金属的再结晶过程是在一定温度范围内进行的。通常把变形程度在70%以上的冷变形金属经1h加热能完全再结晶的最低温度，定为再结晶渡。实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。金属的再结晶温度(T再)与其熔点(T熔)间的关系，大致可用下式表示： T再=0.4 T熔 　　式中各温度值，应为绝对温度。

  7. 冷变形后金属在加热时组织性能的变化 工业纯铁再结晶过程的显微组织(150X) a)550℃再结晶 b)600℃再结晶 c) 850℃再结晶

  8. 冷变形后金属在加热时组织性能的变化 3．晶粒长大 冷变形金属再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。但继续升高加热温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又会逐渐长大，使晶粒粗化。

  9. 变形程度对金属再结晶后 晶粒度的影响 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响 　　冷变形金属再结晶后晶粒度除与加热温度、保温时间有关外，还与金属的预先变形程度有关。（图表示金属再结晶后的晶粒度与其预先变形程度间的关系。）由图可见，当变形程度很小时，金属不发生再结晶，因而晶粒大小不变。当达到某一变形程度后，金属开始发生再结晶，而且再结晶后获得异常粗大的晶粒。随着变形程度的增加，由于各晶粒变形愈趋均匀，再结晶时形核率愈大，因而使再结晶后的晶粒逐渐变细。

  10. 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响 纯铝的程度与再结晶晶粒度的关系 变形程度：a)1% b)2.5% c)3% d)6% e)9% f)12% g)15% 浸蚀剂：HF 15ml, HCl 45ml, HNO3 15ml, H2SO4 25 ml (拉伸变形后，经550℃再结晶退火30min)

  11. 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响 　　引起冷变形金属开始再结晶，并在再结晶后获得异常粗大晶粒的变形程度，称为临界变形程度。一般钢铁的临界变形程度为5~10%，铜约为5%，铝约为2~3%。由于粗大晶粒将显著降低金属的机械性能，故应避免金属材料在临界变形程度的范围内进行压力加工。

  12. 塑性变形实验 一、实验目的 1．了解冷塑性变形对金属组织与性能的影响。 2．了解经冷塑性变形的金属在加热组织与性能的变化规律。 3．了解变形程度对金属再结晶晶粒度的影响。 二、实验设备、用品及试样 (一) 实验设备 1．拉力试验机和洛氏硬度计(或布氏硬度计)。 2．金相显微镜。 3．箱式电阻加热炉(附测温控温装置)。 4．砂轮机、预磨机、抛光机、吹风机。 (二) 实验用品 1．测量试样尺寸用的游标尺。 2．不同粗细的金相砂纸一套、抛光磨料、浸蚀剂、无水酒精。 (三) 实验试样 1．退火状态低碳钢(建议采用10钢)的拉力试样若干。 2．不同变形程度经再结晶后具有不同晶粒度的纯铝片试样一套。

  13. 塑性变形实验 三、实验方法及步骤 1．以若干人为一小组，每组领取退火状态低碳钢拉力试样一根。 2．在拉力试样的总标距内每隔10mm，用划线仪划出分段标距的印记。 3．用游标尺测量出分段标距的长度，并记下测量数据。 4．将度样在拉力试验机上进行拉伸，直至试样产生“颈缩”，并在断裂前的瞬间，把试样自试验机上取下，然后再用游标尺测量和记录变形后各分段印记间的长度，并计算出各分段标距内的延伸率。 5．在分段标距的印记处用手锯或砂轮切割等方法，把试样分段切开。 6．把分段试样沿轴向制备成金相试样，然后在金相显微镜下观察其显微组织，再根据其组织特征，绘出显微组织示意图，并记录观察试样所用的放大倍数和浸蚀剂。 7．在已观察过的试样磨面上，测定其洛氏硬度值HRB，并记下测量数据。

  14. 塑性变形实验 9．在各组试样中选取五个变形程度较大且变形程度值相近的分段试样，分别放入温度为100℃℃、300℃、500℃、650℃、800℃的加热炉中保温30min后出炉空冷(可将学生分组，分别完成一个数据)。 10．把冷却后的分段试样沿轴向制备成金相试样，然后在金相显微镜下观察其显微组织，再根据其组织特征，绘出显微组织示意图，并记录观察试样所用的放大倍数及浸蚀剂。 11．在已观察过的试样磨面上，测定其洛氏硬度值HRB，并记下测量数据。 12．分析冷变形金属在加热时组织与硬度的变化规律。 13．观察由实验室制备好的纯铝片试样一套，了解不同变形程度对再结晶后晶粒度的影响，并找出纯铝的临界变形程度。

  15. 塑性变形实验 四、实验报告 根据实验结果，填写下列两表。 变形程度对再结晶后晶粒大小的影响：在试样上选择两个不同的地方，用肉眼或放大镜数出100m2面积中的晶粒数N计入表中。

  16. 塑性变形实验 再结晶温度对再结晶后晶粒大小的影响：

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