第六章 金属的塑性变形与再结晶.ppt

第六章金属的塑性变形与再结晶 材料实验中心 师琳 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 实验概述 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 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 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 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 4T熔式中各温度值 应为绝对温度 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 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 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 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 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 HF15ml HCl45ml HNO315ml H2SO425ml 拉伸变形后 经550 再结晶退火30min 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 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 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 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