9塑性变形与回复再结晶实验指导书4

1、实验 4 塑性变形与回复再结晶一、实验目的1 加深对加工硬化现象和回复再结晶的认识。2 通过实验分析加工温度和变形程度对所选原材料组织和性能的影响。3 测定所选原材料 （例如工业纯铝） 的形变度与再结晶后的晶粒度的关系曲线。二、实验原理1、加工硬化现象当金属与合金在外力的作用下， 应力超过弹性极限以后， 将发生塑性形变。 金属在塑性 形变过程中，组织与性能将发生变化。一般说来随着形变程度的增加， 金属的强度、硬度提 高而塑性下降， 同时也造成其它物理化学性能的明显变化。 人们就把金属因塑性变而导致的 强度和硬度增加的现象称为加工硬化。2、金属经塑性形变后显微组织的变化 金属经塑性形变以后，其组

2、织发生以下的变化。（1）金属在塑性形变后，组织也将发生相应的变化，例如在轧制后，晶粒沿着形变方向 被拉长，其程度随形变量的加大而增大，当形变量很大时，晶粒伸长呈“纤维状” 。与此同 时，除晶粒的形状发生变化外， 组织中的第二相也将发生变化，硬的相将破碎，软的相将发 生形变等。（2）塑性形变导致金属组织内部的亚结构细化。在形变不大的情况下，晶粒内首先出现 明显的滑移带，随着形变量的加大。滑移带逐渐增多。 射线结构分析结果表明：晶粒被碎 化成许多位向略有不同（位向差一般不大于1）的晶块，其大小约为 10-310-6厘米，即在原来晶粒内出现了很多小晶块，这种组织称为亚结构。（3）金属塑性形变时，由于

3、各部分的形变的不均匀性而造成的内应力（第一类，第二类， 第三类内应力）将增大。（4）当金属的塑性形变量很大时，在形变过程中晶体将产生转动和旋转，使各晶粒的某一晶向都不同程度的转向与外力相近的方向，这样便使得原来晶向不同的晶粒取向渐趋一致。而使其具有择优趋向组织称之为形变结构。金属塑性形变后组织和性能的变化规律， 在生产中有一定的实际意义， 为此应了解这一 变化规律，从而能更好的为生产服务。塑性形变的方式，主要有两种。 其一是滑移形变方式，其二是孪晶形变方式。至于形变 结构与机理，这里不做叙述。3、回复与再结晶 由于塑性形变，使晶格畸变增大（使错密度增加，亚结构细化等），使得冷形变金属的自由能升

4、高而处于不稳定状态。 因此，便有一种向较稳定状态转化的自发趋势。如将冷形变后的金属加热到较高的温度， 使其原子具有一定的扩散能力， 就会产生一系 列组织与性能的变化。这个变化过程就是回复再结晶及晶粒长大（聚集再结晶）过程， 参看图 1 。回复：当加热温度较（再结晶温度）低时，通过原子作短距离的扩散，使某些晶体缺陷 互相抵消而使缺陷数量减少；使晶格畸变程度减轻（由多边化结果导致）；第一类、第二类内应力基本消除；显微组织无变化，机械性能和物理化学性能部分的恢复到形变前的状态， 如硬度、强度稍微下降，塑性略有提高；导磁率上升，比电阻下降等，这一过程称为回复。再结晶： 冷形变金属加热到某一温度， 由于

5、原子扩散能力的增大， 组织和性能将发生剧 烈的变化， 完全回复到形变以前的情况。 从显微组织看形变组织完全消失， 代之的是新的等 轴晶粒； 其强度硬度下降而塑性提高。 把在这一温度下组织和性能发生剧烈变化的现象称做 再结晶。能够发生再结晶的最低温度称为再结晶温度。 一般以金属或合金经大的变形量大于 70% 塑性变形后，在某一温度保温一小时，能够完全再结晶的温度定为这一合金的再结晶温度。聚集再结晶：冷形变金属再结晶后， 当继续在更高温度加热时，晶粒就会长大，机械性 能变坏。这种晶粒长大现象称为聚集再结晶。影响金属的再结晶温度及再结晶后组织的因素很多， 以下分别讨论之。4、影响再结晶温度的因素 （

6、1）形变程度的影响：冷形变程度愈大，畸变愈严重，畸变能也就愈高，合金就愈不稳 定，向低能量状态变化的倾向也越大，因此再结晶温度就愈低。实验结果表明， 当形变程度较大时， 各种工业纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间存 在下列关系：T再 （ 0.350.40） T 熔式中 T 再金属的再结晶温度（ K）； T 熔金属的熔点（ K）（ 2）合金元素及杂质的影响：合金元素对再结晶温度的影响比较复杂。在金属中含有 少量合金元素时， 由于它们阻碍再结晶过程中位错的移动， 使得再结晶难以进行， 也就使得 再结晶温度升高。 当金属中合金元素数量较多时， 则可能提高也可能降低再结晶温度， 这要 看合金元素对基体

7、金属原子扩散速度的影响， 以及合金元素对再结晶形核时的表面能的影响 而定。例如 Cr、 W、Mo 等元素可使钢的再结晶温度升高。（ 3）加热时间的影响：加热速度和加热时间也明显的影响再结晶温度。当形变度一定 时，加热时间愈短，则再结晶温度愈高。5、影响再结晶后晶粒度的因素：（1）加热温度的影响：经相同程度的冷形变金属，再结晶退火后的晶粒度大小一般是 随加热温度和在加热温度下的保温时间的不同变化。 加热温度愈高， 时间愈长， 晶粒就愈粗 大。（2）形变度的影响：金属材料再结晶退火后的晶粒大小与其形变度之间的关系。当形变量很小时，由于畸变能很小， 不能形核，金属不发生再结晶，因此晶粒大小基本 不变

8、； 而当金属材料经受某一不大的冷形变度之后， 于再结晶退火时， 其晶粒异常地长大到 极大的尺寸，这一形变度称为临界形变度。对一般金属或合金，其临界形变度约为 210% 左右。例如纯 Fe、纯Cu、纯Al的临界形变度分别为 56% , 5% , 2%等。在形变量超过临 界形变度后， 再结晶后的晶粒度大小， 将随着冷形变度的增加而减少。当形变量很大时（一般大于 70%），经过再结晶退火后晶粒又变得很粗大。三、实验设备材料万能试验机，中温电阻炉，放大镜，金相显微镜。四、实验内容与步骤实验内容：i 观察H68经不同形变度及不同再结晶温度退火后的纤维组织。ii .在显微镜下观察纯铝试样抛光表面经拉伸后的滑移带。iii 测定工业纯铝的形变度与再结晶后的晶粒度的关系曲线。实验步骤：1、 每人取一个铝片（尺寸 150x 10X 1mm）,用铅笔在铝片上做出标记，如图4所示。 并用字头打上编号，编号按表1所示。之后将铝片装在拉伸机上分别进行拉伸一定的变形量。2、 将形变后的试样，一起装入500C的炉中加热进行退火，保温30分钟后空冷至室温。3、退火后的试样用王水腐蚀，腐蚀时间以晶粒度清晰可见为准，然后用清水冲洗并迅 速干燥。4、 测出晶粒度。测出单位面积内晶粒的数量（先测出10mm2内的晶粒数，测量三次取 其平均值），并算出晶粒的平均面积填入下表中。5、用全组数据绘出形变度与再结晶后的晶