金属的塑性变形与再结晶 - 图文-

1、 材料科学与工程学院材料科学综合实验报告专业班级:11材料成型成型及控制工程2班姓名:学号:1132012203指导教师:施钢、杨勇评定成绩:教师评语:指导老师签名:2013 年 07 月26日金属的塑性变形与再结晶引言: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。材料在力的作用下要变形,掌握材料的变形规律,特别是塑形变形的机理,探讨材料塑形变形后的组织和性能变化,以及研究材料在重新加热

2、后的回复和在结晶过程中的组织、结构和性能变化,具有十分重要的理论价值和实际的应用意义。在“金属的塑形变形与再结晶”实验过程中,我们可以进一步的了解塑形变形后和再结晶对金属物理性能的影响,实验中我们主要观察的是材料的硬度变化。一、实验内容及条件1、实验材料本实验使用材料为紫铜,先将紫铜板切成条状试片,拉伸前的铜片有一定变形,为消除在剪切过程中铜牌所受的冷加工效应,避免影响随后得到的变形度,必须预先将紫铜片进行退火(500摄氏度保温60分钟,使试片处于软化状态。2、加工变形首先在退火软化的紫铜片(长150mm,宽20mm,高3mm上划好标距(在中间取100mm,然后将试样安放在拉伸机(万能拉伸材料

3、实验仪上,调整好后进行拉伸,当标距拉长到需要的长度时即停止拉伸,变形严重不均匀这报废。应注意不要使式样片受到任何冲击和不应有的变形,以保证实验结果的准确。变形量与晶粒数关系表式样编号 1 2 3 4 5实验人座号01、02 03、05 07、08 09、10 11、60设计变形度10% 20% 30% 40% 拉断变形后式样长度(mm112.3 124.08 136.08 148.2 168实际变形量(%12.3 24.08 36.08 48.2 68再结晶晶粒度7.5 7.61 7.63 6.73 7.263、试样的切割将拉伸试样从中间切割成四半,一半用于观察变冷变形组织,另三半用于观察再结

4、晶退火组织。切割过程应缓慢进行,并加水冷却,避免切割引起的组织变化。4、再结晶退火各组将拉伸后的铜片按各组制定的退火温度进行退火,加热时要等炉温升到规定的温度再放试样,保温到指定时间,取出试样后空冷。5、金相试样制作镶相、磨样、抛光。要求制作的试样表面达到镜面光滑,在显微镜下无刮痕。6、酸侵蚀浸蚀液配方: 5g氯化铁:25ml浓盐酸:100ml水。将退火完的紫铜片用腐蚀剂进行侵蚀,待晶粒显出后即停止侵蚀,用水冲洗干净,然后使用吹风机的冷风吹干. 7、硬度测试测试紫铜片不同保温时间下试样的硬度。硬度实验记录表试样 数据 数据 数据平均硬度值 冷变形试样 80.5 80.4 80.3 80.4 保

5、温20分钟 75.3 75.5 75.7 75.5 保温30分钟 73.5 73.2 73.8 73.5 保温60分钟 52.8 52.8 52.8 52.8 小组硬度值汇总(同是450再结晶温度 冷变形 10min 20min 30min40min50min60min10% 76.4 73.4 69.5 67.5 58.8 55.3 51.2 20% 80.4 78.4 75.5 73.5 68.8 56.6 52.8 30% 85.8 83 78.6 75.3 71.3 59.5 54.3 40% 90.2 86.3 81.2 78.6 73.6 62.3 57.5 拉断93.984.68

6、3.281.375.565.259.5变形量与硬度关系曲线 退火时间与硬度关系曲线退火时间与硬度关系曲线20406080100冷变形10min20min30min 40min50min60min退火时间硬度10%20%30%40%拉断变形量与硬度关系曲线2040608010010%20%30%40%拉断变形量硬度冷变形10min 20min 30min 40min 50min 60min退 火时 间变形量由折线图可得:1、变形量越大,硬度也就越大。其原因是:由于变形的结果,滑移带附近晶粒破碎,产生较严重的晶格歪扭,造成临界切应力提高,使继续变形发生困难,即产生了所谓加工硬化现象。随变形程度的增

7、加,金属的硬度增加,而塑性和韧性下降。2、随着再结晶退火时间增加,硬度下降。其原因是:再结晶是指无畸变的等轴新晶逐渐取代变形晶粒的过程。再结晶退火可以消除冷变形加工硬化的影响,且随着退火时间增加,金属的硬度下降,塑性和韧性下降上升,加工硬化消失,此即为再结晶软化。造成曲线呈现以上状态,可能是测量硬度时,硬度测试机本身存在误差,读的数据不够准确,也可能是测量硬度时,样片的面不够平整,造成硬度测量有误差。二、实验结果1、晶粒度测量序号图像编号截线长(m截点数平均截距(m晶粒度1 20% 0min 400x 3 750 32 23.44 7.542 20% 0min 400x 2 750 33.5

8、22.39 7.67平均晶粒度:7.611 20% 450c 20min 400x 1 750 31 24.19 7.452 20% 450c 20min 400x3 750 32 23.44 7.54平均晶粒度:7.501 20% 450c 30min 400x 3 750 29.5 25.42 7.312 20% 450c 30min 400x 4 750 33 22.73 7.63平均晶粒度:7.471 20% 450c 60min 400x2 750 28 26.79 7.162 20% 450c 60min 400x3 750 29 25.86 7.26平均晶粒度:7.21 2、金相

9、图1 2 3 4 5 6 7 8 3、再结晶温度与晶粒度的关系图、变形量与晶粒度关系曲线图表标题 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0（未变形） 10% 20% 30% 40% 55.3%(断） 坐标轴标题 坐标轴标题 450 475 500 525 550 理论上，退火温度越高，晶粒度越大；未超过临界变形量，晶粒越粗大，当 超过临界变形量，晶粒越细小。 10、硬度与再结晶温度及时间的关系 变形量30%试样退火温度与硬度关系图 100 90 80 70 硬度 HBS 60 50 40 30 20 10 0 450 475 500 525 550 温度（摄氏度） 未处理 10min 20m

10、in 30min 40min 50min 60min 加热温度越高，扩散越快，晶界迁移速率越大，G 越大，临界变形度也越小， 所以再结晶晶粒也越大，硬度越低。保温时间越长，晶粒就会长大，晶粒慢慢再 变得粗大，硬度值会稍微降低。我们所做的实验图示不明显，但是还是有下降的 趋势。造成实验结果这样，可能是保温的时候，计算保温时间时还没等它升到一 定温度再开始就计时，使得实际保温时间缩短，晶粒长大的时间缩短。 三、实验分析总结 1、塑性变形时，随着金属晶粒形状的改变和纤维化，晶界各种夹杂物和第 二相的形状及分布也将改变。 塑性好的将被拉成长条形，塑性差的在拉长时发生 断裂，成为沿金属纤维分布的索状物，

11、脆性大的则被压成更细的颗粒。而温度越 6 高，位错的攀移和亚晶界的移动，转动及聚合都变得容易。因此使形核率增加， 同时温度升高，晶界迁移率越大，长大速率也随着增大。 2、变形度对再结晶后晶粒长大的影响特别显著。金属存在一个能进行再结 晶的最小变形度，此时会得到过大的晶粒，该变形度被称为临界变形度，当超过 临界变形度时，金属的变形度越大，再结晶后的晶粒越小，而超过 80变形度 后晶粒又变大，为什么会这样呢！其原因是当变形量太小时不足以形核，在临界 形变量时，N 很小，G 较大，根据 d=(G/N1/4 形成粗大晶粒，而当变形量增大 时（G/N）降低。晶粒尺寸变小。超过一定变形量如 80%后再结晶温度将趋于某 一极限值，成为最低再结晶温度，再结晶温度越低，位错攀移和亚晶界的移动、 转动聚合都变得困难 N 变小，同时温度降低，晶界迁移率越小，G 也随之减小 G/N）变大，晶粒又变大。 四、综合实验体会及建议 通过这次实验，我学会了很多知识和技巧。磨平工件是件细致仔细的活，在 磨平工件表面的过程中，对我的耐心提出了很高的要求，因为一旦急于求成，就 有可能导致从头来过， 经过几