低碳钢的塑性变形与再结晶

1、实 验 报 告姓名：邱增城学号：5110519104实验日期：2013/12/16实验成绩：序号：A56同组姓名：、批阅日期：塑性变形与再结晶金相显微组织分析一、实验目的（一）掌握一般金相显微样品的过程和显微组织观察的基本方法；（二）观察不同条件下冷变形显微组织；（三）总结不同再结晶退艺参数对再结晶组织的影响；二、实验原理（一）塑性变形后金属材料的显微组织变化1、滑移带：由于晶体的塑性变形使试样抛光表面产生高低不一的台阶，在高倍下观察可知它是由更细的滑移线的组成。2、孪生：指一个发生在晶体内部的均匀切边过程，均匀切边区中的晶体点阵类型不发生变化，而晶体取向却变为与切变区和未切变区晶体呈镜面对称

2、的取向。3、晶粒形貌变化：变形度的增加，等轴晶将逐渐沿变形方向伸长。变形量很大时，晶粒变得模糊不清，形成状组织，状组织是由晶界和滑移线组成的。的分布方向即是材料流变伸展的方向。4、亚结构的变化：经严重冷变形后，位错密度急剧增加。对于层错能较高的金属或合金，容易发生交滑移，形成胞状亚结构，对于层错能较低的金属，容易形成位错积（二）塑性变形后金属宏观性能的变化。1、冷变形后，强度（硬度）显著提高，而塑性下降很快，产生了硬化现象，主要是位错密度升高所致；2、变形后，材料电阻率升高，磁导率、热导率下降；3、变形焓升高，化学活性增大，腐蚀速率加快；（三）材料的回复1、回复的定义：是指冷变形金属在退火时发

3、生组织性能变化的早期阶段，具体对应新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。2、回复机制：（1）低温回复：点缺陷发生迁移，密度明显下降；（2）中温回复：位错滑移并重新分布；（3）高温回复：位错可产生攀移，发生重新分布，并可产生多变化结构；3、回复性能变化（1） 电阻率明显下降；（2） 内应力降低；（3）强度和硬度下降不多；（四）材料的再结晶1、再结晶的定义：冷变形后的金属加热到一定程度后，在原变形组织中重新产生无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的情况，此过程称为再结晶。2、再结晶的驱动力：驱动力来自应变畸变能的下降。3、影响在结晶的因素：（1）变形度：变形度越大

4、，储能增加，再结晶驱动力越大，再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速度越快，但当变形量大到一定程度后，再结晶温度基本稳定。在给定温度下，发生再结晶需要一个最小变形量（临界变形度），低于此变形度，不再发生再结晶。同时，变形度越大，得到的再结晶晶粒越细。（2）退火温度：提高退火温度可使再结晶速度显著加快，临界变形度数值变小，若再结晶过程已完成，随后还有一个晶粒长大阶段。很明显，温度越高，晶粒越粗。（五）晶粒生长1、晶粒生长的定义：晶粒生长是指再结晶之后的晶粒继续长大，驱动力来自总界面能的下降。2、正常晶粒长大规律：在恒温下，平均晶粒直径与保温时间的平方呈正比。三、实验内容（一）金相样品的1、取样

5、与镶嵌显微试样的选取应根据研究目的，取其具有代表性的部位。例如，在检验和分析失效零件的损坏时，除了在损坏部位取样外，还需要在距破坏较远的部位截取试样，以便比较；在研究金属铸件组织时，由于存在偏析现象，必须从表层到中心同时取样进行观察；对轧制和锻造材料，则应同时截取横向（垂直于轧制方向）及纵向（平行于轧制方向）的金相试样，以便于分析比较表层缺陷及非金属夹杂物的分布情况；对于一般热处理后的零件，由于金相组织比较均匀，试样的截取可在任一截面进行。试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割，硬而脆的材料（如白口铸铁）则可用锤击取下，对极硬的材料（如淬火钢），则可采用砂轮片切割或电火

6、花线切割。对形状特殊或常用的镶嵌材料有细小不易握持的试样，或为了试样不发生倒角，可对试样进行镶嵌。、低熔点合金等。2、磨制试样的磨制一般分为粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。试样截取后，将试样的磨面用砂轮或锉刀制成平面，同时尖角倒圆。在砂轮上磨制时，应握紧试样，不宜过大，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。经粗磨后试样表面虽较平整，但仍存在有较深的磨痕。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，并为进一步的抛光做好准备。将粗磨好的试样用水冲洗并擦干后，随即依次用由粗到细的各号金相砂纸将磨面磨光。磨制时砂纸应平铺于厚板上，左手按住砂纸，右手握住试样，使磨

7、面朝下并与砂纸接触，在轻微作用下向前推行磨制，用力要均匀，平稳，否则会使磨痕过深，而且造成磨面的变形。注意试样退回时不能与砂纸接触，以保证磨面平整。这样“单程单向”地反复进行，直至磨面上旧的磨痕被去掉，新的磨痕均匀一致时为止。在调换下一号更细砂纸时，试样上磨屑和砂粒清除干净，并转动90º，即与上一道磨痕方向垂直。3、抛光抛光的目的在于去除细磨时磨面上遗留下来的细微磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。常用的抛光方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光三种，本实验采用机械抛光。机械抛光是在的抛光机上进行。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液。抛光液通常采用 Al2O3、

8、MgO 或 Cr2O3 等细粉末（粒度约为 0.55µm）在水中的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉对磨面的机械作用来消除磨痕而使其成为光滑的镜面。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断做径向往复运动，同时，试样自身略加旋转，以便试样各部分抛光程度一致。抛光后的试样应用清水冲洗干净，然后用4、浸蚀冲去残留水滴，再用吹风机吹干。抛光后的试样磨面是一光滑镜面，若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，必须经过适当的浸蚀，才能使显微组织正确地。目前，最常用的浸蚀方法是化学浸蚀法。本实验采用的浸蚀剂为硝酸。将抛光好的试样磨面在化学浸蚀剂中浸蚀一定时间，在浸蚀后就形成

9、了凹凸不平的表面，在显微镜下，由于光线在各处的反射情况不同，就能观察到金属的组织特征。浸蚀时，试样磨面向上浸入一盛有浸蚀剂的容器内，待浸蚀适度后取出试样，迅速用水冲洗，接着用冲洗，最后用吹风机吹干，其表面需严格保持清洁。浸蚀时间要适当，一般试样磨面发暗时就可停止，其时间取决于金属的性质、浸蚀剂的浓度以及显微镜下观察时的放大倍数。（二）金相样品的观察在金相显微镜下观察所试样的显微组织特征，分别拍摄放大倍数为 100、500 倍的并保存。500 倍不清晰是可使用景深叠加。四、实验结果讨论（一）退火处理图 1退火的不同变形度的 OM 组织对比（500X）(a) 60%变形(b) 80%变形可以看到，

10、晶粒沿变形方向伸长，变形量为 80%时，由于变形量很大，晶粒变得模糊不清，形成的方向。组织，状组织是由晶界和滑移线组成。的分布方向即是材料流变伸展（二）变形度和退火时间相同，退火温度不同图 2 变形量为 60%，时间为 0.5h，退火温度不同的 OM 组织对比（500X）(a) 500(b) 600(a) 450(b) 500(c) 600(d) 800图 3 变形量为 80%，时间为 0.5h，退火温度不同的 OM 组织对比（500X）： (c)11m(d)14m晶粒由上面两图可以看出当变形程度和退火保温时间一定时，退火温度越高，再结晶晶粒越大。（火温度和退火时间相同，变形度不同(a) 60

11、%变形(b) 80%变形图 4 退火温度为 500，时间为 0.5h，变形度不同的 OM 组织对比（500X）(a) 60%变形(b) 80%变形图 5 退火温度为 600，时间为 0.5h，不同变形度的 OM 组织对比（500X） 晶粒： (a)16m(b)11m(a) 60%变形(b) 80%变形图 6 退火温度为 800，时间为 1h，不同变形度的 OM 组织对比（500X） 晶粒： (a)21m(b)19m分别比较图 4-图 6 的(a) 和 (b) 发现，当退火温度和退火时间相同时，变形度越大，晶粒越细小。（四）变形度和退火温度相同，退火时间不同(a) 0.25h(b) 1h图 7

12、变形量为 60%，退火温度为 800，不同退火时间的 OM 组织对比（500X）： (a)19m(b)21m晶粒(a) 0.5h(b) 1h图 8 变形量为 80%，退火温度为 800，不同退火时间的 OM 组织对比（500X）： (a)14m(b)19m晶粒比较图 7 (a) 和 (b) 或图 8 (a) 和 (b) 可得，当变形度和退火温度相同时，退火的时间越长，晶粒越大。结论：综上，我们得到以下结论：（1） 经再结晶后形成的晶粒，通常为等轴晶。（2） 退火时间为 0.5h 的情况下，60%变形量和 80%变形量的低碳钢再结晶温度都在500到 600。（3） 变形度越大（在超过临界变形度的情况下），再结晶后晶粒越大。（4）退火温度对刚完成再结晶时晶粒的影响比较弱，但对晶粒长大过程有影响，温度越高，晶界迁移速率越快，最终形成的晶粒越大。（5）退火时间越长，晶粒长大越充分，晶粒越大。五、实验感想通过本次实验，我们掌握了镶嵌型金相显微试样的磨制工序，并熟练使用金相显微镜进行不同放大倍数的拍照。通过收集到的金