塑性变形和再结晶的显微组织分析

1、实验七塑性变形与再结晶的显微组织分析一. 实验目的1）研究金属冷变形后，变形度对显微组织的影响2） 了解在冷变形后进行再结晶退火的显微组织变化情况，重点了解不同变形对退火后 晶粒大小的影响情况，以及再结晶温度对再结晶后晶粒大小的影响二. 原理概述金属变形可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个基本过程。当应力增加到超过弹性极限时，金属就要产生塑性变形，外力去掉后，这部分变形仍然保留着，此种变形过程称为塑性 变形。塑性变形能提高金属和合金的强度与硬度，而塑性、韧性则下降，即产生加工硬化现象。冷塑性变形后，不但性能发生变化，金属和合金的组织也发生变化。如晶粒形状的改变；出现滑移带、孪生带；晶内出现亚结构

2、；塑性变形量很大时，将产生变形织构。在塑性变形过程中形成的变形织构经再结晶退火后，在金属中保留或新发展起来的织构称为再结晶织构或退火织构。面心立方晶格的金属或合金，在塑性变形过程中， 不容易形成孪晶。但在再结晶退火后， 在面心立方晶格的金属中经常出现孪晶，这种孪晶叫再结晶孪晶或退火孪晶。金属产生织构以后，不能在显微镜下直接观察到。三. 影响金属显微组织的因素3.1冷变形对金属显微组织的影响金属发生塑性变形时，随着变形程度的增加，晶粒逐渐沿受力方向伸长，并且晶粒内部 产生许多亚晶粒。3.2变形程度对再结晶后晶粒大小的影响变形程度是影响再结晶退火后晶粒大小的最重要因素。在其它条件相同的情况，变形量

3、越大，则晶粒越细。变形程度与晶粒度的关系如图7-1所示。变形程度对再结晶后晶粒大小的影响图7-1变形程度对再结晶后晶粒大小的影响S k称为临界变形程度。不同金属的临界变形程度不同，一般都在210%之间。铁为210%，钢为510%，铜及黄铜约为 5%当变形量在临界变形量附近时，晶粒之所以变粗是由于变形量小时，变形不均匀并分布在个别区域， 只有极少数区域有条件产生核心。因此，这些个别核心就可以进行异常的长大，最后长为粗晶粒。变形量增加时，形成核心的微小区域增加，这时每个核心都需要长大，在相互制 约的情况下，结果得到细晶粒。但当变形量太大时，在曲线上又出现第二个高峰，即晶粒反而又变粗，一般认为 这是

4、由于变形织构造成的。3.3退火温度和保温时间对再结晶后晶粒大小的影响退火加热温度越高，保温时间越长，晶粒越粗大。但加热温度越高，其影响越为明显， 随着加热温度的升高，晶粒几乎成直线长大。3.4晶粒大小的影响原始晶粒越细，则晶界越多，形成核心的有利地方也越多。因此，再结晶后得到的晶粒也越细，反之则越粗。下面举例说明各因素对金属显微组织的影响情况。例1:10号低碳钢在不同冷变形度变形后的组织如图7-2所示。这一套样品为退火后冷轧,经4%的硝酸洒精溶液侵蚀，在1000倍的显微镜下可看到显微组织为白色铁素体+黑色珠光*图7-2a 10#钢经£ =10%变形后的组织组织说明：白色基体为铁素体，

5、晶界上分布着黑色片状珠光体。晶粒形状基本上没发图7-2b 10#钢经£ =30%变形后的组织组织说明：随着变形量的增加，白色铁素体生变化，仍为等轴状晶沿着加工方向开始被拉长，处于晶 界处的珠光体也随之被拉长。图7-2c 10#钢经£ =50%变形后的组织组织说明：铁素体晶粒沿轧制方向变形，呈长条状分布。分布于晶界上的珠 光体也被拉成趋向于加工方向的 长条状。图7-2d10#钢经£ =70%变形后的组织组织说明：随着变形量增加，铁素体和珠光体被拉长，变形更剧烈，大 部分晶粒转向冷轧方向，部分 铁素体已破碎。图7-2e10#钢经£ =90%变形后的组织组织说

6、明：晶粒被剧烈撕碎。由于珠光体比铁素体硬，其碎裂程度更大，形成了纤维状组织。例2： LF5铝合金(M态)于不同冷变形度变形后的组织如图7-3所示。铝合金退火后冷轧，组织说明：晶粒变形量不大，基本上保持加工前组织说明：变形量增加，晶粒开始沿着加工方形状。已有少量3 (Mg 2AI 3)质点从a向转变，析出部分3相以100倍的放大倍数、在电解抛光阳极复膜偏振光下观察，可看到组织为a (Al )+ 3 (Mg 2AI 3)0图7-3c LF5（M 态）的显微组织组织说明：晶粒严重变形，绝大部分沿着加工方向被拉伸成纤维状，有更多 的3相从a相析岀。图7-3d LF5（M 态）的显微组织组织说明：所有晶

7、粒转向加工方向，形成了纤维状组织。例3:纯铝经不同冷变形度变形，然后进行退火的宏观组织（混合酸腐蚀）如图7-4所示。试样处理条件为，退火温度为580C，退火一小时。图 7-4a £ =1%图 7-4b £ =3%誓in *kr 7>_ At. r n>,L1图 7-4c £ =4.5%图 7-4d £ =6%图 7-4e £ =6.5%图 7-4f £ =8.0%图 7-4h £ =11.0%从以上的宏观组织图可看出：材料经不同的变形程度变形后，进行再结晶退火。再结 晶后晶粒尺寸不相同。变形程度越大的，再结晶晶粒

8、越大，变形程度越小，结晶晶粒越小。四. 实验部分4.1实验用设备和材料1. 实验用设备：拉伸试验机，中温退火炉，金相显微镜2. 实验用材料(1) 不同变形度冷变形后，再经同一退火温度退火的H62黄铜样品一套(2) 不同变形度变形后，再经同一退火温度退火的纯铝样品一套(3) 浸蚀剂4.2实验内容与步骤1实验内容(1) 对若干条退火态纯铝板材进行不同程度的拉伸变形，然后在同一退火温度下退火一小时，出炉气冷后，用混合酸水溶液腐蚀，肉眼观察各个样品的晶粒大小。(2) 观察一组经不同冷变形度变形的H62黄铜试样的显微组织，记录下冷变形量，并画 相应的冷变形组织。2.实验步骤实验一：(1) 纯铝拉伸变形及

9、退火。学生分为若干组，约6-7人一组，每人一片纯铝板材试样。在每一组学生中，各人的 Al板拉伸变形量不同，分别为 1%、2%、3%、5%、8%、 10%、18%。拉伸后，于退火炉中退火，退火温度为第一组500C，第二组580 C,第三组640C，时间均为一小时。(2) 观察退火后各样品晶粒尺寸，根据不同退火温度、 不同变形程度、不同晶粒度画出再结晶全图。实验二：(1) 在金相显微镜下观察冷变形量(£)分别为10%、19%、39%、56%、69%、79%的 H62 黄铜的显微组织，画出显微组织示意图，并总结冷变形量对显微组织的影 响规律。(2) 在金相显微镜下观察上述冷变形试样分别经400C、500C、600C退