金属的塑性变形与再结晶

1、材料科学与工程学院综合实验报告书实 验 名 称：金属的塑性变形与再结晶年级专业及班级：13金属材料姓 名：学 号：指 导 教 师：评 定 成 绩：教 师 评 语：杨 指导老师签名： 2015 年 07 月 10 日一、 实验时间、地点和小组成员实验时间实验地点小组成员分工情况小学期第一周实验楼9-313 二、 实验目的及要求目的：1. 研究塑性变形对金属组织和金属机械性能的影响。2. 了解金属经过冷塑性变形后显微微观组织及机械性能的变化。3. 观察和研究变形度与加热温度对冷塑性变形金属组织和机械性能的影响。要求：能根据要求查阅资料，设计实验方案，正确分析实验结果。通过实验培养学生分析和解决问题

2、的能力以及创新精神三、 实验内容1. 实验材料本实验使用材料为紫铜，现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片所受的冷加工效应，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上划好标距（750mm）然后将试样安放到拉伸机上，调整好后进行拉伸，到标距被拉到所需要长度时停止拉伸，变形严重不均匀者报废。 试样编号1234试样人坐号5678设计变形度25%50%75%拉断变形后试样长度（mm）79.2885.391.88117.8实际变形量（%）5.7%13.7%22.5%57%变形前晶粒度

3、变形后晶粒度再结晶晶粒度3. 试样的切割将拉伸试样从中间切割成四小块，一块用于观察冷变形组织，另三块用于观察再结晶退火组织。试样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，保温到制定时间，取出试样后空冷。5. 金相试样制作 金相试样制作过程应做好标记，注意按观察所需的平面制作试样。镶相、磨样、抛光。要求制作试样表面达到镜面光滑，在显微镜下观察无刮痕。6. 酸浸蚀 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，带晶粒显出后停止侵蚀，用水冲洗干

4、净点酒精吹干。 要求得到晶界明显，清晰的晶粒组织照片，为合格。四、实验数据处理与分析 未热处理的100倍试样 未热处理100倍试样 未热处理的400倍试样 未热处理的400倍试样 450度保温时间40分钟100倍样 450度保温40分钟100倍试样 450度保温时间40分钟400倍样 450度保温时间40分钟400倍试样 450度保温时间50分钟100倍 450度保温时间50分钟100倍 450度保温时间50分钟400试样 450度保温时间50分钟400倍 450度保温时间60分钟100倍 450度保温时间60分钟100倍 450度保温时间60分钟400倍 450度保温时间60分钟400倍思考

5、题：（1） 金属经过冷塑性变形以后其金相组织处于不稳定状态，因而在随后的加热升温过程中，会出现回复，再结晶及晶粒长大三个过程。再结晶退火后金属发生软化，即加工硬化被消除。再结晶后金属的机械性能取决于晶粒的大小，而晶粒的大小则受预先冷变形度和再结晶温度的控制。对于这样的结果，分析为什么？答：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，脆性大的则被压成更细的颗粒。而温度越高，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

6、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（铝大约3%），当超过临界变形度时，金属的变形度越大，再结晶的晶粒越小，而超过80%变形度后晶粒又变大，为什么会这样？分析原因。答: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/N)1/4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

7、减小（G/N）变大，晶粒又变大。（3）当变形度一定时，加热温度越高，再结晶进行的越快，再结晶后形成的新晶粒也越大，分析什么原因？是否总是这样？ 答：加热温度越高，扩散越快，晶界迁移速率越大，G越大，新晶粒越大硬度测试 450度25%拉伸热处理布氏硬度处理时间未处理40分钟50分钟60分钟直径/mm1.01751.1851.251.29布氏硬度73.553.347.544.4450度小组硬度综合表试样25%50%75%100%平均硬度值冷变形试样73.574.376.376.375.1保温40 min53.349.246.955.351.175保温50 min47.544.044.244.445

8、.025保温60 min44.440.744.041.942.75再结晶温度：450 变形量：5.7 % 变形前硬度：450度小组硬度综合图序号图像编号截线长（um）截点数平均截距晶粒度1热处理0100*11690.01598.6542热处理40100*10610.016398.5743热处理50100*10570.01758.3784热处理60100*10510.02138.060拉伸25%晶粒度测量 450度小组晶粒度综合表试样25%50%75%100%平均晶粒度值冷变形试样8.6547.0529.407.8828.245保温40 min8.57367.6969.359.1318.732保

9、温50 min8.37787.7598.838.0578.260保温60 min8.05697.9998.817.9428.202小组平均晶粒度值实验数据分析与讨论 通过以上数据对比，应得出以下结论： （1）在产生相同的塑性变形量时，热处理保温时间对硬度有影响，即保温时间越长，其强度值越小； （2）退火温度不变时，随着变形量的增大晶粒度会表现出先增大再减小的趋势； （3）当变形量保持一致时，热处理时间对晶粒度有影响，热处理时间越长，晶粒度越小。 材料综合实验感想本次实验最重要也是最耗时的步骤就是磨制和抛光阶段，几乎快占了实验的一半时间。精磨是抛出镜面的前提，在制备样品的细磨阶段，要掌握好力的方向和力度，磨起来很快，而且不需要用到很大的力，在同一号砂纸上的时候，每一下都用同样大小的力，另外，不需要磨很久，刚好把前一道工序的磨痕磨掉就可以，否则磨痕变深了，下一道工序就很难将其磨掉。至于抛光，则需要有更多的耐心，有时为了抛出镜面连续水磨一个小时以上也很正常。水磨时，并不要对试样有太大的压力，否则，试样容易被甩出。水磨抛光的方向要垂直于之前试样的划痕的方向，便于将之前的划痕抛掉，只要坚持较长的时间，慢慢就会磨出镜面