金相实验报告2

实验序号：1实验项目名称：金属的塑性变形与再结晶一、实验目的及要求1.研究塑形变形对金属组织和金属机械性能的影响。2.了解金属经过冷塑形变形后显微组织及机械性能的变化。3.观察和研究变形度与与加热温度对冷塑形变形金属组织和机械性能的影响。二、实验设备（环境）及要求器材：加热炉、金相显微镜、抛光机、镶嵌机、HBE-3000A电子布氏硬度计（读数显微镜）、万能拉伸实验机、砂纸（400、600、800、1000、1200号各一张）、小钢锯、夹持台。试验用品：氯化铁粉末、浓盐酸、蒸馏水。三、实验内容与步骤1.实验材料本实验使用材料为紫铜，先将紫铜板条状试片，拉伸前是铜片有一定变形，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画好标距（如图），然后将试样安放到拉伸机上，调整好进行拉伸，当标距被拉长到需要的长度时即停止拉伸，变形严重不均者报废。75mm拉伸变形度按下式进行计算：δ=[(L-L0)/L0]×100%式中：δ为变形度，以%表示；L0为拉伸前镖局长度（mm）；L为拉伸后标距长度（mm）。本实验所用变形度及试样编号由各组学生按讨论的实验方案确定，应注意不要使试样片受的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试样编号012345实验人座号112345设计变形度未变形拉断变形后试样长度（mm）实际变形量（%）变形前晶粒度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两半，一般用于观察冷变形组织，另一半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，取出试样后变冷。5.金相试样制作金相试样制作过程中应做好标记，注意按观察所需要的平面制作试样。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，待晶粒显出后即停止侵蚀，用水冲洗干净，点酒精灯吹干。要求得到晶界明显、清晰的晶粒组织照片，为合格。冷变形和再结晶退火60分钟试样。各注意保存5个视场。7.硬度测试测试紫铜片不同变形量试样的硬度，硬度实验记录表：试样数据数据数据数据平均硬度值冷变形试样保温min保温min保温min再结晶温度：变形量：变形前硬度：绘制变形量与硬度关系曲线、硬度与再结晶退火温度关系曲线。8.晶粒度测量测量晶粒度，并绘制晶粒度与退火温度关系图。晶粒度测量记录表：序号图像编号截线长（）截点数平均截距晶粒度12345平均晶粒度：9综合每个小组的实验数据绘出退火温度与晶粒度的关系图（即再结晶全图）、变形量与晶粒度关系曲线；晶粒度与退火温度、变形量关系图10.研究与退火温度和时间的关系11.研究再结晶动力学（1）再结晶速度与温度的关系（Avrami公式）：f=1-exp(-Kt∧n)K＝Aexp(-QR/RT)（2）规律有孕育期；温度越高，变形量越大孕育期越短；在体积分数为0.5时速率最大，然后减慢。四、实验结果与数据处理拉伸速率：10mm/min拉伸前试样长度：75mm拉伸后试样长度：99mm形变量：24mm形变率：32%硬度实验记录表：试样直径1/mm直径2/mm直径3/mm平均直径/mm平均硬度值冷变形试样0.87000.87500.88000.8750101HBW保温40min1.21001.23001.22001.220050.1HBW保温50min1.21501.15001.23501.200051.9HBW保温60min1.16501.23501.31001.236748.7HBW再结晶温度：500℃变形量：32%变形前硬度：由实验数据和图表可以看出，紫铜试样在变形后，经过再结晶，随着保温时间的升高，紫铜的硬度下降，加工硬化逐渐消除，硬度趋于一定值。这说明再结晶可消除在变形过程中加工硬化的作用，使工件恢复以前的性能。1234晶粒度测量记录表：序号图像编号截线长(μm)截点数平均截距(mm)晶粒度1500-00-400-125085.50.0029213.552500-00-400-2250660.0037912.803500-00-400-325066.50.0037612.824500-00-400-4250670.0037312.85平均晶粒度：13.0051234晶粒度测量记录表：序号图像编号截线长(μm)截点数平均截距(mm)晶粒度1500-40-400-125043.50.0057511.602500-40-400-2250450.0055611.693500-40-400-3250480.0052111.884500-40-400-4250460.0054311.76平均晶粒度：11.73251234晶粒度测量记录表：序号图像编号截线长(μm)截点数平均截距(mm)晶粒度1500-50-400-1250450.0055611.692500-50-400-2250320.0078110.713500-50-400-3250390.0064111.284500-50-400-4250380.0065811.21平均晶粒度：11.22251234晶粒度测量记录表：序号图像编号截线长(μm)截点数平均截距(mm)晶粒度1500-60-400-1250480.0052111.882500-60-400-2250390.0064111.283500-60-400-325032.50.0076910.784500-60-400-425027.50.0090910.28平均晶粒度：11.055由实验数据和图表可以看出，随着再结晶时间的加长，晶粒度级别数逐渐递减，说明晶粒在不断长大，且由斜率可看出，晶粒长大速率接近一定值。五、分析与讨论金属经过冷塑形变形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大小，而晶粒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？金属和合金经塑性变形后，不仅内部组织结够与各项性能均发生相应的变化，而且由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，以及畸变能的升高，将使其处于热力学不稳定的高自由能状态。因此，经塑性变形的材料具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势。因而，冷变形金属在加热时会发生回复、再结晶及晶粒长大等过程。金属晶体结构上的缺陷急剧增多使材料产生加工硬化，经再结晶退火后，晶体结构中的空位、位错等缺陷将大量减少，从而消除加工硬化。再结晶后，金属晶粒越细小，其强度一般越高，即发生了细晶强化。当变形程度很小时，因变形而产生的储存能不足以驱动再结晶，晶粒大小无变化。当变形程度增大到一定数值后，此时的畸变能足以引起再结晶，但由于变形度不大，N/G比值很小，会得到特别粗大的晶粒。当变形量大于临界变形量后，驱动形核与长大的储存能不断增大，而且形核率增大较快，使N/G变大，因此，再结晶后晶粒细化，且变形度越大，晶粒越细化。退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响比较弱，但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。退火温度越高，晶粒越粗大。变形对再结晶后晶粒长大影响特别显著。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？分析原因。当变形程度很小时，因变形而产生的储存能不足以驱动再结晶，晶粒大小无变化。当变形程度增大到一定数值后，此时的畸变能足以引起再结晶，但由于变形度不大，N/G比值很小，会得到特别粗大的晶粒。当变形量大于临界变形量后，驱动形核与长大的储存能不断增大，而且形核率增大较快，使N/G变大，因此，再结晶后晶粒细化，且变形度越大，晶粒越细化。当变形量达到80%后