金属的塑性变形与再结晶详解.ppt

金属的塑性变形与再结晶 一、实验目的 1． 了解冷加工对金属显微组织和性能的影响。 2．了解冷变形度对金属再结晶后晶粒大小的影响。 二、实验概述 （一）金属塑性变形后的组织变化 金属的重要特性之一就是具有塑性。当金属受的外力（切应力）超过其屈服点时，除继续发生弹性变形外，同时还发生永久变形，又称塑性变形。 它主要通过滑移和孪生方式进行。塑性变形的结果不仅使金属的外形、尺寸改变，而且使金属内部的组织和性能也发生变化。 1．滑移带 滑移是金属塑性变形的基本方式。晶体滑移时沿滑移面、滑移方向产生相对滑动，在自由表面处产生台阶，大量滑移台阶的积累就构成了宏观塑性变形。通过光学显微镜观察已变形的抛光试样，就能见到许多平行线条，即为滑移带。 2．孪晶 孪生通常是晶体难以滑移时而进行的另一种塑性变形方式。不易产生滑移的金属，如六方晶系镉、镁、铍、锌等。孪生变形就是晶体的一部分沿一定晶面和晶向进行剪切变形，从而使已变形部分与未变形部分的原子排列构成镜面对称，此称孪晶。由于晶体两部分位向不同，受浸蚀程度有异，对光的反射能力也明显不同，故在显微镜下能看到形变孪晶。 3．纤维组织 金属在变形前内部组织为等轴晶粒，随着变形量的增加，晶粒逐渐沿变形方向伸长，并最后被显著地拉成纤维状。这种组织称之冷加工纤维组织。 （二）塑性变形后的回复与再结晶 金属经冷塑性变形后，在热力学上处于不稳定状态，必有力求恢复到稳定状态的趋势。 但在室温下，由于原子的动能不足，恢复过程不易进行，加热会提高原子的活动能力，也就促进了这一恢复过程的进行。 加热温度由低到高，其变化过程大致分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段，当然这三个阶段并非截然分开。 变形后的金属在较低温度加热时，金属内部的应力部分消除，歪曲的晶格恢复正常，但显微组织没有变化，原来拉长的晶粒仍然是伸长的。这个过程是靠原子在一个晶粒范围内的移动来实现的，称为回复。 变形后金属加热到再结晶温度以上时，发生再结晶过程，显微组织发生显著变化。再结晶使金属中被拉长的晶粒消失，生成新的无内应力的等轴晶粒，机械性能完全恢复。 （三）再结晶后晶粒大小与变形量的关系 冷变形金属再结晶后晶粒大小除与加热温度、保温时间有关外，还与金属的预先变形量有关。 当变形度很小时，金属不发生再结晶。这是由于晶内储存的畸变能很小，不足以进行再结晶而保持原来状态，当达到某一变形度时，再结晶后的晶粒特别粗大，该变形度称之临界变形度。 一般金属的临界变形度在2％～10％范围内。此后，随着变形度的增加，再结晶后的晶粒度逐渐变细。 晶粒大小 临界变形度 预先变形程度 预先变形程度对晶粒度的影响 三、实验方法 1．实验材料及设备 （1）金相显微镜； （2）低碳钢不同变形量及再结晶状态金相样品一套； 编号 材料 处理状态 组织 1 低碳钢 压缩45% 伸长的晶粒 2 低碳钢 压缩58% 伸长的晶粒 3 低碳钢 压缩45%，550℃退火半小时 部分等轴晶 4 低碳钢 压缩58%，550℃退火半小时 部分等轴晶 5 低碳钢 压缩45%，650℃退火半小时 完全再结晶 6 低碳钢 压缩58%，650℃退火半小时 完全再结晶 7 低碳钢 压缩45%，700℃退火半小时 完全再结晶，晶粒长大 8 低碳钢 压缩58%，700℃退火半小时 完全再结晶，晶粒长大 2．实验步骤 （1）每个同学轮流对每个试样进行观察； （2）将所观察到的金相组织用示意图画出。 五、实验报告要求 （1）实验目的、原理 （2）画出各种材料的显微组织示意图； （3）实验结果讨论： a. 在显微镜下为什么能看到滑移带？ b. 滑移带与孪晶有何区别? c. 对比分析不同变形量，不同退火温度对晶粒大小的影响。