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材料科学基础 材料科学基础材料科学基础-I 实验指导书 编 者：李 慧 高振山 审 核：张静武 实验简介 材料科学基础实验是验证、巩固和补充课堂讲授的 理论知识的必要环节，通过材料科学基础实验，培养学 生初步具备金属材料组织观察与分析等实际工作的能力， 正确处理实验数据的能力，运用所学的理论解决实际问 题的能力，分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能 力。 本课程的实验内容：1 本课程的实验内容： 1、观察显微镜镜下滑移线 （滑移带）的特征； 2 （滑移带）的特征 ； 2、 了解冷变形对金属显微组织和 性能的影响； 3 性能的影响； 3、 了解变形度、再结晶退火温度、再结 晶退火保温时间对再结晶退火后晶粒大小的影响。4 晶退火保温时间对再结晶退火后晶粒大小的影响。 4、 了解摄影金相显微镜的基本组成； 5 了解摄影金相显微镜的基本组成； 5、初步掌握金相显 微数码摄影的基本操作； 6 微数码摄影的基本操作； 6、学会金相显微图像处理软 件的使用。 实验一 金属塑性变形与再结晶组织观察 一、实验目的 1. 观察显微镜镜下滑移线（滑移带）的特征； 2. 了解冷变形对金属显微组织和性能的影响； 3. 了解变形度、再结晶退火温度、再结晶退火保温时间对再结晶退火后 晶粒大小的影响。 二、实验原理 在外力作用下应力超过金属的弹性极限时金属所发生的永久变形 称为塑性变形。 1 滑移线及滑移带 滑移是指晶体相邻的两部分沿着某一晶面在某个晶向上彼此间作 相对的平行滑动。滑移后在滑移面两侧的晶体位向关系保持不变。将 抛光的试样变形，在试样表面会有若干组台阶出现，在光学金相显微 镜下可现察到如图1 镜下可现察到如图1所示的图像。图中那些相互平行或交叉的细线， 通常称为滑移线。 自从电子显微镜问世后，人们发现光学金相显微镜下的滑移线并 不是一条线，而是由一系列相互平行的更细的线组成的。因此，在金 属学中便把在普通金相显微镜下看到滑移线称为滑移带，而把组成滑 移带的那些更细的线称为滑移线。 2 变形度对金属组织和性能的影响 金属经塑性变形后，不但其外形发生改变，而且晶粒 形状也发生明显变化。随变形度增大，晶粒逐渐沿受力方 向伸长。经塑性变形后，由于晶粒破碎，点阵严重畸变， 位错密度增加，位错出现缠结和塞积，使金属塑性变形抗 力迅速增加，产生所谓加工硬化现象，金属的硬度、强度 增加，而塑性和韧性下降。随变形度增大，加工硬化现象 越显著。 再结晶完成后，若继续升高温度或延长保温时间，金 属的晶粒会长大。通过再结晶，因显微组织发生了彻底的 改变 ，位错密度也大大降低，故其强度和硬度显著降低， 而塑性和韧性重新提高，加工硬化得以消除。 3 冷变形金属在加热时组织和性能的变化 冷变形后金属在加热时会发生回复、再结晶、晶粒 长大过程。所谓回复即在加热温度较低时，在晶粒内所发 生的某些结构和性能的变化过程。金属中通过点缺陷运动， 使点缺陷密度降低，通过位错运动和位错攀移产生多边形 化等。在回复阶段原子活动能力较小，金属的显微组织没 有明显变化，仍为拉长的变形晶粒；金属的强度、硬度和 塑性等机械性能变化不大，而内应力、电阻和耐蚀性等性 能明显变化。当加热温度高于一定温度时，原子活动能力 增大，晶粒外形开始发生变化，从变形拉长的晶粒变成新 的无畸变的等轴晶粒，这一过程称为再结晶。 三、实验仪器 台式金相显微镜16台； 台式金相显微镜16台； 四、实验内容 见表1 见表1。 表1试验内容 试样编号 1 2 3 4 5 6 7 8 0 试样材料 Q235 Q235 Q235 Q235 Q235 Q235 Q235 Q235 Q235 50% 同上 同上 同上 同上 30% 70% 560℃，10min 560℃，20min 560℃，30min 600℃，30min 600℃，30min 600℃，30min 变形量(压缩) 0 再结晶退火 温度及时间 组织特征等轴晶粒(未变形)F+P 滑移线 变形晶粒F+P 极少量再结晶晶粒 部分再结晶晶粒 大量再结晶晶粒 再结晶晶粒再结晶晶粒 再结晶晶粒 图1，2号样滑移带 图2，1号样退火未变形组织，等轴状的铁素体加珠光体晶 粒。 图3，3号样变形组织，变形度（50%），晶粒已 号样变形组织，变形度（50%），晶粒已 显著变长。 图4，4号样变形50%，560℃退火，保温10min 号样变形50%，560℃退火，保温10min 的组织，极少量再结晶晶粒，多数为变形组织。 图5，5号样变形50%，560℃退火，保温 号样变形50%，560℃ 20min的组织，有部分再结晶晶粒形成； 20min的组织，有部分再结晶晶粒形成； 图6，6号样变形50%，560℃退火，保温30min的组织， 号样变形50%，560℃退火，保温30m