实验3. 金属冷变形及再结晶对组织和性能的影响
一、实验概述
金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。
(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。
金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。图6-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。
图6-1 工业纯铁冷塑性变形后组织(150X)
a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%
金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。此外，在金属内部还产生残余应力。一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。
(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化
金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。
1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。
2．再结晶当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过形核与长大方式进行再结晶，图6-2反映了冷塑性变形工业纯铁的再结晶过程的显微组织。冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。
图6-2 工业纯铁再结晶过程的显微组织(150X)
a)550℃再结晶 b)600℃再结晶 c) 850℃再结晶
金属的再结晶过程是在一定温度范围内进行的。通常把变形程度在70%以上的冷变形金属经1h 加热能完全再结晶的最低温度，定为再结晶渡。实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。金属的再结晶温度(T 再)与其熔点(T 熔)间的关系，大致可用下式表示：
T 再=0.4 T 熔
式中各温度值，应为绝对温度。
3．晶粒长大 冷变形金属再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。但继续升高加热温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又会逐渐长大，使晶粒粗化。
(三) 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响
冷变形金属再结晶后晶粒度除与加热温
度、保温时间有关外，还与金属的预先变形
程度有关。图6-3表示金属再结晶后的晶粒
度与其预先变形程度间的关系。由图可见，
当变形程度很小时，金属不发生再结晶，因
而晶粒大小不变。当达到某一变形程度后，
金属开始发生再结晶，而且再结晶后获得异
常粗大的晶粒。随着变形程度的增加，由于各晶粒变形愈趋均匀，再结晶时形核率愈大，
因而使再结晶后的晶粒逐渐变细。图6-4 纯铝在不同程度拉伸变形时，经550℃再结晶退火30min 后的晶粒度比较。
图6-3 变形程度对金属再结
晶后晶粒度的影响
图6-4 纯铝的变形程度与再结晶晶粒度的关系
变形程度：a)1% b)2.5% c)3% d)6% e)9% f)12% g)15%
浸蚀剂：HF 15ml, HCl 45ml, HNO3 15ml, H2SO4 25 ml
引起冷变形金属开始再结晶，并在再结晶后获得异常粗大晶粒的变形程度，称为临界变形程度。一般钢铁的临界变形程度为5~10%，铜约为5%，铝约为2~3%。由于粗大晶粒将显著降低金属的机械性能，故应避免金属材料在临界变形程度的
范围内进行压力加工。
实验
一、实验目的
1．了解冷塑性变形对金属组织与性能的影响。
2．了解经冷塑性变形的金属在加热组织与性能的变化规律。
3．了解变形程度对金属再结晶晶粒度的影响。
二、实验设备、用品及试样
(一) 实验设备
1．小型试验用轧机
2．拉力试验机和洛氏硬度计(或布氏硬度计)。
2．金相显微镜。
3．箱式电阻加热炉(附测温控温装置)。
4．切割机、砂轮机、预磨机、抛光机、吹风机。
(二) 实验用品
1．测量试样尺寸用的游标尺。
2．不同粗细的金相砂纸一套、抛光磨料、浸蚀剂、无水酒精。
(三) 实验试样
退火状态金属板（铝或低碳钢）试样若干。
三、实验方法及步骤
共6组实验，见表
1. 从金属板上取1个拉伸试样。
2．将剩余金属板在轧机（或拉伸机进行一定变形量的冷变形。
3．从冷变形后的金属板上取2个拉伸试样。
4．将一个冷轧试样进行拉伸试验。
5．另一个冷轧试样进行再结晶退火。
6．退火试样进行拉伸试验。
7．分别在三个拉伸试样上切取金相试样。
8．制备金相试样并观察显微组织。
9．试验数据汇总并分析。
10．在已观察过的试样磨面上，测定其硬度值，并记下测量数据。
四、实验报告
1记录实验过程和结果。
2分析冷变形金属在加热时组织与力学性能的变化规律。
实验五金属的冷塑性变形与再结晶 陈灵 一、实验目的 1.了解金属经冷塑性变形与再结晶后的显微组织变化。 2.了解变形程度对金属再结晶晶粒度的影响。 二、实验说明 当作用于金属的外力超过其屈服极限时金属产生塑性变形，使金属的外部尺寸，内部组织及其性能发生变化。 1. 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。 金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。图5-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。 图5-1 工业纯铁冷塑性变形后组织150× a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%
金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。此外，在金属内部还产生残余应力。一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。 2. 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化 金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。 （1）回复：当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤维组织的特征。此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其力学性能变化不大。 （2）再结晶：当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过形核与长大方式进行再结晶，图5-2反映了冷塑性变形工业纯铁的再结晶过程的显微组织。冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。 图5-2 工业纯铁再结晶过程的显微组织150× a)550℃再结晶b)600℃再结晶c) 850℃再结晶 金属的再结晶过程是在一定温度范围内进行的。通常把变形程度在70%以上的冷变形金属经1h加热能完全再结晶的最低温度，定为再结晶温度。实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。金属的再结晶温度(T再)与其熔点(T熔)间的关系，
实验名称：金属的塑性变形与再结晶实验类型： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、实验步骤与实验结果（必填） 五、讨论、心得（必填） 一、实验目的 1.了解冷塑性变形对金属材料的内部组织与性能的影响； 2.了解变形度对金属再结晶退火后晶粒大小的影响。 二、实验原理 金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。 (一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。 (二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化 金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。 1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。 2．再结晶当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过晶核与长大方式进行再结晶。冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。 金属的再结晶过程是在一定温度范围内进行的。通常把变形程度在70%以上的冷变形金属经1h加热能完全再结晶的最低温度，定为再结晶渡。实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。金属的再结晶温度(T再)与其熔点(T熔)间的关系，大致可用下式表示： T再≈0.4 T熔 3．晶粒长大冷变形金属再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。但继续升高加热温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又会逐渐长大，使晶粒粗化。 (三) 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响 冷变形金属再结晶后晶粒度除与加热温度、保温时间有关外，还与金属的预先变形程度有关。金属再结晶后的晶粒度与其预先变形程度间的关系如下图所示：
金属塑性变形与断裂集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
金属材料塑性变形与断裂的关系 摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。 关键词：塑性变形解理断裂准解理断裂沿晶断裂冷脆疲劳应力腐蚀 氢脆高温断裂 一、解理断裂与塑变的关系 解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。 第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。
第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。 从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。 二、准解理断裂与塑变的关系 准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因： （1）、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的组织，回火温度低，易产生此类断裂。 （2）、构件的工作温度与钢材的脆性转折温度基本相同。 （3）、构件的薄弱环节处处于平面应变状态。 （4）、材料的尺寸比较粗大。 （5）、回火马氏体组织的缺陷，如碳化物在回火时的定向析出。 准解理断裂往往开始是因为碳化物，析出物或者夹杂物在外力作用下产生裂纹，然后沿某一晶面解理扩展，之后以塑性变形方式撕裂，其断裂面上显现有较大的塑性变形，特征是断口上存在由于几个地方的小裂纹分别扩展相遇发生塑性撕裂而形成的撕裂岭。准解理断裂面不是一
常见金属的性质实验报告单 实验合作者： 班级日期 实验前知识储备：写出下列有关化学反应化学方程式 1 镁带燃烧：2铝片灼烧 3 铁丝在氧气中燃烧：4铜片灼烧 5镁与稀盐酸反应6镁与稀硫酸反应 7锌与稀盐酸反应8锌与稀硫酸反应 9铁与稀盐酸反应10铁与稀硫酸反应 11铜与稀盐酸反应12铜与稀硫酸反应 13铝与稀盐酸反应14铝与稀硫酸反应 15铁与硫酸铜反应 上述反应中属于化合反应的有___________，置换反应的有___________ 一、实验目的： 1_____________________________________________________________ 2_____________________________________________________________ 3___________________________________________________ 4了解活泼金属的在空气中燃烧的特殊性，知道活泼金属着火时灭火时注意事项二、实验用品： ______________________________________________________________ _______ ______________________________________________________________ _______ 三、实验过程 1、金属的物理性质探究：
拓展视野：将铜制成纳米铜，在空气中燃烧为什么能燃烧？ 铜是金属晶体，由晶胞组成，晶胞则是由许多铜原子通过金属键的作用而构成的，晶格结点上的铜原子都有金属键的束缚，因此铜的化学性质不很活泼，但是将铜制成纳米铜的话，变成铜原子，金属键被打断，于是铜的化学性质以活泼的铜原子形式表现出来。于是与空气反应速率很快。铜块或者铜粉体积都比较大，单位面积与空气的接触面积比纳米铜与空气的接触面积小的多，纳米铜在空气中燃烧很快。颗粒越细，比表面越大，与空气接触越充分，而且纳米级材料的活性会比一般颗粒物质的活性强，所以反应越快，所以能燃烧。所以铜不具可燃性是相对的 2）查阅相关资料：镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。镁由于能和N ?和O ?反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧发出耀眼白光，放热，生成白色固体，同时有少量淡黄色固体氮化镁生成。所以燃烧（不一定、一定）_______ 需要氧气,凡是发光发热的剧烈的氧化反应都叫燃烧.只有初中化学书上定义为有氧气参加的发光发热的剧烈的氧化反应叫燃烧,这是因为知识量的限制. 3)趣味知识：冷焰火采用燃点较低的金属粉末，经过一定比例加工而成的冷光无烟焰火，冷焰火燃点低，燃点在60℃-80℃，外部温度30℃-50℃，对人体无伤害。适用于舞台表演和各种造型设计。而普通焰火燃点在500 ℃-800℃之间，燃烧时容易对人体造成伤害。冷焰火科技含量高，以环保无污染而倍受人们青睐。冷焰火是未来烟花发展新趋势，曾在上海APEC 会议、悉尼奥运会、2002年日韩世界杯、全国九运会上崭露头角，冷焰火是现代烟花的高科技结晶。
第四章塑性变形（含答案） 一、填空题（在空白处填上正确的内容） 1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。 答案：滑移面、滑移方向、好（强） 2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。 答案：熔点、低 3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。答案：滑移 4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。 答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异） 5、生产中消除加工硬化的方法是________。 答案：再结晶退火 6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。答案：晶粒长大 7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。 答案：第三类（超微观） 8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。 答案：再结晶退火 9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。 答案：加工硬化 10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。答案： 269℃ 11、常温下，金属单晶体塑性变形方式有________和________两种。 答案：滑移、孪生 12、金属产生加工硬化后会使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。答案：提高、提高、降低、降低 13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。答案：平行（于）、垂直（于） 14、金属单晶体塑性变形有________和________两种不同形式。 答案：滑移、孪生 15、经过塑性变形的金属，在随后的加热过程中，其组织、性能和内应力将发生一系列变化。大致可将这些变化分为________、________和________。 答案：回复、再结晶、晶粒长大 16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。 答案：再结晶温度
元素实验报告 实验18 主族元素化合物的性质 一、 实验目的 1. 熟练掌握试管操作。 2. 学习离心分离操作。 3. 学习主族元素一些化合物的化学性质。 二、实验内容 1. 卤离子的还原性：向3支盛有绿豆大小的KI 、KBr 和KCl 固体的试管分别加入0.5 cm 3浓硫酸，观察反应产物的颜色和状态。把湿的醋酸铅试纸、湿的碘-淀粉试纸和湿的pH 试纸分别伸向装有KI 、KBr 2. 氯含氧酸盐的氧化性 往3支试管中分别加入NaClO 、KClO 3 和KClO 4溶液，然后加入KI 淀粉溶液，观察现象。向不发 3. 过氧化氢的氧化还原性 （1） 氧化性：取1小片Pb(Ac)2试纸，加1滴H 2S 的水溶液，则有黑色的PbS 生成。再向试纸上
（2）还原性：取少量3% H2O2溶液，用H2SO4溶液酸化，再滴加2～3滴0.01 mol·dm-3KmnO4 4. 过硫酸盐的氧化性 向盛有2滴 0.002 mol·dm-3MnSO4溶液的试管中加入5 cm3 3 mol·dm-3H2SO4、2～3 滴AgNO3溶液，再加入少量K2S2O8固体，小心加热，观察现象；另取1支试管，不加AgNO3, 进行同样实验。 5. 亚硝酸的氧化还原性 请利用0.5 mol·dm-3NaNO2、0.1 mol·dm-3KI、0.02 mol·dm-3KMnO4、1 mol·dm-3H2SO4试剂， 6. 硝酸根的检出 取少量FeSO4·7H2O固体于试管中，滴加1滴0.5 mol·dm-3NaNO3溶液及1滴浓H2SO4，静置，观察现象。反应式为： 2+-+3+2+2-
7. 磷酸根、焦磷酸根和偏磷酸根的鉴别 （1）分别向0.1 mol·dm-3Na2HPO4、Na4P2O7和NaPO3溶液中滴加0.1 mol·dm-3AgNO3溶液，观察发生的现象。生成的沉淀溶于2 mol·dm-3HNO3溶液吗？ （2）以2 mol·dm-3HAc溶液酸化磷酸盐溶液、焦磷酸盐溶液和偏磷酸盐溶液，再分别加入蛋白溶液，各发生什么现象？ 3-4-- PO43-、P2O74-和PO3-的鉴别方法： 8. Sn2+、Pb2+、Sb3+、Bi3+氢氧化物的酸碱性 现有0.1 mol·dm-3的SnCl2、Pb(NO3)2、SbCl3和Bi(NO3)3，2 mol·dm-3NaOH、6 mol·dm-3NaOH 和40%的NaOH试剂。请制备少量氢氧化物沉淀，并试验这些氢氧化物的酸碱性。写出实验步骤、现象、 9. Sn、Pb、Bi不同价态离子的氧化还原性 -3-3
实验3. 金属冷变形及再结晶对组织和性能的影响 一、实验概述 金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。 (一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。 金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。图6-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。 图6-1 工业纯铁冷塑性变形后组织(150X)
a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70% 金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。此外，在金属内部还产生残余应力。一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。 (二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化 金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。 1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。 2．再结晶当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过形核与长大方式进行再结晶，图6-2反映了冷塑性变形工业纯铁的再结晶过程的显微组织。冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。 图6-2 工业纯铁再结晶过程的显微组织(150X)
塑性变形对金属组织和性能的影响 1. 塑性变形对金属组织结构的影响 （1）晶粒发生变形金属发生塑性变形后,晶粒沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物也被拉长, 形成纤维组织。 变形前后晶粒形状变化示意图 （2）亚结构形成金属经大的塑性变形时, 由于位错的密度增大和发生交互作用, 大量位错堆积在局部地区, 并相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块, 而在晶粒内产生亚晶粒。 金属经变形后的亚结构 （3）形变织构产生金属塑性变形到很大程度(70%以上)时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向趋近于一致, 形成特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。形变织构一般分两种：一种是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向, 称为丝织构, 例如低碳钢经高度冷拔后, 其<100>平行于拔丝方向; 另
一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向, 称为板织构, 低碳钢的板织构为{001}<110>。 形变织构示意图 2. 塑性变形对金属性能的影响 （1）形变强化金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化, 也叫形变强化。 产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增大, 引起塑性变形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎细化, 使强度得以提高。在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。 （2）产生各向异性由于纤维组织和形变织构的形成, 使金属的性能产生各向异性。如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。用有织构的板材冲制筒形零件时, 即由于在不同方向上塑性差别很大, 零件的边缘出现“制耳”。在某些情况下, 织构的各向异性也有好处。制造变压器铁芯的硅钢片, 因沿[100]方向最易磁化, 采用这种织构可使铁损大大减小, 因而变压器的效率大大提高。
二、金属的塑性变形 材料受力后要发生变形，变形可分为三个阶段：弹性变形；弹－塑性变形；断裂。外力较小时产生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。在整个变形过程中，对材料组织、性能影响最大的是弹－塑性阶段的塑性变形部分。如：锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等生产上的许多加工方法，都要求使金属产生变形，一方面获得所要求的形状及尺寸，另一方面可引起金属内部组织和结构的变化，从而获得所要求的性能。因此研究塑性变形特征与组织结构之间相互关系的规律性，具有重要的理论和实际意义。 弹性变形(Elastic Deformation) 1.1 弹性变形特征(Character of Elastic Deformation) 1．变形是可逆的； 2．应力与应变保持单值线性函数关系，符合Hooke定律：σ＝Eε，τ＝Gγ，G＝E/2(1-ν) 3．弹性变形量随材料的不同而异。 1.2 弹性的不完整性(Imperfection of Elastane) 工程上应用的材料为多晶体，内部存在各种类型的缺陷，弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力的变化等现象，称为弹性的不完整性，包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后等。 1．包申格效应(Bauschinger effect) 现象：下图为退火轧制黄铜在不同载荷条件下弹性极限的变化情况。 曲线A：初次拉伸曲线，σe＝240Pa 曲线B：初次压缩曲线，σe＝178Pa 曲线C：B再压缩曲线，σe↑，σe＝278Pa 曲线D：第二次拉伸曲线，σe↓，σe＝85Pa 可见：B、C为同向加载，σe↑；C、D为反向加载，σe↓。 定义：材料经预先加载产生少量塑性变形,然后同向加载则σe升高，反向加载则σe降低的现象，称为包申格效应。对承受应变疲劳的工件是很重要的。 2．弹性后效(Anelasticity) 理想晶体(Perfect crystals)：
实验一P区非金属元素（卤素、氧、硫） 一、实验目的 1、学习…… 二、实验原理 1、卤素均具有氧化性，其氧化性强弱为：Cl2>Br2>I2, 前者可氧化后者的X-。 X-还原性强弱：Cl-
苏铁健
1. 冷变形金属的组织变化 （1）点缺陷（空位）密度增加位错在外力 作用下攀移的结果； （2）位错密度增加金属塑性变形时，位错 源在外力作用下不断产生新的位错； （3）晶粒碎化塑性变形足够大时，出现位 错缠结并进一步发展形成位错胞结构（中心位 错密度低，胞壁处位错密度很高），使得晶粒 分割成很多极小的碎块，称为晶粒碎化； 剧烈冷变形金属中的位错胞
（4）纤维组织随着变形量增加，晶粒沿着最大变形方向伸长，最后成为细条状，这种变形组织称为纤维组织； （5）变形织构塑性变形量足够大时，各软取向晶粒逐渐转向为硬取向晶粒，各晶粒的取向逐渐趋向一致，这种组织称为变形织构。 变形前变形后的纤维组织变形织构
1）加工硬化金属随着变形量增加，其强度与硬度增加，塑性降低的现象。 原因：塑性变形中位错密度和点缺陷密度增加，使得位错滑移更为困难；软取向晶粒朝着硬取向变化。 加工硬化是不能用热处理强化的金属材料（如奥氏体不锈钢制品）提高强度的主要途径。
2）产生残余应力塑性变形在宏观和微观上的不均匀性，造成卸载后仍在其内部留存应力，称为残余应力。根据其作用范围大小分为： 宏观残余应力（第一类残余应力）遍及整个材料 微观残余应力（第二类残余应力）晶粒尺度 点阵畸变（第三类残余应力）晶粒内部 第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力一般都使金属强度降低。
3）出现各向异性 塑性变形产生的各晶粒取向趋于一致的组 织，即变形织构，导致其力学、物理等性能呈 现方向性（不同方向性能不同）。 板料的织构使板料沿不同方向变形不均匀，冲压 成的零件边缘出现凹凸不平的形状，称为制耳现象。 板料冲压件的制耳现象
塑性变形对金属组织性能 的影响
塑性变形是指金属在外力作用发生不可恢复的变形。因为金属在变形过程中承受很大的外力，所以金属的组织和性能一定会发生变化。 由于金属发生塑性变形时的温度不同，所以金属塑性变形可以根据变形温度分为冷变形，温变形，热变形。在不同的温度下，金属发生塑性变形时其组织和性能会发生不同的变化。 1.冷塑性变形对金属组织和性能的影响 金属发生塑性变形时其变形机制主要有位错的滑移，孪生，扭折，高温下还有晶界滑动和扩散蠕变等方式。在这些变形方式下，金属的组织会在晶粒形状尺寸，亚结构等方面产生变化，还会产生变形织构等。 在位错的运动过程中，位错之间，位错与溶质原子，间隙原子，空位之间，位错与第二相质点之间都会发生相互作用，引起位错数量，分布的变化。从微观角度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中发生的主要变化。随着金属变形的进行及程度的增加，金属内部的位错密度开始增加，这是因为位错在运动到各种阻碍处如晶界，第二相质点等会受到阻碍，位错就会不断塞积和增值，直到可以使得相邻晶粒内的位错发动才能继续运动。 同时位错运动时所消耗的能量中会有一小部分没有转换成热能 散发出去，反而会以弹性畸变能的形式存储在金属内部，使金属内部的点阵缺陷增加。 金属冷塑性变形后还会造成金属内部的亚结构发生细化，如原来在铸态金属中的亚结构直径约为0.01cm，经冷塑性变形后，亚结构
的直径将细化至0.001-0.00001cm。同样金属晶体在塑性变形过程中，随着变形程度的增大，各个晶粒的滑移面和滑移方向会逐渐向外力方向转动。当变形量很大时，各晶粒的取向会大致趋向于一致，从而破坏了多晶体中各晶粒取向的无序性，也称为晶粒的择优取向，变形金属中这种组织状态则称为变形织构。 在塑性变形过程中随着金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变化。随着变形程度的增大，金属的硬度，强度显著升高，而塑性韧性则显著下降，这一变化称为加工硬化。加工硬化认为是与位错的运动和交互作用有关。位错运动时的相互交割加剧，产生位错塞积群，割阶，缠结网等障碍，阻碍位错的进一步运动，引起变形抗力增加，从而提高了硬度。同时金属的物理化学性能也会发生变化。如使金属的比电阻增加，电阻温度系数下降，导热系数也略有下降。塑性变形也使导磁率，磁饱和度下降，但磁滞和矫顽力增加。塑性变形提高金属的内能，使化学活性提高，腐蚀速度加快。塑性变形后由于金属中晶体缺陷增加，因而扩散激活能减少，扩散速度增加。 2.热塑性变形对金属组织和性能的影响 热变形由于温度较高，会对金属内部的组织造成不同于冷加工的变化。 首先热加工可以改善金属中的铸态组织的缺陷如缩孔，疏松，空隙，气泡等。其次热塑性变形还可以细化晶粒。铸态金属中的柱状晶和粗大的等轴晶经锻造或轧制等热变形和对再结晶的有效控制，可变为较细小均匀的等轴晶粒。变形金属中（如各种坯料）的粗大不均匀
冷变形金属的再结晶的观察和分析 张问 冷形变金属处于高能量的不稳定状态，力求在适当的条件下过渡到无畸变能（形变储存能）的更稳定状态。在室温或远低于材料的再结晶温度的条件下，原子活动能力不足，冷变形状态的组织和性能可以长时间维持不变；退火加热则为上述向更稳定状态的过渡创造了外界条件，从而可能出现回复、再结晶和晶粒长大等组织变化及相应的性能变化过程。回复是在新的无畸变晶粒出现之前的退火过程。在回复阶段，光学显微镜下尚看不出冷形变晶粒组织形貌的明显变化，但通过点缺陷的运动和消失，位错的调整、对消、攀移，亚晶的长大、合并以及多边形化等方式导致变形储存能的部分释放，导致材料的宏观性能开始发生变化。 再结晶是在退火加热时无畸变晶粒在冷形变后的畸变基体中的生核和晶核长大的过程，是一个显微组织彻底重新改组的过程（但不会导致晶体结构类型的改变），在光学显微镜下即可清楚的观测再结晶过程中显微组织的明显变化。退火加热时的再结晶阶段也是位错密度显著下降、储存能释放最快、材料宏观性能变化最激烈的阶段，可以一直进行到畸变基体被完全消耗掉为止。回复和再结晶导致的材料硬度下降总量中，回复阶段仅约占1/5，再结晶阶段则高达约4/5。材料强度的变化亦与此类似[1]。 1 实验材料及方法 1.1实验材料 变形60％的黄铜，分别于270Ｃ，350Ｃ，550Ｃ，750Ｃ退火30min后组织变化 变形68％的纯铁，在560Ｃ分别保温9，12，20，27，38，42min的组织变化 变形68％的纯铁，分别于200Ｃ，300Ｃ，400Ｃ，500Ｃ，600Ｃ，700Ｃ退火1小时形变量不同，退火温度和时间相同的铝片一组 金相显微镜，TH320全洛氏硬度计 1.2实验方法 用金相显微镜直接观察不同退火温度的纯铜和不同退火时间的纯铁组织。用肉眼直接观察不同形变量的纯铝组织。 用洛氏硬度计测量不同退火温度的纯铁，每组测量8个数据，处理时舍去第一个数据。 1.选取纯铜合适区域放在样品台上，摩擦样品下表面使与样品台紧密接触； 2.缓慢转动手轮至样品与测试触头接触，直至显示屏箭头完全指向右方； 3.等待仪器自动加载及卸载，读取数据； 4.重复测量8组 2 实验结果 2.1纯铝 纯铝的晶粒随着变形量的增加逐渐变细增多。 2.2纯铁 分组进行纯铁的硬度测试，测试结果见表1，利用Origin作图，见图1： Table 1 Hardness of pure iron with different annealing temperatures 表1不同退火温度的纯铁硬度 temperature 200℃300℃400℃500℃600℃700℃ /hardness 1 92.1 91.9 87.3 85. 2 57.5 64.7
第五章金属及合金的塑性变形与断裂一名词解释 固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构 固溶强化：固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高，应力－应变曲线升高，塑性下降的现象； 应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况； 孪生：金属塑性变形的重要方式。晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。形成孪晶的过程称为孪生； 临界分切应力：金属晶体在变形中受到外力使某个滑移系启动发生滑移的最小
分切应力； 变形织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构。 二填空题 1．从刃型位错的结构模型分析，滑移的 移面为{111}，滑移系方向为<110>，构成12 个滑移系。P166. 3. 加工硬化现象是指随变形度的增 大，金属强度和硬度显著 提高而塑性和韧性显著下降的现象 ，加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的
根本原因是位错密度提高，变形抗 力增大。 4．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界、晶格位向差。 5．金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，冷变形后金属的 强度增大，塑性降低。6．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好，而高温下使用的金属材 料以粗一些晶粒为好。对于在高温下工作的金属材料，晶粒应粗一些。因为在高温下原子沿晶界 的扩散比晶内快，晶界对变形的阻 力大为减弱而致 7．内应力可分为宏观内应力、微观内应力、点阵畸变三种。 三判断题 1．晶体滑移所需的临界分切应力实测值比理论值小得多。（√） 2 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑
实验五冷塑性变形对金属再结晶退火前后 显微组织影响 一、 实验目的 1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化； 2、研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。 二、实验说明 1、金属冷塑性变形后的显微组织和性能变化 金属冷塑性变形为金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。金属在发生塑性变形时，外观和尺寸发生了永久性变化，其内部晶粒由原来的等轴晶逐渐沿加工方向伸长，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带，当变形程度很大时，晶界消失，晶粒被拉成纤维状。相应的，金属材料的硬度、强度、矫顽力和电阻等性能增加，而塑性、韧性和抗腐蚀性降低。这一现象称为加工硬化。 为了观察滑移带，通常将已抛光并侵蚀的试样经适量的塑性变形后再进行显微组织观察。注意：在显微镜下滑移带与磨痕是不同的，一般磨痕穿过晶界，其方向不变，而滑移带出现在晶粒内部，并且一般不穿过晶界。 2、冷塑性变形后金属加热时的显微组织与性能变化 金属经冷塑性变形后，在加热时随着加热温度的升高会发生回复、再结晶、和晶粒长大。（1）回复当加热温度较低时原子活动能力尚低，金属显微组织无明显变化，仍保持纤维组织的特征。但晶格畸变已减轻，残余应力显著下降。但加工硬化还在，固其机械性能变化不大。 （2）再结晶金属加热到再结晶温度以上，组织发生显著变化。首先在形变大的部位（晶界、滑移带、孪晶等）形成等轴晶粒的核，然后这些晶核依靠消除原来伸长的晶粒而长大，最后原来变形的晶粒完全被新的等轴晶粒所代替，这一过程为再结晶。由于金属通过再结晶获得新的等轴晶粒，因而消除了冷加工显微组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形以前的状态。 金属的再结晶过程是在一定的温度范围能进行的，通常规定在一小时内再结晶完成95％所对应的温度为再结晶温度，实验证明，金属熔点越高，再结晶温度越高，其关系大致为：T＝0.4T熔。 （3）晶粒长大再结晶完成后，继续升温（或保温），则等轴晶粒以并容的方式聚集长大，温度越高，晶粒越大。当再结晶退火温度一定时，变形量大小对再结晶的晶粒大小起决定性的影响。当变形量很小时晶粒大小毫不变化。当达到某一变形量时，再结晶获得异常粗大的晶粒，对应着一组大晶粒的变形度，称为临界变形度。一般铁5-10％，钢约为5％，铝2-3％。由于粗大晶粒将显著降低金属的机械性能，故应避免金属材料在临界变形程度范围内进行压力加工。超过临界变形量，由于各晶粒变形愈趋均匀，再结晶时形核率愈大，因而再结晶的晶粒越细。 三、实验设备及材料 1、拉力试验机、加热炉、吹风机； 2、工业纯铝片一套（试样尺寸200х101mm）、NaON碱液、王水。 四、实验内容及步骤 1、每组一套铝片，经350℃、30ˊ退火，以消除内应力； 2、于铝片两端打上组号，在其中部垂直纵轴的方向画两条相距100mm的平行线，定出原始 长度L0； 3、按规定的变形量在拉伸机上进行拉伸
基础实验4 常见金属的性质实验报告 班级；同组人员；时间年月日实验目的： 1、认识生活中常见金属的物理性质： 2、实验探究金属的化学性质，初步理解金属活动性强弱； 3、探究钢铁锈蚀的条件，了解在生产和生活中怎样防止钢铁生锈。 实验用品： 镁条、铁钉、锌片、铝片、铜片、稀硫酸（稀盐酸）、食盐水、生石灰（无水氯化钙）、蒸馏水； 酒精灯、坩埚钳、石棉网、烧杯、试管（含橡皮塞）、砂纸、干电池、小电珠、导线、棉球等。 实验过程 1、金属的物理性质 通过下列实验，探究金属的物理性质，将观察到的现象记录在表格中，比较不同金属的物理性质。 （1）观察镁条、铁皮、锌片、铝片、铜片的外观，并试试此金属样品是否容易被折弯、扭断； （2）用砂纸打磨金属样品，观察外观是否有变化； （3）用打磨好的金属样品和导线连接一节干电池和小电珠，观察小电珠是否发光，并依此判断该金属是否导电。
2、金属的化学性质 通过下列实验，探究金属的化学性质，将观察到的现象记录在表格中，比较不同金属的化学性质的差异。 （1）用坩埚钳分别夹持一小段镁条、铁皮、锌片、铝片和铜片，用酒精灯的外焰加热，观察现象； （2）另取五支试管，分别加入一小段镁条、铁皮、锌片、铝片和铜片，并滴加稀硫酸（或稀盐酸）至金属样品完全浸没，观察现象。 3、探究铁生锈的条件 参照第127页活动与探究所述的实验方法探究铁钉生锈的条件。将观察到
的实验现象记录在表格中，归纳是铁钉锈蚀的主要因素。 使铁钉发生锈蚀的主要因素有： 问题讨论： 1、举例说明常见金属（镁、铁、锌和铜）在生产、生活中的用途，并思考这些用途与金属的哪些性质有关。 2、常见的金属（镁、铁、锌和铜）的导电性如何？为何常用铜丝制导线？ 3、根据对铁钉锈蚀条件的探究，请尝试提出一些防止铁制品锈蚀的办法。
金属材料冷变形与退火过程的组织和性能分析 张问 作为对于力作用的响应，材料发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。根据除去载荷后材料是否恢复到原始形状和尺寸，变形由可分为弹性变形和索性百年行。本实验进行观察的是塑性变形对材料微观组织和力学性能的影响规律，且仅涉及在低于材料再结晶温度的条件下以滑移、孪生等基本形式发生的塑性变形，因为材料冷变形所引起的组织结构变化和力学性能变化可以在变形后保留下来。 首先，冷形变导致晶粒组织呈现方向性，且其程度随变形量的增大而增大。在形变前显微组织为等轴晶粒，经受较大程度的方向性形变后则导致晶粒沿受力方向伸展，变形程度越大则晶粒被拉得越长。当变形程度很大时，晶粒不但被拉长，晶粒内部还会被许多的滑移带分割成细的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。通过对本实验中冷形变后的一组纯铁金相样品以及冷变形黄铜未退火样品的光学显微镜观察可以容易地证实这一点。而对于冷形变材料中晶体缺陷密度的增大和变化等的观测，光学显微镜是无能为力的；若确实必须进行观测，则需要电子显微镜及其它研究手段才行。冷变形导致的形变织构的形成等重要微观组织变化特征研究，则更超出了本实验的观测与讨论范围。 1 实验材料及方法 1.1实验材料 α-Fe:经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形样品各1块，均为经化学浸蚀好的金相样品（光学显微镜观察用），浸蚀剂：4%硝酸酒精。另备经退火并电解抛光后常温微量变形的α-Fe样品1块，变形后不浸蚀。 Al：经退火和电解抛光后常温微量变形的Al片1组;(变形后不抛磨、不浸蚀)。 Zn：经常温变形且经化学浸蚀好的金相样品1块。浸蚀剂：HNO3:HCl=1:1。（光学显微镜观察用）纯Cu：经0%、20%、40%、60%常温变形样品各1块（测量变形量与硬度的对应曲线用）。 金相显微镜，TH320全洛氏硬度计 1.2实验方法 用金相显微镜直接观察经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形的α-Fe，常温变形的Zn，电解抛光后拉伸的Al。 用洛氏硬度计测量不同形变量的纯铜，每组测量8个数据，处理时舍去第一个数据。 1.选取纯铜合适区域放在样品台上，摩擦样品下表面使与样品台紧密接触； 2.缓慢转动手轮至样品与测试触头接触，直至显示屏箭头完全指向右方； 3.等待仪器自动加载及卸载，读取数据； 4.重复测量8组。 2 实验结果 2.1纯铝 纯铝的晶粒随着变形量的增加逐渐变细增多。 2.2纯铜 硬度测试： Table 1 The relationship between pure copper shape variable and hardness 表1纯铜的形变量与硬度关系