塑性变形与再结晶的显微组织分析
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金属的塑性变形与再结晶实验实验报告资料实验目的:通过实验研究金属的塑性变形与再结晶的过程,了解金属材料的性质及其应用。
实验原理:1.金属的塑性变形金属的塑性变形是指在外力作用下,金属发生形变而不断展开的一种过程。
金属的塑性变形具有以下特点:①金属塑性变形具有可逆性,即当外力解除时形变可回复。
②金属的塑性变形是沿晶的,即沿晶体内的晶体结构变形。
③金属的塑性变形具有连续性,即在一定应变范围内,应力与应变呈线性关系。
2.金属的再结晶金属的再结晶是指在金属塑性变形的过程中,原来的组织结构发生了某些变化,而在恰当的条件下,这些组织结构又恢复到了原来的状态,这种过程就叫做金属的再结晶。
金属的再结晶的特点如下:①金属的再结晶是晶体内部的结构调整。
②金属的再结晶能够使金属的内部应力有所缓和。
实验步骤:1.制备试样:准备金属的坯料,在坯料上打上“X”形切口,切口至深为材料厚度的1/2。
2.进行冷加工:采用箔冷机或轧制机进行冷加工,进行一定程度的压缩形变。
在经过一定拉伸形变后,在X形切口处出现了明显的变形。
3.进行再结晶退火:将试样放入电阻炉中进行再结晶退火,然后进行空冷,使试样的晶粒细化,且Z形切口处无明显变形。
4.进行显微组织观察:将试样进行金相试样制备和显微组织观察。
在加工前,金属材料的结构均匀且颗粒晶粒较大,大量晶界分布而成急促晶界。
在加工后,晶粒较小,分布均匀;试样表面被拉伸,并且形成了急促晶界。
在经过再结晶退火处理后,试样中的晶粒再次变小,形成了勾芡状晶粒,Z形切口处没有变形出现,晶界清晰。
实验结果:通过本次实验,我们得到了以下实验结果:1.金属材料在冷加工的过程中,晶粒会发生变形,形成急促晶界。
2.金属在经过适当的再结晶退火处理后,晶粒又会重新排列,形成勾芡状的晶籍,并且试样中没有变形现象。
实验分析:本次实验从实验原理、实验步骤、实验结果三方面说明了金属塑性变形和再结晶的过程,得到了较好的结果。
同时我们也认识到,产生分析实验结果的原因不外乎通往实验目的的基本原理和实验的步骤。
金属的塑性变形与再结晶一、实验目的:1、了解显微镜下滑移线、变形孪晶和退火孪晶特征。
2、了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化。
3、讨论冷加工变形对再结晶晶粒大小的影响。
二、实验内容:1、观察工业纯铁冷变形滑移线,纯锌的变形孪晶,黄铜或纯铜的退火孪晶。
2、观察工业纯铁经冷变形(0%、20%、40%、60%)后的显微组织。
3、用变形度不同的工业纯铝片,退火后测定晶粒大小。
三、实验内容讨论:1、显微镜下的滑移线与变形孪晶:当金属以滑移和孪晶两种方式塑性变形时,可以在显微镜下看到变形结果。
我们之所以能看到滑移线(叫滑移带更符合实际)是因为晶体滑移时,使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所致。
滑移线的形状取决于晶体结构和位错运动,有直线形的,有波浪形的,有平行的,有互相交叉的,显示了滑移方式的不同。
变形量越大,滑移线愈多、愈密。
在密排六方结构中,常可看到变形孪晶,这是因为此类金属结构难以进行滑移变形。
孪晶可以看成是滑移的一种特殊对称形式,其结果使晶体的孪生部分相对于晶体的其余部分产生了位向的改变。
由于位向不同,孪晶区与腐蚀剂的作用也不同于其他部分,在显微镜下,孪晶区是一条较浅或较深的带。
在不同的金属中,变形孪晶的形状也不同,例如在变形锌中可看到孪晶变形区域,其特征为竹叶状,α—Fe则为细针状。
除变形孪晶外,有些金属如黄铜在退火时也常常出现以平行直线为边界的孪晶带,这类孪晶称为退火孪晶。
滑移和孪晶的区别:制备滑移线试样时,是试样先经过表面抛光,然后再经过微量塑性变形。
如果变形后再把表面抛光,则滑移线就看不出来了。
制备孪晶试样时,是先经塑性变形,然后再抛光腐蚀,可见:(1)对于滑移线不管样品是否经过腐蚀均可看到,而孪晶只有在磨光腐蚀后才可看见。
(2)滑移线经再次磨光即消失,而孪晶在样品表面磨光腐蚀后仍然保留着。
滑移线和磨痕的区别在于前者是不会穿过晶界的。
2、冷变形后金属的显微组织和机械性能冷加工变形后,晶粒的大小、形状及分布都会发生改变。
实验十塑性变形和再结晶一、实验目的1. 研究金属冷变形过程机器组织性能的变化。
2. 研究冷变形金属在加热时组织性能的变化。
3. 了解金属的再结晶温度和再结晶后晶粒大小的影响因素。
4. 初步学会测定晶粒度的方法。
二、实验内容说明金属经冷加工变形后,其组织和性能均发生变化:原先的等轴晶组织,随着塑性变形量的增大,其晶粒沿变形方向逐渐伸长,变形度越大,则伸长也越显著;当变形度很大时,其组织呈纤维状。
随着组织的变化,金属的性能也发生改变:强度硬度增高,塑性则逐渐下降,即产生了“加工硬化”。
经冷变形后的金属加热到再结晶温度时,又会发生相反转变。
新的无应变的晶粒取代原先变形的晶粒,金属的性能也恢复到变形前的情况,这一过程称为再结晶。
再结晶温度与金属本性、杂质含量、冷变形程度、保温时间、材料的原始晶粒度等有关。
再结晶所产生的晶粒大小在很大程度上取决于冷变形程度的大小,在某一变形度变形,再经退火处理后晶粒异常粗大,该变形度称为临界变形度,它使材料性能恶化,是压力加工中切忌的问题。
本实验主要以低碳钢为对象,分析其塑性变形和再结晶过程中显微组织的变化。
观察经一定冷变形后不同退火温度下低碳钢的显微组织,测定再结晶度,此外对不同冷变形度的低碳钢材料进行高温退火,测定晶粒度,从而确定临界变形度。
三、实验步骤1. 教师讲解金属塑性变形与再结晶的组织状态,介绍用对照法、割线法测定晶粒度的方法。
2. 观察纯铁经10%,15%,20%,50%,70%变形度变形后的显微组织。
描绘其组织特征。
3. 观察纯铁经70%变形度在400℃,450℃,500℃,600℃,850℃退火半小时后的试样,一组五只,从中找得再结晶后晶粒大小与退火温度之间的定性关系。
4. 观察纯铁经10%,20%,30%,50%,70%五种变形度变形后在850℃退火半小时后组织,分别用对照法和割线法测得其晶粒度,确定其临界变形度的大致范围。
5. 观察并描绘纯铁冷变形的滑移线和冲击载荷下产生的机械双晶及纯锌压延后机械双晶、黄铜的退火双晶。
实验方案金属的塑性变形与再结晶一,实验目的1、观察显微镜下滑移线、变形孪晶的特征;2、了解金属经冷加工变形后显微组织及性能的变化;二、概述1 显微镜下的滑移线与变形挛晶金属受力超过弹性极限后,在金属中特产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出,塑性变形的基本方式为滑移和孪晶两种。
所谓滑移时晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动实质为位错沿滑移面运动的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位相保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸,试样表面会有变形台阶出现,一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线,即称为滑移带。
变形后的显微姐织是由许多滑移带所组成。
另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属,如六方晶系镉、镁、铍、锌等,或某些金属当其滑移发生困难的时候,在切应力的作用下将发生的另一形式的变形,即晶体的—部分以一定的晶面为对称面;与晶体的另一部分发生对称移动,这种变形方式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是孪晶面两侧晶体的位向发生变化,呈镜面对称。
所以孪晶变形后,由于对光的反射能力不同,在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。
2、变形程度对金属组织和性能的影响变形前金属为等轴晶粒,轻微量变形后晶粒内即有滑移带出现,经过较大的变形后即发现晶粒被拉长,变形程度愈大,晶粒被拉得愈长,当变形程度很大时,则加剧剧了晶粒沿一定方向伸长,晶粒内部被许多的滑移带分割成细小的小块,晶界与滑移带分辨不清,呈纤维状组织。
由于变形的结果,滑移带附近晶粒破碎,产生较严重的晶格歪扭,造成临界切应力提高,使继续变形发生困难,即产生了所谓加工硬化现象。
随变形程度的增加,金属的硬度、强度、矫顽力、电阻增加,而塑性和韧性下降。
3、形变金属在加热后组织和性能的影响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。
塑性变形与再结晶的显
微组织分析
Company Document number:WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
实验七塑性变形与再结晶的显微组织分析一.实验目的
1)研究金属冷变形后,变形度对显微组织的影响
2)了解在冷变形后进行再结晶退火的显微组织变化情况,重点了解不同变形对退火后晶粒大小的影响情况,以及再结晶温度对再结晶后晶粒大小的影响
二.原理概述
金属变形可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个基本过程。
当应力增加到超过弹性极限时,金属就要产生塑性变形,外力去掉后,这部分变形仍然保留着,此种变形过程称为塑性变形。
塑性变形能提高金属和合金的强度与硬度,而塑性、韧性则下降,即产生加工硬化现象。
冷塑性变形后,不但性能发生变化,金属和合金的组织也发生变化。
如晶粒形状的改变;出现滑移带、孪生带;晶内出现亚结构;塑性变形量很大时,将产生变形织构。
在塑性变形过程中形成的变形织构经再结晶退火后,在金属中保留或新发展起来的织构称为再结晶织构或退火织构。
面心立方晶格的金属或合金,在塑性变形过程中,不容易形成孪晶。
但在再结晶退火后,在面心立方晶格的金属中经常出现孪晶,这种孪晶叫再结晶孪晶或退火孪晶。
金属产生织构以后,不能在显微镜下直接观察到。
三.影响金属显微组织的因素
冷变形对金属显微组织的影响
金属发生塑性变形时,随着变形程度的增加,晶粒逐渐沿受力方向伸长,并且晶粒内部产生许多亚晶粒。
变形程度对再结晶后晶粒大小的影响
变形程度是影响再结晶退火后晶粒大小的最重要因素。
在其它条件相同的情况,变形量越大,则晶粒越细。
变形程度与晶粒度的关系如图7-1所示。
图7-1 变形程度对再结晶后晶粒大小的影响
δk称为临界变形程度。
不同金属的临界变形程度不同,一般都在2~10%之间。
铁为2~10%,钢为5~10%,铜及黄铜约为5%
当变形量在临界变形量附近时,晶粒之所以变粗是由于变形量小时,变形不均匀并分布在个别区域,只有极少数区域有条件产生核心。
因此,这些个别核心就可以进行异常的长大,最后长为粗晶粒。
变形量增加时,形成核心的微小区域增加,这时每个核心都需要长大,在相互制约的情况下,结果得到细晶粒。
但当变形量太大时,在曲线上又出现第二个高峰,即晶粒反而又变粗,一般认为这是由于变形织构造成的。
退火温度和保温时间对再结晶后晶粒大小的影响
退火加热温度越高,保温时间越长,晶粒越粗大。
但加热温度越高,其影响越为明显,随着加热温度的升高,晶粒几乎成直线长大。
晶粒大小的影响
原始晶粒越细,则晶界越多,形成核心的有利地方也越多。
因此,再结晶后得到的晶粒也越细,反之则越粗。
下面举例说明各因素对金属显微组织的影响情况。
例1:10号低碳钢在不同冷变形度变形后的组织如图7-2所示。
这一套样品为退火后冷轧,经4%的硝酸洒精溶液侵蚀,在1000倍的显微镜下可看到显微组织为白色铁素体+黑色珠光体。
图7-2a 10#钢经ε=10%变形后的组织图7-2b 10#钢经ε=30%变形后的组织
组织说明:白色基体为铁素体,晶界上分布着黑色片状珠光体。
晶粒形状基本上没发
生变化,仍为等轴状晶组织说明:随着变形量的增加,白色铁素体
沿着加工方向开始被拉长,处于晶
界处的珠光体也随之被拉长。
图7-2c 10#钢经ε=50%变形后的组织图7-2d 10#钢经ε=70%变形后的组织
组织说明:铁素体晶粒沿轧制方向变形,呈
长条状分布。
分布于晶界上的珠
光体也被拉成趋向于加工方向的
长条状。
组织说明:随着变形量增加,铁素体和珠
光体被拉长,变形更剧烈,大
部分晶粒转向冷轧方向,部分
铁素体已破碎。
图7-2e 10#钢经ε=90%变形后的组织组织说明:晶粒被剧烈撕碎。
由于珠光体比铁
素体硬,其碎裂程度更大,形成了
纤维状组织。
例2:LF5铝合金(M态)于不同冷变形度变形后的组织如图7-3所示。
铝合金退火后冷轧,以100倍的放大倍数、在电解抛光阳极复膜偏振光下观察,可看到组织为α(Al)+β(Mg2Al3)。
图7-3a LF5(M态)的显微组织图7-3b LF5(M态)的显微组织
组织说明:晶粒变形量不大,基本上保持加工前形状。
已有少量β(Mg2Al3) 质点从α
(Al)相中析出。
组织说明:变形量增加,晶粒开始沿着加工方
向转变,析出部分β相。
图7-3c LF5(M态)的显微组织图7-3d LF5(M态)的显微组织
组织说明:晶粒严重变形,绝大部分沿着加
工方向被拉伸成纤维状,有更多
的β相从α相析出。
组织说明:所有晶粒转向加工方向,形成
了纤维状组织。
例3:纯铝经不同冷变形度变形,然后进行退火的宏观组织(混合酸腐蚀)如图7-4所示。
试样处理条件为,退火温度为580℃,退火一小时。
图7-4a ε=1%
图7-4b ε=3%
图7-4c ε=%
图7-4d ε=6%
图7-4e ε=%
图7-4f ε=%
图7-4g ε=%
图7-4h ε=% 从以上的宏观组织图可看出:材料经不同的变形程度变形后,进行再结晶退火。
再结晶后晶粒尺寸不相同。
变形程度越大的,再结晶晶粒越大,变形程度越小,结晶晶粒越小。
四.实验部分
实验用设备和材料
1.实验用设备:拉伸试验机,中温退火炉,金相显微镜
2.实验用材料
(1)不同变形度冷变形后,再经同一退火温度退火的H62黄铜样品一套
(2)不同变形度变形后,再经同一退火温度退火的纯铝样品一套
(3)浸蚀剂
实验内容与步骤
1.实验内容
(1)对若干条退火态纯铝板材进行不同程度的拉伸变形,然后在同一退火温度下退火一小时,出炉气冷后,用混合酸水溶液腐蚀,肉眼观察各个样品的晶粒大小。
(2)观察一组经不同冷变形度变形的H62黄铜试样的显微组织,记录下冷变形量,并画相应的冷变形组织。
2.实验步骤
实验一:
(1)纯铝拉伸变形及退火。
学生分为若干组,约6-7人一组,每人一片纯铝板材试样。
在每一组学生中,各人的Al板拉伸变形量不同,分别为1%、2%、3%、
5%、8%、10%、18%。
拉伸后,于退火炉中退火,退火温度为第一组500℃,
第二组580℃,第三组640℃,时间均为一小时。
(2)观察退火后各样品晶粒尺寸,根据不同退火温度、不同变形程度、不同晶粒度画出再结晶全图。
实验二:
(1)在金相显微镜下观察冷变形量(ε)分别为10%、19%、39%、56%、69%、79%的H62黄铜的显微组织,画出显微组织示意图,并总结冷变形量对显微组
织的影响规律。
(2)在金相显微镜下观察上述冷变形试样分别经400℃、500℃、600℃退火后的显微组织。
注意与退火前的组织进行比较,并画出显微组织示意图。
总结冷变形
量及退火温度对双相组织的影响。
五.实验报告
1.实验目的;
2.实验内容与步骤;
3.总结冷变形量及再结晶温度对纯铝显微组织的影响,并给予解释;
4.总结冷变形量及再结晶温度对H62黄铜组织的影响,并给予解释。