《金属材料》教学案_第三章金属的塑性变形与再结晶

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。

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。

金属的塑性变形与再结晶实验”实验报告、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、实验原理金属材料在外力作用下，当应力大于弹性极限时，不但会产生弹性变形，还会产生塑性变形。

塑性变形的结果不仅改变金属的外形和尺寸，也会改变其内部的组织和性能。

在冷塑性形变过程，随着变形程度的增大，金属内部的亚晶增多，加上滑移面转动趋向硬位向和位错密度增加等原因，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。

加工硬化后的金属内能升高，处在不稳定的状态，并有想稳定状态转变的自发趋势。

若对其进行加热，使其内部原子活动能力增大，随着加热温度逐渐升高，金属内部依次发生回复、再结晶和晶粒长大3 个阶段。

冷塑性变形金属经再结晶退火后的晶粒大小，不仅与再结晶退火时的加热温度有关，，而且与再结晶退火前预先冷变形程度有关。

当变形度很小时，由于金属内部晶粒的变形也很小，故晶格畸变也小，晶粒的破碎与位错密度增加甚微，不足以引起再结晶现象发生，故晶粒大小不变。

当变形度在2%~10% 范围内时，由于多晶体变形的特点，金属内部各个晶粒的变形极不均匀(即只有少量晶粒进行变形) ，再结晶是晶核的形成数量很少，且晶粒极易相互并吞长大，形成较粗大的晶粒，这样的变形度称为临界变形度。

大于临界变形度后，随着变形量的增大，金属的各个晶粒的变形逐步均匀化，晶粒破碎程度与位错密度也随着增加，再结晶时晶核形成的数量也增多，所以再结晶退火后晶粒较细小而均匀。

为了观察再结晶退火后铝片的晶粒大小，必须把退火后的铝片放入一定介质中进行浸蚀，由于各个晶粒内原子排列的位向不同，对浸蚀剂的腐蚀不同，因而亮暗程度不同，就能观察到铝片内的晶粒。

三、实验装置及试件工业纯铝片、铝片拉伸机、浸蚀剂( 15%HF+45%HCL+15%HN ??3+25% ??2??组成的混合酸)、HV-120型维氏硬度计、小型实验用箱式炉、钢皮尺、划针、扳手、放大镜。

金属材料与金属的化学性质教案第一章：金属材料的分类和性质教学目标：1. 了解金属材料的分类，包括金属纯物和合金。

2. 掌握金属材料的性质，如导电性、导热性和韧性。

教学内容：1. 金属材料的分类：金属纯物和合金。

2. 金属材料的性质：导电性、导热性和韧性。

教学活动：1. 引入金属材料的分类和性质的概念。

2. 通过实物展示和图片介绍金属纯物和合金。

3. 进行实验演示，观察和比较金属材料的导电性、导热性和韧性。

第二章：金属的冶炼和加工教学目标：1. 了解金属的冶炼方法，包括还原法和电解法。

2. 掌握金属的加工方法，如铸造、锻造和轧制。

教学内容：1. 金属的冶炼方法：还原法和电解法。

2. 金属的加工方法：铸造、锻造和轧制。

教学活动：1. 引入金属的冶炼和加工的概念。

2. 通过图片和视频介绍金属的冶炼方法。

3. 进行实验演示，观察金属的加工过程。

第三章：金属的腐蚀与防护教学目标：1. 了解金属腐蚀的原因，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。

2. 掌握金属防护的方法，如涂层防护和阴极保护。

教学内容：1. 金属腐蚀的原因：化学腐蚀和电化学腐蚀。

2. 金属防护的方法：涂层防护和阴极保护。

教学活动：1. 引入金属腐蚀和防护的概念。

2. 通过实验演示和案例分析，了解金属腐蚀的原因。

3. 介绍金属防护的方法，并讨论其优缺点。

第四章：金属的化学反应教学目标：1. 了解金属的化学反应类型，包括氧化还原反应和置换反应。

2. 掌握金属与其他物质的化学反应过程。

教学内容：1. 金属的化学反应类型：氧化还原反应和置换反应。

2. 金属与其他物质的化学反应过程。

教学活动：1. 引入金属的化学反应概念。

2. 通过实验演示和化学方程式分析，了解金属的化学反应类型。

3. 讨论金属与其他物质化学反应的实例。

第五章：金属的应用领域教学目标：1. 了解金属在不同领域的应用，包括建筑、电子和交通工具。

2. 掌握金属在不同应用领域的特点和需求。

教学内容：1. 金属在建筑领域的应用：结构材料和装饰材料。

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。

实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察目的1．加深对材料塑性编写过程的理解;２．认识塑性变形的典型组织；3.理解变形量对再结晶后晶粒尺寸的影响。

一、塑性变形引起材料组织的变化晶体塑性材料塑性变形的基本方式有四种：滑移、孪生、蠕变、粘滞性流动。

滑移是晶体中位错在外力作用下发生运动，造成晶体的两部分在滑移面上沿滑移方向的相对移动,滑移是位错的移动,晶体内部原子从一个平衡位置移到另一个平衡位置，不一起晶体内的组织变化，位错移出晶体的表面，形成滑移台阶,一个位错源发出的位错都移出,在晶体表明形成台阶在显微镜下可以见到,就是滑移线。

孪生是在滑移困难时以形成孪晶的方式发生的塑性变形，晶体发生孪生，在晶体表面产生浮凸,晶体内部生成的孪晶与原晶体的取向不一样，并有界面分隔,所以在晶体内重新制样后依然可以看到孪晶。

多晶体材料发生塑性变形后，原等轴晶粒被拉长或压扁，晶界变模糊。

两相材料经过塑性变形后，第二相的分布也与变形方向有关。

塑性变形后进行退火加热发生再结晶的晶粒尺寸与变形量有直接的关系。

在临界变形量(不同材料不相同,一般金属在２—１0%之间）以下,金属材料不发生再结晶,材料维持原来的晶粒尺寸;在临界变形量附近，刚能形核,因核心数量很少而再结晶后的尺寸很大，有时甚至可得到单晶;一般情况随着变形量的增加,再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过大(>70％)后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生晶粒的异常长大。

二、实验内容1.观察几种塑性变形后的组织形貌①.低碳钢拉伸后的组织变化：看断口附近，变形量最大，组织特征明显，白色的软相的晶粒的形状分布，黑色较硬相形状分布特征。

②纯铁压缩表面的滑移线:为了观察,现将试样磨平，再压缩变形，晶体表面可留下滑移线。

若再打磨则滑移线就不可见。

一个滑移系能开动，与之平行的滑移系也可能开动，滑移线往往时互相平行,因为存在交滑移,滑移线为波浪状。

③锌的变形孪晶：Ｚn是ｈcp晶系，仅有三个滑移系,多晶体变形就会发生孪生，从试样上可见到变形产生的孪晶。

金属材料与热处理教案第一章：金属材料的概述教学目标：1. 了解金属材料的定义和分类。

2. 掌握金属材料的性质和用途。

教学内容：1. 金属材料的定义：金属材料是指由金属元素或金属合金组成的材料。

2. 金属材料的分类：金属材料主要包括纯金属和合金两大类。

3. 金属材料的性质：金属材料具有优良的导电性、导热性和韧性等。

4. 金属材料的用途：金属材料广泛应用于建筑、机械、电子等领域。

教学活动：1. 引入金属材料的概念，引导学生思考金属材料的日常应用。

2. 介绍金属材料的分类，让学生了解不同类型的金属材料。

3. 通过实例讲解金属材料的性质，如导电性、导热性和韧性等。

4. 探讨金属材料的用途，让学生了解金属材料在各个领域的重要性。

第二章：金属的结晶与晶体结构教学目标：1. 了解金属的结晶过程和晶体结构。

2. 掌握金属的晶体类型和性质。

教学内容：1. 金属的结晶过程：金属从液态转变为固态的过程称为结晶。

2. 金属的晶体结构：金属晶体主要由金属原子通过金属键相互连接而成。

3. 金属的晶体类型：金属晶体主要分为面心立方晶格和体心立方晶格两种类型。

4. 金属的晶体性质：不同晶体结构的金属具有不同的性质，如硬度和延展性等。

教学活动：1. 引入金属的结晶过程，引导学生了解结晶的基本概念。

2. 介绍金属的晶体结构，让学生掌握金属原子的排列方式。

3. 通过示意图讲解金属的晶体类型，如面心立方晶格和体心立方晶格。

4. 探讨金属的晶体性质，让学生了解不同晶体结构对金属性质的影响。

第三章：金属的塑性变形与再结晶教学目标：1. 了解金属的塑性变形和再结晶过程。

2. 掌握金属的塑性变形方式和再结晶的条件。

教学内容：1. 金属的塑性变形：金属在外力作用下发生形状改变而不断裂的过程。

2. 金属的塑性变形方式：主要包括拉伸、压缩、弯曲和扭转等。

3. 再结晶：金属在加热和冷却过程中，晶体结构发生改变的现象。

4. 再结晶的条件：再结晶发生的温度、应变量和时间等因素。