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。
再结晶名词解释
再结晶是固态材料在特定条件下进行晶体重排和重新生长的过程。固态材料的再结晶过程可以通过热处理来实现，常见的方法有退火和热变形。
在退火过程中，材料被加热到高温，使原有的晶体结构解体，并通过原子或分子的扩散使晶体重新排列和生长。退火温度一般低于材料的熔点，以避免材料的熔化。
热变形是通过对材料施加外力和热处理相结合的方法进行再结晶。在热变形过程中，材料会先被加热到高温，然后在施加的外力的作用下，发生塑性变形。在变形过程中，材料内部会发生组织的重排和晶体的再生长，从而实现再结晶的目的。
再结晶可以改变材料的晶体结构和晶粒尺寸，从而影响材料的性能。再结晶可以消除材料的应力，提高材料的延展性和塑性，降低材料的硬度和强度。再结晶还可以改善材料的晶界和析出相，提高材料的晶体纯度和均匀性，改善材料的热稳定性和耐腐蚀性。
再结晶过程中的主要因素包括温度、时间和应力。温度是再结晶发生的关键因素，适当的温度可以促进原始晶体的解体和晶体的再生长。时间是再结晶的持续时间，较长的时间可以使再结晶更完全。应力是对材料施加的外力，可以改变材料的形变行为和再结晶的速率。
再结晶广泛应用于金属、合金和陶瓷等固态材料的制备和加工过程中。通过再结晶可以改善材料的性能和特性，满足不同应用领域对材料的要求。再结晶也是固态材料学和材料科学研究的重要内容之一，对于探索材料的结构与性能关系、理解材料的微观机制和提高材料的性能具有重要意义。
课程名称：《工程材料》 第 周，第 讲次
摘 要
授课题目
（章、节） 第三章 金属的塑性变形与再结晶
第一节 金属的塑性变形
第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响
第三节 变形组织在加热时的组织和性能变化
第四节 金属的热加工
第五节 超塑性
本讲目的要求及重点难点：
【目的要求】1.了解金属的塑性变形过程；
2.掌握加工硬化现象；
3.熟悉冷变形金属在加热过程中组织与性能的变化；
4.掌握冷加工与热加工的区别。
【重 点】1. 金属塑性变形本质；
2. 冷塑性变形对金属材料的组织和性能的影响；
3. 经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化；
4.冷加工与热加工的区别；
【难 点】加工硬化产生的原因及在生产中的利弊，回复和再结晶现象，细晶粒钢强度高、
塑性好的原因。
内 容
【本讲课程的引入】
在工业生产中，许多金属零件都要经过压力加工，如锻造、轧制、拉丝、挤压、冲压和切削成形，压力加工的一个基本特点就是金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。
生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工；了解金属的塑性变形过程中组织和性能的变化规律，不仅对改进金属材料的加工工艺，而且对发挥材料的性能潜力，提高产品质量都具有重要意义。
金属的塑性变形可分为冷塑性变形和热塑性变形两大章，在这章里我们主要讲金属的冷塑性变形。
【本课程的内容】
第一节 金属的塑性变形
大家都知道实际金属材料都为多晶体，为了解多晶体金属材料的塑性变形过程，不防先看一下单晶体是怎样发生塑性变形的。
一、单晶体的滑移变形
金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生”等不同方式，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。下面我们具体看一下单晶体塑性变形的基本方式——滑移。
何谓滑移和孪生
滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑动
孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向作均匀切变
指出三种典型结构金属晶体的滑移面和滑移方向
1. 面心立方金属：密排面111密排晶向1101234个滑移系，塑性较好
2. 体心立方金属：密排面110密排晶向1111226个滑移系，塑性较好
3. 密排六方金属：室温时0001密排晶向2011331塑性较差
并比较其滑移难易程度
1. 当其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越多，则滑移时可供采用的空间位向也多，塑性也越好
2. 面心立方晶格的金属晶体的滑移系为12个，密排立方结构的金属晶体的滑移系为3个2011,0001，所以面心立方晶格的金属晶体更易发生滑移
3. 从此可以看出，面心立方和体心立方金属的塑性较好，而密排六方金属的塑性较差
4. 金属塑性的好坏，不只是取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子的密排程度和滑移方向的数目有关
5. 例如Fe，它的滑移方向不及面心立方金属多，其滑移面上原子密排程度也比面心立方金属低，因此它的滑移面间距较小，原子间结合力较大，必须在较大的应力作用下才开始滑移，所以它的塑性要比铜铝金银等面心立方金属差些
为何晶体的滑移通常沿着其最密晶面和最密晶向进行 1. 在晶体原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面与面之间的距离却最大，即密排面之间的原子间结合力最小，滑移阻力最小，最易于滑移
2. 沿最密晶向滑移的步长最小，这种滑移所需要的切应力最小
何谓加工硬化
金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象
运用位错理论说明细化晶粒可以提高材料强度的原因
通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化
