冷塑性变形

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。

实验一：金属冷塑性变形强化与再结晶一、实验目的1、掌握冷变形后金属的显微组织特点和硬度变化规律，理解变形量对金属硬度的影响。

2、掌握再结晶退火温度对再结晶组织形貌及晶粒大小的影响。

二、实验原理金属在外力作用下，当应力超过其弹性极限时将发生不可恢复的永久变形称为塑性变形。

金属发生塑性变形后，除了外形和尺寸发生改变外，其显微组织与各种性能也发生明显的变化。

经塑性变形后，随着变形量的增加，金属内部晶粒沿变形方向被拉长为偏平晶粒。

变形量越大，晶粒伸长的程度越明显。

变形量很大时，各晶粒将呈现出“纤维状”组织。

同时内部组织结构的变化也将导致机械性能的变化。

即随着变形量的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化或应变硬化。

在本实验中，首先以工业纯铁为研究对象，了解不同变形量对硬度和显微组织的影响。

冷变形后的金属是不稳定的，在重新加热时会发生回复、再结晶和晶粒长大等过程。

其中再结晶阶段金属内部的晶粒将会由冷变形后的纤维状组织转变为新的无畸变的等轴晶粒，这是一个晶粒形核与长大的过程。

此过程完成后金属的加工硬化现象消失。

金属的力学性能将取决于再结晶后的晶粒大小。

对于给定材料，再结晶退火后的晶粒大小主要取决于塑性变形时的变形量及退火温度等因素。

本实验以变形量为50%的工业纯铁为试样，在不同温度下进行再结晶退火，研究退火温度对再结晶组织的影响，并测定再结晶晶粒大小。

三、实验设备和材料1、实验设备液压机，实验轧机，金相显微镜，布氏硬度计2、实验材料（1）变形度为0%、30%、50%、70%的工业纯铁试样两套，一套经表面磨平后用于硬度的测定，一套经磨制、抛光处理后，用4%HNO3硝酸酒精溶液腐蚀；（2）工业纯铁经50%塑形变形后，分别在450℃、600℃、750℃保温30分钟，缓冷至室温，经镶嵌、磨制、抛光处理后，用4%HNO3硝酸酒精溶液腐蚀；四、实验内容及步骤1、变形量对工业纯铁冷变形显微组织和硬度的影响。

冷变形的特点及应用冷变形是指材料在低温下发生塑性变形的现象。

与常温下的塑性变形相比，冷变形具有以下几个特点：1. 温度影响：冷变形发生在低温下，一般为材料的固定温度下进行变形。

温度的降低会使材料的塑性变形能力降低，增加了材料的强度和硬度。

因此，在进行冷变形时，需要施加更大的应力才能使材料发生塑性变形。

2. 麻痹效应：冷变形会使材料表面产生麻痹效应，即材料表面的晶粒被拉长，使其变得细长而不规则。

这种细长的晶粒会使材料的塑性变形能力降低，增加了材料的强度和硬度。

3. 冷变形强度：冷变形会使材料的强度和硬度增加。

在冷变形过程中，材料的晶体结构会发生改变，晶粒会被拉长并细化，这种细化的晶粒结构会使材料的强度和硬度增加。

4. 冷加工硬化：冷变形会使材料的硬度增加，这是由于冷变形过程中材料的晶体结构发生了改变，晶粒会被拉长并细化。

这种细化的晶粒结构会增加材料的位错密度，从而增加了材料的硬度。

冷变形具有以下几个应用：1. 冷轧：冷轧是一种常见的冷变形加工方法，用于制造薄板和带材。

冷轧过程中，金属材料通过辊道冷却后，在低温下被压制成所需的形状。

冷轧可以使材料的强度和硬度增加，同时还可以提高材料的表面质量和尺寸精度。

2. 冷拉伸：冷拉伸是一种将金属材料拉伸至所需尺寸的加工方法。

在冷拉伸过程中，材料在低温下被拉伸，从而使其形状发生变化。

冷拉伸可以使材料的强度和硬度增加，同时还可以提高材料的表面质量和尺寸精度。

3. 冷挤压：冷挤压是一种将金属材料通过模具压制成所需形状的加工方法。

在冷挤压过程中，材料在低温下通过模具的挤压作用，使其发生塑性变形。

冷挤压可以使材料的强度和硬度增加，同时还可以提高材料的表面质量和尺寸精度。

4. 冷锻：冷锻是一种将金属材料通过模具的冷锻作用，使其形状发生变化的加工方法。

在冷锻过程中，材料在低温下被模具锤击，从而使其发生塑性变形。

冷锻可以使材料的强度和硬度增加，同时还可以提高材料的表面质量和尺寸精度。