实验五 金属的冷塑性变形与再结晶

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。

实验五⾦属的塑性变形与再结晶实验报告实验五⾦属的塑性变形与再结晶⼀，实验⽬的1、观察显微镜下滑移绒、变形孪晶与退⽕孪晶的特征；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、讨论冷加⼯变形度对再结晶后晶粒⼤⼩的影响。

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(平⾏的⿊线)所组成。

在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：各晶粒内滑移带的⽅向不同(因晶粒⽅位各不相同)，各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多(即变形量⼤)，有的晶粒内滑移带少(即变形量⼩)；在同⼀晶粒内，晶粒中⼼与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中⼼滑移带密，⽽边界滑移带稀，并可发现在⼀些变形量⼤的晶粒内，滑移沿⼏个系统进⾏，经常看见双滑移现象(在⾯⼼⽴⽅晶格情况下很易发现)，即两组平⾏的⿊线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多⼩块。

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(孪晶⾯或双晶⾯)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。

在密排六⽅结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶⽅式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的⽵叶状特征。

对体⼼⽴⽅结构的a⼀F e，在常温时变形以滑移⽅式进⾏，⽽在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶⽅式变形，⽽⾯⼼⽴⽅结构⼤多是以滑移⽅式变形的。

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。

材料科学与工程学院综合实验报告书杨指导老师签名：2015 年 07 月 10 日实 验 名 称： 金属的塑性变形与再结晶年级专业及班级： 13金属材料姓 名：学 号：指 导 教 师： 评 定 成 绩：教 师 评 语：一、实验时间、地点和小组成员二、实验目的及要求目的：1.研究塑性变形对金属组织和金属机械性能的影响。

2.了解金属经过冷塑性变形后显微微观组织及机械性能的变化。

3.观察和研究变形度与加热温度对冷塑性变形金属组织和机械性能的影响。

要求：能根据要求查阅资料，设计实验方案，正确分析实验结果。

通过实验培养学生分析和解决问题的能力以及创新精神三、实验内容1.实验材料本实验使用材料为紫铜，现将紫铜板切成条状试片，拉伸前的铜片有一定变形，为消除在剪切过程中铜片所受的冷加工效应，避免影响随后得到的变形度，必须预先将紫铜片进行退火（500℃保温60分钟），使试片处于软化状态。

2.加工变形首先在退火软化的紫铜片上划好标距（750mm）然后将试样安放到拉伸机上，调整好后进行拉伸，到标距被拉到所需要长度时停止拉伸，变形严重不均匀者报废。

%100*])([00L L L -=δ3.试样的切割将拉伸试样从中间切割成四小块，一块用于观察冷变形组织，另三块用于观察再结晶退火组织。

试样切割过程应缓慢进行，并加水冷却，避免切割引起的组织变化。

4.再结晶退火各组将拉伸后铜片按各组制定的退火温度进行退火，加热时要等炉温升到规定的温度再放试样，保温到制定时间，取出试样后空冷。

5.金相试样制作金相试样制作过程应做好标记，注意按观察所需的平面制作试样。

镶相、磨样、抛光。

要求制作试样表面达到镜面光滑，在显微镜下观察无刮痕。

6.酸浸蚀浸蚀液配方：5g 氯化铁：25ml 浓盐酸：100ml 水将退火完的紫铜片用腐蚀剂进行侵蚀，带晶粒显出后停止侵蚀，用水冲洗干净点酒精吹干。

要求得到晶界明显，清晰的晶粒组织照片，为合格。

四、实验数据处理与分析未热处理的100倍试样试样编号 1 2 3 4 试样人坐号 5 6 7 8 设计变形度 25% 50% 75% 拉断 变形后试样长度（mm ） 79.2885.3 91.88 117.8 实际变形量（%） 5.7% 13.7% 22.5% 57% 变形前晶粒度 变形后晶粒度 再结晶晶粒度未热处理100倍试样未热处理的400倍试样未热处理的400倍试样450度保温时间40分钟100倍样450度保温40分钟100倍试样450度保温时间40分钟400倍样 450度保温时间40分钟400倍试样450度保温时间50分钟100倍 450度保温时间50分钟100倍 450度保温时间50分钟400试样 450度保温时间50分钟400倍450度保温时间60分钟100倍450度保温时间60分钟100倍450度保温时间60分钟400倍450度保温时间60分钟400倍思考题：（1）金属经过冷塑性变形以后其金相组织处于不稳定状态，因而在随后的加热升温过程中，会出现回复，再结晶及晶粒长大三个过程。