实验六 金属的塑性变形与再结晶
（Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）
实验学时：2 实验类型：综合
前修课程名称：《材料科学导论》
适用专业：材料科学与工程
一、实验目的
1． 观察显微镜下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孪晶
金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。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，是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向保持不变。
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。变形后的显微组织是由许多滑移带（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：① 各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；② 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）；③ 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。（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。）
1
试验一 塑性变形再结晶对Q235钢组织性能的影响
一 引言
1、塑性变形对金属组织与性能的影响
金属经塑性变形后，不仅形状和尺寸上发生变化，其组织和性能也发生变化。随着塑性变形量的增大，金属材料的由原始的等轴晶组织向纤维状组织转变，即晶粒将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。组织影响性能，由于变形产生了大量的位错和孪晶，对金属起到了强化作用，金属的强度和硬度有所提高，塑性下降，即产生了所谓的“加工硬化”现象。另外，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。
2、塑性变形后再结晶对组织性能的影响
塑性变形金属加热温度到再结晶温度时，原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，由破碎拉长或压扁的晶粒变为均匀细小的等轴晶粒。由于加热温度低于相变温度，故没有发生相变，只是一个新晶粒形核和长大的过程，即再结晶。再结晶消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态，纤维组织消失，取而代之的是均匀细小的等轴晶粒。
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。工业生产中则常以经过大变形量（约70%以上度的变形金属经1h保温，能完成再结晶（﹥95%转变量）的最低温度，定为该金属的再结晶温度。实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。金属的再结晶温度(T再)与其熔点(T熔)间的关系，大致可用下式表示：
T再=0.4 T熔
其中，T再、T熔按绝对温度计算，以铜为例，纯铜的熔点是1083℃，系数取0.40时，计算如下：
T再=0.40T熔=0.40×(1083+273)K=542.4K=269.4℃
金属的纯度越高，再结晶温度就越低，再结晶过程也就越快。反之，金属存在微量的杂质，或加入少量合金元素，均能提高再结晶温度。如在钢中加入钨、钼、钒等合金元素，就能显著提高钢的再结晶温度。利用这一规律，可以改善钢
材料力学性能-考前复习总结（前三章）
金属材料的力学性能指标是表示其在力或能量载荷作用下（环境）变形和断裂的某些力学参量的临界值或规定值。
材料的安全性指标：韧脆转变温度Tk；延伸率；断面收缩率；冲击功Ak；缺口敏感性NSR
材料常规力学性能的五大指标：屈服强度；抗拉强度；延伸率；断面收缩率；冲击功Ak；硬度；断裂韧性
第一章单向静拉伸力学性能
应力和应变：条件应力条件应变 =
真应力真应变
应力应变状态：可在受力机件任一点选一六面体，有九组应力，其中六个独立分量。其中必有一主平面，切应力为零，只有主应力，且
，满足胡克定律。
应力软性系数：最大切应力与最大正应力的相对大小。
1 弹变1）弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。ae=1/2σeεe=σe2/2E。取决于E和弹性极限，弹簧用于减震和储能驱动，应有较高的弹性比功和良好弹性。需通过合金强化及组织控制提高弹性极限。
2）弹性不完整性：纯弹性体的弹性变形只与载荷大小有关，而与加载方向及加载时间无关，但对实际金属而言，与这些因素均有关系。
①滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。与材料成分、组织及试验条件有关，组织约不均匀，温度升高，切应力越大，滞弹性越明显。金属中点缺陷的移动，长时间回火消除。
弹性滞后环：由于实际金属有滞弹性，因此在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线与卸载线不重合，形成一封闭回路。吸收变形功 循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力（塑性区加载，塑性滞后环），也叫内耗（弹性区加载），或消震性。
②包申格效应：
定义：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。（反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了）
材料物理复习题
一、名词解释
晶带轴：同一晶带中所有晶面与其他面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条平行直线称为晶带轴。
致密度：致密度是指晶胞中原子本身所占的体积百分数，即晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积的比值。
配位数：配位数(coordination number)是中心离子的重要特征。直接同中心离子(或原子)配位的原子数目叫中心离子(或原子)的配位数。
相：相(phase)是系统中结构相同、成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分固溶体：固溶体指的是矿物一定结晶构造位置上离子的互相置换，而不改变整个晶体的结构及对称性等。
中间相：两组元A和B组成合金时，除了可形成以A为基体或以B为基体的固溶体外(端际固溶体)外，还可能形成晶体结构与A,B两组元均不相同的新相。
柏氏矢量：柏氏矢量(Burgers vector)是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。
刃位错：刃型位错有一个额外的半原子面。一般把多出的半原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记为“┻”；而把多出在下边的称为负刃型位错，记为“┳”。其实这种正、负之分只具相对意义而无本质的区别。
螺位错：一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。
肖克莱不全位错：面心立方晶体中，柏氏矢量为1/6<112>的不全位错。
弗拉克不全位错：面心立方晶体中，伯格斯矢量为1/3<111>的纯刃形不全位错。
肖脱基空位：晶体结构中的一种因原子或离子离开原来所在的格点位置而形成的空位式的点缺陷。
弗兰克尔空位：当晶体中的原子由于热涨落而从格点跳到间隙位置时，即产生一个空位和与其邻近的一个间隙原子，这样的一对缺陷--空位和间隙原子，就称为弗兰克尔缺陷。
反应扩散：通过扩散使固溶体内的溶质组元超过固溶极限而不断形成新相的扩散过程，称为反应扩散或相变扩散。
