实验五 金属的塑性变形与再结晶 实验报告

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。

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。

实验十塑性变形和再结晶一、实验目的1. 研究金属冷变形过程机器组织性能的变化。

2. 研究冷变形金属在加热时组织性能的变化。

3. 了解金属的再结晶温度和再结晶后晶粒大小的影响因素。

4. 初步学会测定晶粒度的方法。

二、实验内容说明金属经冷加工变形后,其组织和性能均发生变化:原先的等轴晶组织,随着塑性变形量的增大,其晶粒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。

随着组织的变化,金属的性能也发生改变:强度硬度增高,塑性则逐渐下降,即产生了“加工硬化”。

经冷变形后的金属加热到再结晶温度时,又会发生相反转变。

新的无应变的晶粒取代原先变形的晶粒,金属的性能也恢复到变形前的情况,这一过程称为再结晶。

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,在某一变形度变形,再经退火处理后晶粒异常粗大,该变形度称为临界变形度,它使材料性能恶化,是压力加工中切忌的问题。

本实验主要以低碳钢为对象,分析其塑性变形和再结晶过程中显微组织的变化。

观察经一定冷变形后不同退火温度下低碳钢的显微组织,测定再结晶度,此外对不同冷变形度的低碳钢材料进行高温退火,测定晶粒度,从而确定临界变形度。

三、实验步骤1. 教师讲解金属塑性变形与再结晶的组织状态,介绍用对照法、割线法测定晶粒度的方法。

2. 观察纯铁经10%,15%,20%,50%,70%变形度变形后的显微组织。

描绘其组织特征。

3. 观察纯铁经70%变形度在400℃,450℃,500℃,600℃,850℃退火半小时后的试样,一组五只,从中找得再结晶后晶粒大小与退火温度之间的定性关系。

4. 观察纯铁经10%,20%,30%,50%,70%五种变形度变形后在850℃退火半小时后组织,分别用对照法和割线法测得其晶粒度,确定其临界变形度的大致范围。

5. 观察并描绘纯铁冷变形的滑移线和冲击载荷下产生的机械双晶及纯锌压延后机械双晶、黄铜的退火双晶。

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。

）另一种变形的方式为孪晶。

不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、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，即晶体的一部分以一定的晶面（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。

金属的塑性变形与再结晶实验目的:1. 研究低碳钢在塑性变形后组织性能的变化规律。

2. 讨论塑性变形后低碳钢在加热时组织与性能的变化规律。

3.了解变形程度对再结晶后晶粒大小的影响。

实验设备及材料：1.各种变形的低碳钢式样一套。

2.同一变形度（51%）的式样一套。

3.洛氏硬度计，加热炉，金相显微镜及砂纸，抛光机和侵蚀剂。

4.塑性变形后再结晶的工业纯铁显微式样一套。

5.不同变形度经再结晶后具有不同晶粒度的铝片式样一套。

实验步骤：1.每人领取两块式样，一块用于研究不同形变程度对硬度的影响，另一块研究不同温度对性能的影响。

2.研究16Mn钢的硬度与变形的关系：测量变形程度为0%，40%，50%，64%的硬度记录在表3-1中。

根据表中的数据，以变形度（%）为横坐标，硬度（HRB）为纵坐标，绘制出硬度与变形曲线关系，如图3-1：编号变形度硬度（HRB）1 0% 87.82 26.9% 98.33 41.5% 102.54 64.3% 103.0表3-1图3-1结论：钢的硬度随着冷变形程度的增加而增加.3.研究变形后的16Mn钢加热是硬度的变化：以同一变形程度51%的16Mn钢试样，测量其硬度后，分别加热至100℃，300℃，500℃，550℃，600℃，700℃，800℃保温30分钟后测量硬度，将数据列入表3-2中。

根据表3-2中的数据，以加热温度为横坐标，硬度为纵坐标，绘制出加热温度与硬度的曲线关系如图3-2。

同一塑性变形后16Mn钢加热时硬度的变化：编号加热温度保温时间硬度（HRB）1 100℃30min 982 300℃30min 953 500℃30min 944 550℃30min 725 600℃30min 556 700℃30min 517 800℃30min 45表3—2图3-2结论：随着16Mn钢塑性变形后加热温度升高，硬度减小，加热温度小于500℃时，硬度减小不明显加热温度大于500℃时，随着加热温度升高，硬度急剧减小。

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。

第1篇一、实验目的1. 了解金属塑性变形的基本原理和规律；2. 掌握金属塑性变形实验的基本操作方法；3. 分析塑性变形对金属组织和性能的影响；4. 探讨塑性变形过程中的再结晶现象。

二、实验原理金属塑性变形是指金属在受力作用下，发生永久变形的过程。

在塑性变形过程中，金属内部晶粒会发生位错运动、滑移、孪晶等变形机制，导致晶粒发生塑性变形。

塑性变形对金属的组织和性能有重要影响，如强度、硬度、韧性等。

再结晶是指塑性变形过程中，晶粒发生重新排列、晶界移动、位错密度降低等现象，从而恢复金属的原始性能。

三、实验材料与设备1. 实验材料：纯铜棒；2. 实验设备：万能材料试验机、光学显微镜、电子天平、加热炉、砂纸等。

四、实验步骤1. 将纯铜棒加工成直径为10mm、长度为100mm的圆柱形试样；2. 对试样进行表面处理，去除氧化层；3. 使用万能材料试验机对试样进行拉伸实验，记录拉伸过程中的应力、应变数据；4. 将拉伸后的试样进行磨光、抛光，观察其显微组织；5. 使用光学显微镜观察试样变形前后的晶粒、位错等特征；6. 记录实验数据，分析塑性变形对金属组织和性能的影响。

五、实验结果与分析1. 拉伸实验结果根据实验数据，绘制应力-应变曲线，如图1所示。

从图中可以看出，纯铜棒在拉伸过程中，应力与应变呈线性关系，当应力达到屈服极限后，进入塑性变形阶段，应力与应变曲线出现非线性变化。

图1 纯铜棒应力-应变曲线2. 显微组织观察结果在光学显微镜下观察纯铜棒变形前后的显微组织，发现变形后的试样晶粒发生了明显变形，晶界模糊，位错密度增加，如图2所示。

图2 纯铜棒变形前后显微组织3. 再结晶现象分析在塑性变形过程中，试样发生再结晶现象，晶粒发生重新排列、晶界移动、位错密度降低等。

再结晶后的试样晶粒细化，位错密度降低，如图3所示。

图3 纯铜棒再结晶后显微组织六、结论1. 金属塑性变形是指金属在受力作用下，发生永久变形的过程；2. 塑性变形对金属的组织和性能有重要影响，如强度、硬度、韧性等；3. 塑性变形过程中的再结晶现象可以恢复金属的原始性能；4. 通过实验研究，掌握了金属塑性变形的基本原理和规律，为金属加工和材料设计提供了理论依据。

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。

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。

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沱间）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。

、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hep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。

实验二金属的塑性变形与再结晶一、实验目的1、了解工业纯铁经冷塑性变形后，变形量对硬度和显微组织的影响2、研究变形量对工业纯铝再结晶退火后晶粒大小的影响二、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。

变形量越大，再结晶后的晶粒越细；金属能进行再结晶的最小变形量通常在2~8%之间，此时再结晶后的晶粒特别粗大，称此变形度为临界变形度。

大于此临界变形度后，随变形量的增加，再结晶后的晶粒逐渐细化。

在本实验中将研究工业纯铝经不同变形量拉伸后在550℃温度再结晶退火后其晶粒大小，从而验证变形量对再结晶晶粒大小的影响。

三、实验设备和材料1、实验设备箱式电阻炉、万能拉伸机、卡尺、低倍4X型金相显微镜、洛氏硬度计等2、实验材料(1)变形度为0%、30%、50%、70%的工业纯铁试样两套，其中一套用于塑性变形后的硬度测定，一套为已制备好的不同变形量下的金相标准试样，用于观察组织（2）工业纯铝试样，尺寸为160mm×20m m×0.5mm，（3）腐蚀液：40mlHNO3+30mlHCl+30mlH2O+5g纯Cu），硝酸溶液四、实验内容及步骤1、测定工业纯铁的硬度（HRB ）与变形度的关系，观察不同塑性变形量后工业纯铁的金相显微组织（1）将工业纯铁的试样在万能拉伸实验机上分别进行0%、30%、50%、70%的压缩变形。

实验五金属的冷塑性变形与再结晶陈灵一、实验目的1.了解金属经冷塑性变形与再结晶后的显微组织变化。

2.了解变形程度对金属再结晶晶粒度的影响。

二、实验说明当作用于金属的外力超过其屈服极限时金属产生塑性变形，使金属的外部尺寸，内部组织及其性能发生变化。

1. 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。

图5-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。

图5-1 工业纯铁冷塑性变形后组织150×a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%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。

此外，在金属内部还产生残余应力。

一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。

2. 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，仍保持着纤维组织的特征。

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，故其力学性能变化不大。

（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，通过形核与长大方式进行再结晶，图5-2反映了冷塑性变形工业纯铁的再结晶过程的显微组织。

实验七塑性变形与再结晶的显微组织分析一．实验目的1）研究金属冷变形后，变形度对显微组织的影响2）了解在冷变形后进行再结晶退火的显微组织变化情况，重点了解不同变形对退火后晶粒大小的影响情况，以及再结晶温度对再结晶后晶粒大小的影响二．原理概述金属变形可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个基本过程。

当应力增加到超过弹性极限时，金属就要产生塑性变形，外力去掉后，这部分变形仍然保留着，此种变形过程称为塑性变形。

塑性变形能提高金属和合金的强度与硬度，而塑性、韧性则下降，即产生加工硬化现象。

冷塑性变形后，不但性能发生变化，金属和合金的组织也发生变化。

如晶粒形状的改变；出现滑移带、孪生带；晶内出现亚结构；塑性变形量很大时，将产生变形织构。

在塑性变形过程中形成的变形织构经再结晶退火后，在金属中保留或新发展起来的织构称为再结晶织构或退火织构。

面心立方晶格的金属或合金，在塑性变形过程中，不容易形成孪晶。

但在再结晶退火后，在面心立方晶格的金属中经常出现孪晶，这种孪晶叫再结晶孪晶或退火孪晶。

金属产生织构以后，不能在显微镜下直接观察到。

三．影响金属显微组织的因素冷变形对金属显微组织的影响金属发生塑性变形时，随着变形程度的增加，晶粒逐渐沿受力方向伸长，并且晶粒内部产生许多亚晶粒。

变形程度对再结晶后晶粒大小的影响变形程度是影响再结晶退火后晶粒大小的最重要因素。

在其它条件相同的情况，变形量越大，则晶粒越细。

变形程度与晶粒度的关系如图7-1所示。

图7-1 变形程度对再结晶后晶粒大小的影响δk称为临界变形程度。

不同金属的临界变形程度不同，一般都在2～10%之间。

铁为2～10%，钢为5～10%，铜及黄铜约为5%当变形量在临界变形量附近时，晶粒之所以变粗是由于变形量小时，变形不均匀并分布在个别区域，只有极少数区域有条件产生核心。

因此，这些个别核心就可以进行异常的长大，最后长为粗晶粒。

变形量增加时，形成核心的微小区域增加，这时每个核心都需要长大，在相互制约的情况下，结果得到细晶粒。