冷塑变形

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。

冷塑变形的名词解释冷塑变形是一种工艺过程，通过冷加工方式改变金属材料的形状和性能。

与热塑变形不同，冷塑变形在常温下进行，不需要高温加热，也不产生熔化和液态变化。

这种方式的应用广泛，可以用于生产各种金属制品，包括金属件、管材和线材等。

1. 冷塑变形的原理和优势冷塑变形利用机械力的作用，在金属表面施加压力，使其形态发生改变。

金属的变形过程涉及晶体结构的变化和原子间的位移。

通过压力作用，金属内部的晶体结构发生滑移、滚动和重构，从而实现形状的改变。

与热塑变形相比，冷塑变形具有以下优势：a. 保留金属的力学性能：由于冷塑变形在常温下进行，金属的晶体结构不会破坏，原子之间的结合力保持良好，因此制成的金属制品具有较高的强度和硬度。

b. 精度高：冷塑变形可以在更低的温度下进行，原材料热膨胀系数小，热变形引起的尺寸误差较小，可以制造出更精确的金属制品。

c. 节省能源和成本：冷塑变形不需要加热设备和高温条件，不仅节省了能源，还降低了生产成本。

同时，冷加工还可以降低生产过程中的杂质含量和氧化层的生成，减少了后续的处理工序。

2. 冷拉伸和冷压缩冷塑变形的主要形式包括冷拉伸和冷压缩。

这两种方式都是通过施加外力使材料形状改变，但应用场景和特点有所不同。

冷拉伸是将金属材料拉伸至一定长度，从而使断面积变小而长度增加。

冷拉伸适用于制造丝材、钢丝绳和金属线等。

在冷拉伸过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，断面出现颈缩现象，形成较高的拉伸强度和延展性。

冷压缩是将金属材料压缩成特定形状，适用于制造金属板材、管材和型材等。

冷压缩过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，在特定模具的作用下，使金属原料形成所需的形状和尺寸。

压缩过程中，材料的宽度和厚度均发生变化，所以冷压缩可用于制造曲线形状和复杂几何结构的金属制品。

3. 冷塑变形的应用冷塑变形广泛应用于各个行业的生产制造过程中。

以下列举几个主要的应用领域：a. 汽车工业：冷塑变形被广泛应用于汽车行业，用于生产汽车车身结构件、底盘部件和发动机零部件。

焊接材料的塑性变形与断裂机理焊接是一种常见的金属加工方法，通过高温加热和冷却过程将两个或多个金属材料连接在一起。

在焊接过程中，焊接材料的塑性变形和断裂机理是非常重要的因素，它们直接影响着焊接接头的质量和性能。

首先，我们来探讨焊接材料的塑性变形机理。

塑性变形是指金属材料在受到外力作用下发生的可逆形变过程。

在焊接过程中，焊接材料会受到焊接电弧或热源的加热，从而达到熔化温度。

一旦焊接材料熔化，它就会变得可塑性，可以通过外力进行塑性变形。

焊接材料的塑性变形主要是通过热塑性变形和冷塑性变形来实现的。

热塑性变形是指焊接材料在高温下受到外力作用时发生的塑性变形。

在焊接过程中，焊接材料受到焊接电弧或热源的加热，使其达到熔化温度，然后通过焊接工具施加的外力进行塑性变形。

热塑性变形的优点是能够使焊接接头的形状更加精确，缺点是容易产生热裂纹和变形。

冷塑性变形是指焊接材料在冷却过程中受到外力作用时发生的塑性变形。

在焊接过程中，焊接材料在熔化后会迅速冷却，形成焊缝。

在冷却过程中，焊接材料会受到外力的作用，使其发生塑性变形。

冷塑性变形的优点是能够增加焊接接头的强度和硬度，缺点是容易产生冷裂纹和变形。

除了塑性变形，焊接材料的断裂机理也是非常重要的。

断裂机理是指焊接材料在受到外力作用下发生破裂的过程。

在焊接过程中，焊接材料会受到焊接电弧或热源的加热和冷却过程的影响，从而产生内部应力。

如果这些内部应力超过了焊接材料的强度极限，就会导致焊接接头的断裂。

焊接材料的断裂机理主要有两种，一种是脆性断裂，另一种是韧性断裂。

脆性断裂是指焊接材料在受到外力作用下迅速破裂的过程。

脆性断裂的特点是断口平整，没有明显的塑性变形。

脆性断裂主要是由于焊接材料中存在的缺陷或内部应力引起的。

韧性断裂是指焊接材料在受到外力作用下发生延展性破裂的过程。

韧性断裂的特点是断口不平整，有明显的塑性变形。

韧性断裂主要是由于焊接材料中的晶粒细化和断口韧化等因素引起的。

综上所述，焊接材料的塑性变形和断裂机理是影响焊接接头质量和性能的重要因素。

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。

实验冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。

二、实验说明1、金属冷塑性变形后的显微组织和性能变化金属冷塑性变形为金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。

金属在发生塑性变形时，外观和尺寸发生了永久性变化，其内部晶粒由原来的等轴晶逐渐沿加工方向伸长，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带，当变形程度很大时，晶界消失，晶粒被拉成纤维状。

相应的，金属材料的硬度、强度、矫顽力和电阻等性能增加，而塑性、韧性和抗腐蚀性降低。

这一现象称为加工硬化。

为了观察滑移带，通常将已抛光并侵蚀的试样经适量的塑性变形后再进行显微组织观察。

注意：在显微镜下滑移带与磨痕是不同的，一般磨痕穿过晶界，其方向不变，而滑移带出现在晶粒内部，并且一般不穿过晶界。

2、冷塑性变形后金属加热时的显微组织与性能变化金属经冷塑性变形后，在加热时随着加热温度的升高会发生回复、再结晶、和晶粒长大。

（1）回复当加热温度较低时原子活动能力尚低，金属显微组织无明显变化，仍保持纤维组织的特征。

但晶格畸变已减轻，残余应力显著下降。

但加工硬化还在，固其机械性能变化不大。

（2）再结晶金属加热到再结晶温度以上，组织发生显著变化。

首先在形变大的部位（晶界、滑移带、孪晶等）形成等轴晶粒的核，然后这些晶核依靠消除原来伸长的晶粒而长大，最后原来变形的晶粒完全被新的等轴晶粒所代替，这一过程为再结晶。

由于金属通过再结晶获得新的等轴晶粒，因而消除了冷加工显微组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形以前的状态。

金属的再结晶过程是在一定的温度范围能进行的，通常规定在一小时内再结晶完成95％所对应的温度为再结晶温度，实验证明，金属熔点越高，再结晶温度越高，其关系大致。

为：T＝0.4T熔（3）晶粒长大再结晶完成后，继续升温（或保温），则等轴晶粒以并容的方式聚集长大，温度越高，晶粒越大。

塑性变形对金属组织性能的影响塑性变形是指金属在外力作用发生不可恢复的变形。

因为金属在变形过程中承受很大的外力，所以金属的组织和性能一定会发生变化。

由于金属发生塑性变形时的温度不同，所以金属塑性变形可以根据变形温度分为冷变形，温变形，热变形。

在不同的温度下，金属发生塑性变形时其组织和性能会发生不同的变化。

1.冷塑性变形对金属组织和性能的影响金属发生塑性变形时其变形机制主要有位错的滑移，孪生，扭折，高温下还有晶界滑动和扩散蠕变等方式。

在这些变形方式下，金属的组织会在晶粒形状尺寸，亚结构等方面产生变化，还会产生变形织构等。

在位错的运动过程中，位错之间，位错与溶质原子，间隙原子，空位之间，位错与第二相质点之间都会发生相互作用，引起位错数量，分布的变化。

从微观角度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中发生的主要变化。

随着金属变形的进行及程度的增加，金属内部的位错密度开始增加，这是因为位错在运动到各种阻碍处如晶界，第二相质点等会受到阻碍，位错就会不断塞积和增值，直到可以使得相邻晶粒内的位错发动才能继续运动。

同时位错运动时所消耗的能量中会有一小部分没有转换成热能散发出去，反而会以弹性畸变能的形式存储在金属内部，使金属内部的点阵缺陷增加。

金属冷塑性变形后还会造成金属内部的亚结构发生细化，如原来在铸态金属中的亚结构直径约为0.01cm，经冷塑性变形后，亚结构的直径将细化至0.001-0.00001cm。

同样金属晶体在塑性变形过程中，随着变形程度的增大，各个晶粒的滑移面和滑移方向会逐渐向外力方向转动。

当变形量很大时，各晶粒的取向会大致趋向于一致，从而破坏了多晶体中各晶粒取向的无序性，也称为晶粒的择优取向，变形金属中这种组织状态则称为变形织构。

在塑性变形过程中随着金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变化。

随着变形程度的增大，金属的硬度，强度显著升高，而塑性韧性则显著下降，这一变化称为加工硬化。

加工硬化认为是与位错的运动和交互作用有关。