【材料课件】实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察

实验三金属塑性变形与再结晶一、实验目的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；研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。

加深对加工硬化现象和回复再结晶的认识。

二、基本原理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。

实验三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%之间以下,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.二、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hcp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.④纯铁的变形孪晶：铁为bcc晶体,有12个滑移系,一般变形为滑移.在－120℃以下冲击,低温滑移阻力大,大的应力也可引起孪生方式的变形.2．观察铝片经不同变形量后退火发生再结晶后晶粒的大小.一组试样的变形量分别为0、1、2、3、5、8、10、13%,见试样头部的字号,用钢板尺测晶粒的平均截线长.方法：取一线段,数穿过了多少个晶粒,则)()(n mm d 晶粒的个数测量用线段总长=,为保证数字有意义,50>n .三、实验报告要求 报告内容部分：1．画出见到的四中组织示意图,每一个注明组织特征,简述形成组织的原因或过程.2．用表格列出测量铝片用的总长度,数出的晶粒个数,算出平均截线长.用坐标纸画出在结晶后的晶粒尺寸与变形量关系曲线.指出其临界变形量.。