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金属的塑性变形与再结晶实验实验报告资料实验目的：通过实验研究金属的塑性变形与再结晶的过程，了解金属材料的性质及其应用。
实验原理：1.金属的塑性变形金属的塑性变形是指在外力作用下，金属发生形变而不断展开的一种过程。
金属的塑性变形具有以下特点：①金属塑性变形具有可逆性，即当外力解除时形变可回复。
②金属的塑性变形是沿晶的，即沿晶体内的晶体结构变形。
③金属的塑性变形具有连续性，即在一定应变范围内，应力与应变呈线性关系。
2.金属的再结晶金属的再结晶是指在金属塑性变形的过程中，原来的组织结构发生了某些变化，而在恰当的条件下，这些组织结构又恢复到了原来的状态，这种过程就叫做金属的再结晶。
金属的再结晶的特点如下：①金属的再结晶是晶体内部的结构调整。
②金属的再结晶能够使金属的内部应力有所缓和。
实验步骤：1.制备试样：准备金属的坯料，在坯料上打上“X”形切口，切口至深为材料厚度的1/2。
2.进行冷加工：采用箔冷机或轧制机进行冷加工，进行一定程度的压缩形变。
在经过一定拉伸形变后，在X形切口处出现了明显的变形。
3.进行再结晶退火：将试样放入电阻炉中进行再结晶退火，然后进行空冷，使试样的晶粒细化，且Z形切口处无明显变形。
4.进行显微组织观察：将试样进行金相试样制备和显微组织观察。
在加工前，金属材料的结构均匀且颗粒晶粒较大，大量晶界分布而成急促晶界。
在加工后，晶粒较小，分布均匀；试样表面被拉伸，并且形成了急促晶界。
在经过再结晶退火处理后，试样中的晶粒再次变小，形成了勾芡状晶粒，Z形切口处没有变形出现，晶界清晰。
实验结果：通过本次实验，我们得到了以下实验结果：1.金属材料在冷加工的过程中，晶粒会发生变形，形成急促晶界。
2.金属在经过适当的再结晶退火处理后，晶粒又会重新排列，形成勾芡状的晶籍，并且试样中没有变形现象。
实验分析：本次实验从实验原理、实验步骤、实验结果三方面说明了金属塑性变形和再结晶的过程，得到了较好的结果。
同时我们也认识到，产生分析实验结果的原因不外乎通往实验目的的基本原理和实验的步骤。
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。
第六章 金属和合金的塑性变形和再结晶金属材料（包括纯金属和合金）在外力的作用下引起的形状和尺寸的改变称为变形。
去除外力，能够消失的变形，称弹性变形；永远残留的变形，称塑性变形。
工业生产上正是利用塑性变形对金属材料进行加工成型的，如锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等。
塑性变形不仅能改变工件的形状和尺寸，还会引起材料内部组织和结构的变化，从而使其性能发生变化。
以再结晶温度为界，金属材料的塑性变形大致可分为两类：冷塑性变形和热塑性变形，在生产上，通常称为冷加工和热加工。
经冷塑性变形的金属材料有储存能，自由能高，组织不稳定。
若升高温度，使原子获得足够的扩散能力，则变形组织会恢复到变形前的状态，这个恢复过程包括：回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
从金属材料的生产流程来看，一般是先进行热加工，然后才进行冷加工和再结晶退火。
但为了学习的方便，本章先讨论冷加工，再讨论再结晶和热加工。
§6.1 金属材料的变形特性一、 应力—应变曲线金属在外力作用下，一般可分为弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。
图6.1是低碳钢拉伸时的应力—应变曲线，这里的应力和应变可表示为：000,L L L L L A F ∆=-==εσ 公式中F 是拉力，00,L A 分别是试样的原始横截面积和原始长度。
从图中可以得到三个强度指标：弹性极限e σ，屈服强度s σ，抗拉强度b σ。
当拉应力小于弹性极限e σ时，金属只发生弹性变形，当拉应力大于弹性极限e σ，而小于屈服强度s σ时，金属除发生弹性变形外，还发生塑性变形，当拉应力大于抗拉强度b σ时，金属断裂。
理论上，弹性变形的终结就是塑性变形的开始，弹性极限和屈服强度应重合为一点，但由于它们不容易精确测定，所以在工程上规定：将残余应变量为0.005%时的应力值作为弹性极限，记为005.0σ，而将残余应变量为0.2%时的应力值作为条件屈服极限，记为2.0σ。
s σ和2.0σ都表示金属产生明显塑性变形时的应力。
第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。
教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。
难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。
当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。
一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。
第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。
第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。
二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。
回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。
因为回复阶段仍保持很高的位错密度。
在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。
四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。
点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。
2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。
五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。
§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
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实验种类：综合前修课程名称：《资料科学导论》合用专业：资料科学与工程一、实验目的1．察看显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特色；2．认识金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化；3．议论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概括1．显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超出弹性极限后，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挪动（本质为位错沿滑移面运动）的结果。
滑移后在滑移面双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，一组渺小的台阶在显微镜下只能察看到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微组织是由很多滑移带（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色：①各晶粒内滑移带的方向不一样（因晶粒方向各不相同）；②各晶粒之间形变程度不平均，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，晶粒中心与晶粒界限变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而界限滑移带稀，并可发此刻一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，常常看见双滑移现象（在面心立方晶格状况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交织起来，将晶粒分红很多小块。
（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立刻直接在显微镜下察看；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消逝，察看不到。
原由是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平坦台阶，不是资料内部晶体构造的变化，样品制备过程会造成滑移带的消逝。
）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，即晶体的一部分以必定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部散发生对称挪动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
何谓滑移和孪生滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑动孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向作均匀切变指出三种典型结构金属晶体的滑移面和滑移方向1. 面心立方金属：密排面{}111密排晶向1101234=⨯个滑移系，塑性较好2. 体心立方金属：密排面{}110密排晶向1111226=⨯个滑移系，塑性较好3. 密排六方金属：室温时{}0001密排晶向2011331=⨯塑性较差 并比较其滑移难易程度1. 当其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越多，则滑移时可供采用的空间位向也多，塑性也越好2. 面心立方晶格的金属晶体的滑移系为12个，密排立方结构的金属晶体的滑移系为3个()2011,0001，所以面心立方晶格的金属晶体更易发生滑移3. 从此可以看出，面心立方和体心立方金属的塑性较好，而密排六方金属的塑性较差4. 金属塑性的好坏，不只是取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子的密排程度和滑移方向的数目有关5. 例如Fe -α，它的滑移方向不及面心立方金属多，其滑移面上原子密排程度也比面心立方金属低，因此它的滑移面间距较小，原子间结合力较大，必须在较大的应力作用下才开始滑移，所以它的塑性要比铜铝金银等面心立方金属差些为何晶体的滑移通常沿着其最密晶面和最密晶向进行1.在晶体原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面与面之间的距离却最大，即密排面之间的原子间结合力最小，滑移阻力最小，最易于滑移2.沿最密晶向滑移的步长最小，这种滑移所需要的切应力最小何谓加工硬化金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象运用位错理论说明细化晶粒可以提高材料强度的原因通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。
实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。
这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。
故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化运用位错理论说明细化晶粒可以提高材料强度的原因来自69页北京工业大学2009细晶强化的位错理论1.金属多晶体材料塑性变形时，粗大晶粒的晶界处塞积的位错数目多，形成较大的应力场，能够使相邻晶粒内的位错源启动，使变形继续2.相反，细小晶粒的晶界处塞积的位错数目少，要使变形继续，必须施加更大的外加作用力以激活相邻晶粒内的位错源3.因此，细晶材料要发生塑性变形需要更大外部作用力，即晶粒越细小晶体强度越高单相固溶体合金的强度均高于纯溶剂组元的强度，试用位错理论分析之120页西北工业2009固溶强化机制131页西北工业2008合金强化机制真题答案已经整理何谓弥散强化，用位错理论说明其原因160页西安理工2009第二相粒子的位错理论强化以下是百科里的弥散强化1.弥散强化指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。
是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。
为了使第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。
第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。
弥散强化是强化效果较大的一种强化合金的方法，很有发展前途。
2.强化相弥散强化的实质是利用弥散的超细微粒阻碍位错的运动，从而提高材料在高温下的力学性能。
为此，对弥散强化微粒有如下要求：微粒尺寸要尽可能小(0.01～0.05μm)，微粒的间距要达到最佳程度（0.1～0.5μm）,在基体中分布要均匀；此外，微粒与基体金属不相互作用，在高温下微粒相互集聚的倾向性要小。
这样就能使材料在直至接近熔点的高温下，即采用合金化和热处理已难起强化作用的情况下，仍能保持一定强度。
弥散强化相含量一般小于10％。
教材上的1.根据两者相互作用的方式两种强化机制：位错绕过第二相粒子即弥散强化和切过第二相粒子即沉淀强化2.滑移面上运动的位错遇到第二相发生弯曲，随外加应力增加弯曲加剧，最后围绕第二相粒子的位错线相遇，正负号位错抵消形成包围粒子的位错环，其余部分位错恢复直线继续前进合金化是提高材料强度的一种有效途经，试运用所学理论分析合金化可以提高材料强度的原因120页西北工业2009固溶强化机制131页西北工业2008合金强化机制真题答案已经整理何谓回复1.冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程2.回复是冷变形材料在退火时发生组织和性能变化的早期阶段，它实质上是一种通过加热使晶体内部的点缺陷和位错发生运动，从而改变缺陷分布和减少缺陷数量的过程何谓再结晶冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程冷变形金属加热时发生再结晶的驱动力是什么驱动力：预先冷变形所产生的储存能的降低冷变形金属加热时发生再结晶的标志是什么冷变形金属在加热时发生回复的机制1.回复是冷变形材料在退火时发生组织和性能变化的早期阶段，它实质上是一种通过加热使晶体内部的点缺陷和位错发生运动，从而改变缺陷分布和减少缺陷数量的过程。
2.低温回复()m T3.0~1.0时点缺陷的运动：移至晶界位错处消失；空位和间隙原子相遇而消失；空位聚集起来形成空位对和空位群，点缺陷密度降低3.中温回复()m T5.0~3.0时位错的滑移：异号位错相遇而抵消，位错缠结重新排列，位错密度降低4.高温回复()m T5.0>时位错的攀移：位错垂直排列形成亚晶界，多变化形成亚晶粒，弹性畸变能降低冷变形金属在加热时发生再结晶的相应机制1.再结晶形核一个复杂问题：a)再结晶的形核是一个复杂问题，存在着很多不同的看法。
b)最初有人用经典的结晶形核理论来处理再结晶的形核问题，但计算得到的临界晶核半径过大，与实验结果不符。
c)大量的实验结果表明，再结晶晶核总是在塑性变形引起的最大畸变处形成，并且回复阶段发生的多边形化是为再结晶形核所作的必要准备。
2.随着高倍率透射电镜技术的发展，人们根据对不同冷变形度的不同金属材料发生再结晶时的实验观察，提出了不同的再结晶形核机制：亚晶长大形核机制；晶界突出形核机制3.()A亚晶长大形核机制a)亚晶长大形核一般在大的变形度下发生b)亚晶长大形核的亚晶：前面曾经指出，在回复阶段，塑性变形所形成的胞状组织经多边形化后转变为亚晶，其中有些亚晶粒会逐渐长大，发展成为再结晶的晶核。
c)大量的实验观察证明这种亚晶长大成为再结晶晶核的方式可能有两种d)其一为亚晶合并形核，即相邻亚晶粒的某些边界上的位错，通过攀移和滑移，转移到周围的晶界或亚晶界上，导致原来亚晶界的消失，然后通过原子扩散和位置的凋整，终于使两个或更多个亚晶粒的取向变为一致，合并成为一个大的亚晶粒，成为再结晶的晶核，如图7.10A所示，图中的ABC三个亚晶粒合并成一个再结晶晶核e)其二为亚晶界移动形核见图7.10B，它是依靠某些局部位错密度很高的亚晶界的移动，吞并相邻的变形基体和亚晶而成长为再结晶晶核的4.再结晶形核时的高能量区：a)无论是亚晶合并形核，还是亚晶界移动形核，它们都是依靠消粍周围的高能量区才能长大成为再结晶晶核的b)因此，随着变形度的增大，就会产生更多的高能量区，从而有利于再结品晶核的形成5.()B晶界突出形核的变形量以及原理图7.10a)晶界凸出形核又称为晶界弓出形核b)当金属材料的变形量较小（约小于40%）时，再结晶晶核常以这种方式形成c)由于变形度小，所以金属的变形很不均匀，有的晶粒变形度大，位错密度也大；有的晶粒变形度小，位错密度也小d)回复退火后，它们的亚晶粒大小也不同。
e)当再结晶退火时，在显微镜下可以直接观察到，晶界中的某一段就会向亚晶粒细小位错密度度髙的一侧弓出，被这段晶界扫过的区域，位错密度下降，成为无畸变的晶体，这就是再结品晶核f)此处的结构：前面讲位错密度不同晶粒大小不同后面讲判断题来自西北工业大学第七章1.不对。
对于冷变形(较大变形量)后的金属，才能通过适当的再结晶退火细化晶粒。
2.不对。
有些金属的再结晶温度低于室温，因此在室温下的变形也是热变形，也会发生动态再结晶。
3.不对。
多边化过程中，空位浓度下降、位错重新组合，致使异号位错互相抵消，位错密度下降，使点阵畸变减轻。
4.不对。
如果在临界变形度下变形的金属，再结晶退火后，晶粒反而粗化。
5.不对。
再结晶不是相变。
因此，它可以在一个较宽的温度范围内变化。
6.不对。
微量熔质原子的存在(20#钢中WC＝0.002)，会阻碍金属的再结晶，从而提高其再结晶温度。
7.不对。
只有再结晶过程才是形核及核长大过程，其驱动力是储存能。
8.不对。
金属的冷变形度较小时，相邻晶粒中才易于出现变形不均匀的情况，即位错密度不同，越容易出现晶界弓出形核机制。
9.不对。
晶粒正常长大，是在界面曲率作用下发生的均匀长大；反常长大才是大晶粒吞食小晶粒的不均匀长大。
10.不对。
合金中的第二相粒子一般可阻碍再结晶，也会阻止晶粒长大。
11.不对。
再结晶织构是冷变形金属在再结晶(一次，二次)过程中形成的织构。
它是在形变织构的基础上形成的，有两种情况，一是保持原有形变织构，二是原有形变织构消失，而代之以新的再结晶织构。
12.不对。
正常晶粒长大是在再结晶完成后继续加热或保温过程中，晶粒发生均匀长大的过程，而反常晶粒长大是在一定条件下(即再结晶后的晶粒稳定、存在少数有利长大的晶粒和高温加热)，继晶粒正常长大后发生的晶粒不均匀长大过程。
13.不对。
再结晶虽然是形核—长大过程，但晶体点阵类型并未改变，故不是相变过程。
