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北京科技大学再结晶实验报告.docx

发布:2017-04-27约2.77千字共6页下载文档
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冷变形金属再结晶组织的观察和分析 实验目的 了解回复、再结晶组织和性能的关系。 了解再结晶动力学的相关知识。 掌握晶粒长大规律。 实验样品 光学显微镜 不同变形量和退火后的纯铜晶相样一组 压缩形变和退火后的α-Fe金相样一组 实验内容 3.1观察和画出变形60%的纯铜:没有退火,350?C,550 ?C,750 ?C 退火30min的组织形貌;结合画的图叙述再结晶组织的特点。 如下图所示分别为变形60%的纯铜没有退火,350?C,550 ?C,750 ?C 退火30min的组织形貌。 再结晶组织的特点: 在金相显微镜下观察得到再结晶的晶粒细小而白亮,未再结晶者成狭长状,且呈暗灰色。 对于纯铜而言,再结晶组织内存在退火孪晶,两边界面平直的小块便是退火孪晶。随着退火温度的增加,再结晶组织逐渐长大,并且退火孪晶也随着晶粒长大而长大。 在短暂的退火时间内,再结晶颗粒在形变的滑移带上形成细小的再结晶核心,随着保温温度的增加,再结晶颗粒长大吞食变形的基体的量越多,并且有更多的再结晶晶粒形成,并且随着保温温度的提高,在350℃还可以看见变形的具有纤维状组织的基体,而在550℃以后则完全再结晶,再结晶形成的晶粒比较均匀。 3.2 观察变形68%的纯铁,变形后在560℃分别保温12’,20’,27’,38’,42’试样的组织形貌;画出42’试样的组织形貌,讨论经形变后的Cu, Fe的再结晶组织的区别。 变形68%的纯铁,变形后在560℃分别保温42’试样的组织形貌图如下图所示: 铜的形变再结晶组织有退火孪晶,而铁的形变再结晶组织没有退火孪晶。铜是面心立方结构,其层错能较低,因此在一次再结晶的过程中会出现两边界面平直的退火孪晶片。退火孪晶常在晶粒长大的晶界出现。体心立方金属的孪晶界面能较高,例如铁,不易出现退火孪晶。 铁的再结晶完成后的组织为均匀的等轴晶粒,而铜再结晶完成后为具有退火孪晶的均匀晶粒。 3.3 测定再结晶体积分数随保温时间变化曲线,要求有自己测试的原始数据以及误差分析。计算再结晶动力学方程中的n,B。 自己测试的原始数据见表一:变形68%的纯铁变形后在560℃保温20’的再结晶数点数据表。(表一附在实验报告后) 计算过程如下: 第i次计数的点数/网格总点数。 本实验中网格为6×6,故网格总点数为36。 根据表一,在excel中进行处理可以得到: 200倍放大倍数下再结晶平均体积分数为: 200倍计数标准误差: 同理可得其他退火时间的再结晶体积分数,参考同组人:刘雨溦、胡苗苗、刘莹所测量的数据,将退火时间12’,20’,27’,38’,42’换算成秒,再将时间和再结晶体积分数列成一个表,如表二所示: 表二:退火时间与再结晶体积分数数据表 时间/s720120016202280再结晶体积分数5.90%10.58%23.69%28.50%由此可以计算再结晶动力学方程中的n,B如下: 已知再结晶动力学方程为,其中为再结晶体积分数,t为时间,B,n为材料常数。 对在结晶动力学方程取双对数: 之后带入表二的数据,通过最小二乘法可以得到线性拟合方程,其中,。带入数据得到拟合曲线如图一(图一附在实验报告后),拟合方程为: 相关系数为 所以,. 3.4 变形68%的纯铁,分别于200 ?C,300 ?C,400 ?C,500 ?C,600 ?C,700 ?C退火1小时;测定这些试样的HRB硬度,作出硬度—退火温度曲线。讨论退火温度对硬度的影响。 经测量硬度,得到变形68%的纯铁200 ?C,300 ?C,400 ?C,500 ?C,600 ?C, 700 ?C退火1小时下的硬度数据如表三所示: 表三:变形68%的纯铁的退火温度与对应的硬度数据表 温度/℃200300400500600700硬度/HRB93.391.785.485.776.759.7作图绘出硬度-温度曲线如图二所示(图二附在实验报告后),通过图中曲线走向可以看出,在退火时间相同铁的变形量相同的情况下,并且考虑实验误差的情况下,退火温度越高,铁的硬度越低。原因解释如下: 晶粒长大与原子扩散有密切的关系,所以退火温度越高,晶粒长大速度越快,晶粒尺寸越大,最终趋于一个稳定尺寸。硬度越低,说明压头越容易压入金属材料中,说明金属越容易发生塑性变形,而金属的塑性变形本质上是金属中的位错运动导致的,而晶界会阻挡位错的运动。晶粒越大,同样大小的一块材料中,晶界就越少,对位错运动的阻碍就越小,材料形变的阻力就越小,宏观上就是硬度低。由此可以说明退火温度越高,硬度越低的趋势线。 思考题 晶粒能不能无限长大变成单晶? 答:晶粒不能无限长大变成单晶,主要有温度、杂质原子和溶质原子、第二相颗粒、织构和表面、相邻晶粒的位
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