实验-金属的塑性变形与再结晶.pdf

实验四 金属的塑性变形与再结晶 一、实验目的 1．了解冷塑性变形对金属组织和性能的影响。 2 ．了解冷变形度对金属再结晶后晶粒大小的影响。 图4-1 05 钢冷塑性变形后组织(200 ×) a)未变形，940℃正火 b)变形程度40% c)变形程度70% d)变形程度80% 二、实验概述 （一）金属塑性变形后的组织、性能变化 金属的重要特性之一就是具有塑性。当金属受的外力（切应力）超过其屈服点（σ s ）时，除继续发生弹性变形外，同时还发生永久变形，又称塑性变形。它主要通过滑 移和孪生方式进行。塑性变形的结果不仅使金属的外形、尺寸改变，而且使金属内部的 组织和性能也发生变化。现将这些变化分述于下。 1．滑移带 滑移是金属塑性变形的基本方式。晶体滑移时沿滑移面、滑移方向产 生相对滑动，在自由表面处产生台阶，大量滑移台阶的积累就构成了宏观塑性变形。通 过光学显微镜观察已变形的抛光试样，就能见到许多平行线条，即为滑移带。 2 ．孪晶 孪生通常是晶体难以滑移时而进行的另一种塑性变形方式。孪生变形就 是晶体的一部分沿一定晶面和晶向进行剪切变形，从而使已变形部分与未变形部分的原 子排列构成镜面对称，此称孪晶。由于晶体两部分位向不同，受浸蚀程度有异，对光的 反射能力也明显不同，故在显微镜下能看到形变孪晶。 3 ．纤维组织 金属在变形前内部组织为等轴晶粒，随着变形量的增加，晶粒逐渐沿 变形方向伸长，并最后被显著地拉成纤维状。这种组织称之冷加工纤维组织。05 钢不同 变形度下的显微组织如图4-1 所示。 4 ．加工硬化 由于金属冷塑性变形，亚结构进一步细化，位错密度增大，导致其 强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，该现象即称加工硬化。 （二）塑性变形后的回复与再结晶 金属经冷塑性变形后，在热力学上处于不稳定状态，必有力求恢复到稳定状态的 趋势。但在室温下，由于原子的动能不足，恢复过程不易进行，加热会提高原子的活动 能力，也就促进了这一恢复过程的进行。加热温度由低到高，其变化过程大致分为回复、 再结晶和晶粒长大三个阶段，当然这三个阶段并非截然分开。图4-2a 即为经70 ％变形 度的05 钢，625℃退火后，发生了不完全再结晶，图4-2b 为670C 退火后，再结晶已完 成。由图4-3 可知，在回复阶段，显微组织不变，仅是内应力获得很大松弛，所示其性 能几乎不变。但经再结晶后，显微组织已恢复到变形前的等轴晶，故各种性能也都复原， 即加工硬化完全消除。 图4-2 05 钢再结晶过程的显微组织(200 ×) a)625℃再结晶 b)670 ℃再结晶 （三）再结晶后晶粒大小与变形量的关系 冷变形金属再结晶后晶粒大小除与加热温度、保温时间有关外，还与金属的预先变 形量有关。图4-4 表示金属再结晶后的晶粒度与预变形度间的关系。由图可知，当变形 度很小时，金属不发生再结晶。这是由于晶内储存的畸变能很小，不足以进行再结晶而 保持原来状态（图4-5a ），当达到某一变形度时，再结晶后的晶粒特别粗大（图4-5b ）， 该变形度称之临界变形度。一般金属的临界变形度在2 ％～10％范围内。此后，随着变 形度的增加，再结晶后的晶粒度逐渐变细，（图4-5c～h ）。 1 图4-3 变形金属在加热过程中 图4-4 金属再结晶后的晶粒 组织和性能变化示意图 度与预变形度的关系曲线 图4-5 纯Al 再结晶后晶粒大小与变形度的关系 变形度：a)1%; b)2.5%; c)4%; d)6%; e)8%; f)10%; g)12%; h)16% 2 三、实验设备及试样 1．金相显微镜。 2 ．布氏硬度计。 3 ．铝片拉伸机（附测量工具）。 4 ．实验用箱式电阻炉。 5 ．显微试样一套（见表4-1 ）。 表4-1 供