實驗3金屬冷變形及再結晶對組織和性能的影響

1、實驗3. 金屬冷變形及再結晶對組織和性能的影響一、實驗概述金屬塑性變形的基本方式有滑移和孿生兩種。在切應力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對于另一部分滑動，這種變形方式稱為滑移；在切應力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對另一部分產生剪切變形，且變形部分與未變形部分的位向形成了鏡面對稱關系，這種變形方式稱為孿生。(一) 冷塑性變形對金屬組織與性能的影響若金屬在再結晶溫度以下進行塑性變形，稱為冷塑性變形。冷塑性變形不僅改變了金屬材料的形狀與尺寸，而且還將引起金屬組織與性能的變化。金屬在發(fā)生塑性變形時，隨著外形的變化，其內部晶粒形狀由原來的等軸晶粒逐漸變?yōu)檠刈冃畏较蛏扉L的晶粒，在晶粒內部也出現了滑移

2、帶或孿晶帶。當變形程度很大時，晶粒被顯著地拉成纖維狀，這種組織稱為冷加工纖維組織。同時，隨著變形程度的加劇，原來位向不同的各個晶粒會逐漸取得近于一致的位向，而形成了形變織構，使金屬材料的性能呈現出明顯的各向異性。圖6-1為工業(yè)純鐵經不同程度變形的顯微組織。圖6-1 工業(yè)純鐵冷塑性變形后組織(150X)a)變形程度20% b)變形程度50% c)變形程度70%金屬經冷塑性變形后，會使其強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這種現象稱為加工硬化。此外，在金屬內部還產生殘余應力。一般情況下，殘余應力不僅降低了金屬的承載能力，而且還會使工件的形狀與尺寸發(fā)生變化。(二) 冷塑性變形后金屬在加熱時組織與性能的

3、變化金屬經冷塑性變形后，由于其內部亞結構細化、晶格畸變等原因，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有自發(fā)地恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢。但在室溫下，由于原子活動能力不足，恢復過程不易進行。若對其加熱，因原子活動能力增強，就會使組織與性能發(fā)生一系列的變化。1回復 當加熱溫度較低時，原子活動能力尚低，故冷變形金屬的顯微組織無明顯變化，仍保持著纖組織的特征。此時，因晶格畸變已減輕，使殘余應力顯著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其機械性能變化不大。2再結晶 當加熱溫度較高時，將首先在變形晶粒的晶界或滑移帶、孿晶帶等晶格畸變嚴重的地帶，通過形核與長大方式進行再結晶，圖6-2反映了冷塑性變形工業(yè)純鐵的再結晶過程的顯微組織。

4、冷變形金屬在再結晶后獲得了新的等軸晶粒，因而消除了冷加工纖維組織、加工硬化和殘余應力，使金屬又重新恢復到冷塑性變形前的狀態(tài)。圖6-2 工業(yè)純鐵再結晶過程的顯微組織(150X)a)550再結晶 b)600再結晶 c) 850再結晶金屬的再結晶過程是在一定溫度范圍內進行的。通常把變形程度在70%以上的冷變形金屬經1h加熱能完全再結晶的最低溫度，定為再結晶渡。實驗證明，金屬的熔點愈高，在其他條件相同時，其再結晶溫度也愈高。金屬的再結晶溫度(T再)與其熔點(T熔)間的關系，大致可用下式表示： T再=0.4 T熔式中各溫度值，應為絕對溫度。3晶粒長大 冷變形金屬再結晶后，一般都得到細小均勻的等軸晶粒。但

5、繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，再結晶后的晶粒又會逐漸長大，使晶粒粗化。(三) 變形程度對金屬再結晶后晶粒度的影響圖6-3 變形程度對金屬再結晶后晶粒度的影響冷變形金屬再結晶后晶粒度除與加熱溫度、保溫時間有關外，還與金屬的預先變形程度有關。圖6-3表示金屬再結晶后的晶粒度與其預先變形程度間的關系。由圖可見，當變形程度很小時，金屬不發(fā)生再結晶，因而晶粒大小不變。當達到某一變形程度后，金屬開始發(fā)生再結晶，而且再結晶后獲得異常粗大的晶粒。隨著變形程度的增加，由于各晶粒變形愈趨均勻，再結晶時形核率愈大，因而使再結晶后的晶粒逐漸變細。圖6-4純鋁在不同程度拉伸變形時，經550再結晶退火30min后的晶粒

6、度比較。圖6-4 純鋁的變形程度與再結晶晶粒度的關系變形程度：a)1% b)2.5% c)3% d)6% e)9% f)12% g)15%浸蝕劑：HF 15ml, HCl 45ml, HNO3 15ml, H2SO4 25 ml引起冷變形金屬開始再結晶，并在再結晶后獲得異常粗大晶粒的變形程度，稱為臨界變形程度。一般鋼鐵的臨界變形程度為510%，銅約為5%，鋁約為23%。由于粗大晶粒將顯著降低金屬的機械性能，故應避免金屬材料在臨界變形程度的范圍內進行壓力加工。實驗一、實驗目的1了解冷塑性變形對金屬組織與性能的影響。2了解經冷塑性變形的金屬在加熱組織與性能的變化規(guī)律。3了解變形程度對金屬再結晶晶粒

7、度的影響。二、實驗設備、用品及試樣(一) 實驗設備1 小型試驗用軋機2 拉力試驗機和洛氏硬度計(或布氏硬度計)。2金相顯微鏡。3箱式電阻加熱爐(附測溫控溫裝置)。4切割機、砂輪機、預磨機、拋光機、吹風機。(二) 實驗用品1測量試樣尺寸用的游標尺。2不同粗細的金相砂紙一套、拋光磨料、浸蝕劑、無水酒精。(三) 實驗試樣退火狀態(tài)金屬板（鋁或低碳鋼）試樣若干。三、實驗方法及步驟共6組實驗，見表退火A冷變形B熱處理C12 %0.1h210 %0.5h31h實驗： A+B1+C1，A+B1+C2，A+B1+C3，A+B2+C1，A+B2+C2，A+B2+C31. 從金屬板上取1個拉伸試樣。2將剩余金屬板在軋機（或拉伸機進行一定變形量的冷變形。3從冷變形后的金屬板上取2個拉伸試樣。4將一個冷軋試樣進行拉伸試驗。5另一個冷軋試樣進行再結晶退火。6退火試樣進行拉伸試驗。7