塑性變形和再結(jié)晶的顯微組織分析

1、實驗七塑性變形與再結(jié)晶的顯微組織分析一. 實驗?zāi)康?）研究金屬冷變形后，變形度對顯微組織的影響2） 了解在冷變形后進行再結(jié)晶退火的顯微組織變化情況，重點了解不同變形對退火后 晶粒大小的影響情況，以及再結(jié)晶溫度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響二. 原理概述金屬變形可分為彈性變形、塑性變形和斷裂三個基本過程。當(dāng)應(yīng)力增加到超過彈性極限時，金屬就要產(chǎn)生塑性變形，外力去掉后，這部分變形仍然保留著，此種變形過程稱為塑性 變形。塑性變形能提高金屬和合金的強度與硬度，而塑性、韌性則下降，即產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。冷塑性變形后，不但性能發(fā)生變化，金屬和合金的組織也發(fā)生變化。如晶粒形狀的改變；出現(xiàn)滑移帶、孿生帶；晶內(nèi)出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)

2、；塑性變形量很大時，將產(chǎn)生變形織構(gòu)。在塑性變形過程中形成的變形織構(gòu)經(jīng)再結(jié)晶退火后，在金屬中保留或新發(fā)展起來的織構(gòu)稱為再結(jié)晶織構(gòu)或退火織構(gòu)。面心立方晶格的金屬或合金，在塑性變形過程中， 不容易形成孿晶。但在再結(jié)晶退火后， 在面心立方晶格的金屬中經(jīng)常出現(xiàn)孿晶，這種孿晶叫再結(jié)晶孿晶或退火孿晶。金屬產(chǎn)生織構(gòu)以后，不能在顯微鏡下直接觀察到。三. 影響金屬顯微組織的因素3.1冷變形對金屬顯微組織的影響金屬發(fā)生塑性變形時，隨著變形程度的增加，晶粒逐漸沿受力方向伸長，并且晶粒內(nèi)部 產(chǎn)生許多亞晶粒。3.2變形程度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響變形程度是影響再結(jié)晶退火后晶粒大小的最重要因素。在其它條件相同的情況，變形量

3、越大，則晶粒越細。變形程度與晶粒度的關(guān)系如圖7-1所示。變形程度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響圖7-1變形程度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響S k稱為臨界變形程度。不同金屬的臨界變形程度不同，一般都在210%之間。鐵為210%，鋼為510%，銅及黃銅約為 5%當(dāng)變形量在臨界變形量附近時，晶粒之所以變粗是由于變形量小時，變形不均勻并分布在個別區(qū)域， 只有極少數(shù)區(qū)域有條件產(chǎn)生核心。因此，這些個別核心就可以進行異常的長大，最后長為粗晶粒。變形量增加時，形成核心的微小區(qū)域增加，這時每個核心都需要長大，在相互制 約的情況下，結(jié)果得到細晶粒。但當(dāng)變形量太大時，在曲線上又出現(xiàn)第二個高峰，即晶粒反而又變粗，一般認為 這是

4、由于變形織構(gòu)造成的。3.3退火溫度和保溫時間對再結(jié)晶后晶粒大小的影響退火加熱溫度越高，保溫時間越長，晶粒越粗大。但加熱溫度越高，其影響越為明顯， 隨著加熱溫度的升高，晶粒幾乎成直線長大。3.4晶粒大小的影響原始晶粒越細，則晶界越多，形成核心的有利地方也越多。因此，再結(jié)晶后得到的晶粒也越細，反之則越粗。下面舉例說明各因素對金屬顯微組織的影響情況。例1:10號低碳鋼在不同冷變形度變形后的組織如圖7-2所示。這一套樣品為退火后冷軋,經(jīng)4%的硝酸灑精溶液侵蝕，在1000倍的顯微鏡下可看到顯微組織為白色鐵素體+黑色珠光*圖7-2a 10#鋼經(jīng)£ =10%變形后的組織組織說明：白色基體為鐵素體，

5、晶界上分布著黑色片狀珠光體。晶粒形狀基本上沒發(fā)圖7-2b 10#鋼經(jīng)£ =30%變形后的組織組織說明：隨著變形量的增加，白色鐵素體生變化，仍為等軸狀晶沿著加工方向開始被拉長，處于晶 界處的珠光體也隨之被拉長。圖7-2c 10#鋼經(jīng)£ =50%變形后的組織組織說明：鐵素體晶粒沿軋制方向變形，呈長條狀分布。分布于晶界上的珠 光體也被拉成趨向于加工方向的 長條狀。圖7-2d10#鋼經(jīng)£ =70%變形后的組織組織說明：隨著變形量增加，鐵素體和珠光體被拉長，變形更劇烈，大 部分晶粒轉(zhuǎn)向冷軋方向，部分 鐵素體已破碎。圖7-2e10#鋼經(jīng)£ =90%變形后的組織組織說

6、明：晶粒被劇烈撕碎。由于珠光體比鐵素體硬，其碎裂程度更大，形成了纖維狀組織。例2： LF5鋁合金(M態(tài))于不同冷變形度變形后的組織如圖7-3所示。鋁合金退火后冷軋，組織說明：晶粒變形量不大，基本上保持加工前組織說明：變形量增加，晶粒開始沿著加工方形狀。已有少量3 (Mg 2AI 3)質(zhì)點從a向轉(zhuǎn)變，析出部分3相以100倍的放大倍數(shù)、在電解拋光陽極復(fù)膜偏振光下觀察，可看到組織為a (Al )+ 3 (Mg 2AI 3)0圖7-3c LF5（M 態(tài)）的顯微組織組織說明：晶粒嚴重變形，絕大部分沿著加工方向被拉伸成纖維狀，有更多 的3相從a相析岀。圖7-3d LF5（M 態(tài)）的顯微組織組織說明：所有晶

7、粒轉(zhuǎn)向加工方向，形成了纖維狀組織。例3:純鋁經(jīng)不同冷變形度變形，然后進行退火的宏觀組織（混合酸腐蝕）如圖7-4所示。試樣處理條件為，退火溫度為580C，退火一小時。圖 7-4a £ =1%圖 7-4b £ =3%誓in *kr 7>_ At. r n>,L1圖 7-4c £ =4.5%圖 7-4d £ =6%圖 7-4e £ =6.5%圖 7-4f £ =8.0%圖 7-4h £ =11.0%從以上的宏觀組織圖可看出：材料經(jīng)不同的變形程度變形后，進行再結(jié)晶退火。再結(jié) 晶后晶粒尺寸不相同。變形程度越大的，再結(jié)晶晶粒

8、越大，變形程度越小，結(jié)晶晶粒越小。四. 實驗部分4.1實驗用設(shè)備和材料1. 實驗用設(shè)備：拉伸試驗機，中溫退火爐，金相顯微鏡2. 實驗用材料(1) 不同變形度冷變形后，再經(jīng)同一退火溫度退火的H62黃銅樣品一套(2) 不同變形度變形后，再經(jīng)同一退火溫度退火的純鋁樣品一套(3) 浸蝕劑4.2實驗內(nèi)容與步驟1實驗內(nèi)容(1) 對若干條退火態(tài)純鋁板材進行不同程度的拉伸變形，然后在同一退火溫度下退火一小時，出爐氣冷后，用混合酸水溶液腐蝕，肉眼觀察各個樣品的晶粒大小。(2) 觀察一組經(jīng)不同冷變形度變形的H62黃銅試樣的顯微組織，記錄下冷變形量，并畫 相應(yīng)的冷變形組織。2.實驗步驟實驗一：(1) 純鋁拉伸變形及

9、退火。學(xué)生分為若干組，約6-7人一組，每人一片純鋁板材試樣。在每一組學(xué)生中，各人的 Al板拉伸變形量不同，分別為 1%、2%、3%、5%、8%、 10%、18%。拉伸后，于退火爐中退火，退火溫度為第一組500C，第二組580 C,第三組640C，時間均為一小時。(2) 觀察退火后各樣品晶粒尺寸，根據(jù)不同退火溫度、 不同變形程度、不同晶粒度畫出再結(jié)晶全圖。實驗二：(1) 在金相顯微鏡下觀察冷變形量(£)分別為10%、19%、39%、56%、69%、79%的 H62 黃銅的顯微組織，畫出顯微組織示意圖，并總結(jié)冷變形量對顯微組織的影 響規(guī)律。(2) 在金相顯微鏡下觀察上述冷變形試樣分別經(jīng)400C、500C、600C退