金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告書實(shí) 驗(yàn) 名 稱：金屬的塑性變形與再結(jié)晶年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：13金屬材料姓 名：學(xué) 號(hào)：指 導(dǎo) 教 師：評(píng) 定 成 績(jī)：教 師 評(píng) 語：楊 指導(dǎo)老師簽名： 2015 年 07 月 10 日一、 實(shí)驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)和小組成員實(shí)驗(yàn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)小組成員分工情況小學(xué)期第一周實(shí)驗(yàn)樓9-313 二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙竽康模?. 研究塑性變形對(duì)金屬組織和金屬機(jī)械性能的影響。2. 了解金屬經(jīng)過冷塑性變形后顯微微觀組織及機(jī)械性能的變化。3. 觀察和研究變形度與加熱溫度對(duì)冷塑性變形金屬組織和機(jī)械性能的影響。要求：能根據(jù)要求查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題

2、的能力以及創(chuàng)新精神三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)使用材料為紫銅，現(xiàn)將紫銅板切成條狀試片，拉伸前的銅片有一定變形，為消除在剪切過程中銅片所受的冷加工效應(yīng)，避免影響隨后得到的變形度，必須預(yù)先將紫銅片進(jìn)行退火（500保溫60分鐘），使試片處于軟化狀態(tài)。2. 加工變形首先在退火軟化的紫銅片上劃好標(biāo)距（750mm）然后將試樣安放到拉伸機(jī)上，調(diào)整好后進(jìn)行拉伸，到標(biāo)距被拉到所需要長(zhǎng)度時(shí)停止拉伸，變形嚴(yán)重不均勻者報(bào)廢。 試樣編號(hào)1234試樣人坐號(hào)5678設(shè)計(jì)變形度25%50%75%拉斷變形后試樣長(zhǎng)度（mm）79.2885.391.88117.8實(shí)際變形量（%）5.7%13.7%22.5%57%變形前晶粒度

3、變形后晶粒度再結(jié)晶晶粒度3. 試樣的切割將拉伸試樣從中間切割成四小塊，一塊用于觀察冷變形組織，另三塊用于觀察再結(jié)晶退火組織。試樣切割過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，并加水冷卻，避免切割引起的組織變化。4. 再結(jié)晶退火 各組將拉伸后銅片按各組制定的退火溫度進(jìn)行退火，加熱時(shí)要等爐溫升到規(guī)定的溫度再放試樣，保溫到制定時(shí)間，取出試樣后空冷。5. 金相試樣制作 金相試樣制作過程應(yīng)做好標(biāo)記，注意按觀察所需的平面制作試樣。鑲相、磨樣、拋光。要求制作試樣表面達(dá)到鏡面光滑，在顯微鏡下觀察無刮痕。6. 酸浸蝕 浸蝕液配方：5g氯化鐵：25ml濃鹽酸：100ml水 將退火完的紫銅片用腐蝕劑進(jìn)行侵蝕，帶晶粒顯出后停止侵蝕，用水沖洗干

4、凈點(diǎn)酒精吹干。 要求得到晶界明顯，清晰的晶粒組織照片，為合格。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 未熱處理的100倍試樣 未熱處理100倍試樣 未熱處理的400倍試樣 未熱處理的400倍試樣 450度保溫時(shí)間40分鐘100倍樣 450度保溫40分鐘100倍試樣 450度保溫時(shí)間40分鐘400倍樣 450度保溫時(shí)間40分鐘400倍試樣 450度保溫時(shí)間50分鐘100倍 450度保溫時(shí)間50分鐘100倍 450度保溫時(shí)間50分鐘400試樣 450度保溫時(shí)間50分鐘400倍 450度保溫時(shí)間60分鐘100倍 450度保溫時(shí)間60分鐘100倍 450度保溫時(shí)間60分鐘400倍 450度保溫時(shí)間60分鐘400倍思考

5、題：（1） 金屬經(jīng)過冷塑性變形以后其金相組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因而在隨后的加熱升溫過程中，會(huì)出現(xiàn)回復(fù)，再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過程。再結(jié)晶退火后金屬發(fā)生軟化，即加工硬化被消除。再結(jié)晶后金屬的機(jī)械性能取決于晶粒的大小，而晶粒的大小則受預(yù)先冷變形度和再結(jié)晶溫度的控制。對(duì)于這樣的結(jié)果，分析為什么？答：塑性變形時(shí)，隨著金屬晶粒形狀的改變和纖維化，晶界各種夾雜物和第二相的形狀及分布也將改變。塑性好的將被拉成長(zhǎng)條形，塑性差的在拉長(zhǎng)時(shí)發(fā)生斷裂，成為沿金屬纖維分布的索狀物，脆性大的則被壓成更細(xì)的顆粒。而溫度越高，位錯(cuò)的攀移和亞晶界的移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)及聚合都變得容易。因此使形核率增加，同時(shí)溫度升高，晶界遷移率越大，長(zhǎng)大速率

6、也隨著增大。（2）變形度對(duì)再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大的影響特別顯著。金屬存在一個(gè)能進(jìn)行再結(jié)晶的最小變形度，此時(shí)會(huì)得到過大的晶粒，該變形度被稱為臨界變形度（鋁大約3%），當(dāng)超過臨界變形度時(shí)，金屬的變形度越大，再結(jié)晶的晶粒越小，而超過80%變形度后晶粒又變大，為什么會(huì)這樣？分析原因。答:其原因是當(dāng)變形量太小時(shí)不足以形核，在臨界形變量時(shí)，N很小，G較大，根據(jù)d=(G/N)1/4形成粗大晶粒，而當(dāng)變形量增大時(shí)（G/N）降低。晶粒尺寸變小。超過一定變形量如80%后再結(jié)晶溫度將趨于某一極限值，成為最低再結(jié)晶溫度，再結(jié)晶溫度越低，位錯(cuò)攀移和亞晶界的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)聚合都變得困難N變小，同時(shí)溫度降低，晶界遷移率越小，G也隨之

7、減?。℅/N）變大，晶粒又變大。（3）當(dāng)變形度一定時(shí)，加熱溫度越高，再結(jié)晶進(jìn)行的越快，再結(jié)晶后形成的新晶粒也越大，分析什么原因？是否總是這樣？ 答：加熱溫度越高，擴(kuò)散越快，晶界遷移速率越大，G越大，新晶粒越大硬度測(cè)試 450度25%拉伸熱處理布氏硬度處理時(shí)間未處理40分鐘50分鐘60分鐘直徑/mm1.01751.1851.251.29布氏硬度73.553.347.544.4450度小組硬度綜合表試樣25%50%75%100%平均硬度值冷變形試樣73.574.376.376.375.1保溫40 min53.349.246.955.351.175保溫50 min47.544.044.244.445

8、.025保溫60 min44.440.744.041.942.75再結(jié)晶溫度：450 變形量：5.7 % 變形前硬度：450度小組硬度綜合圖序號(hào)圖像編號(hào)截線長(zhǎng)（um）截點(diǎn)數(shù)平均截距晶粒度1熱處理0100*11690.01598.6542熱處理40100*10610.016398.5743熱處理50100*10570.01758.3784熱處理60100*10510.02138.060拉伸25%晶粒度測(cè)量 450度小組晶粒度綜合表試樣25%50%75%100%平均晶粒度值冷變形試樣8.6547.0529.407.8828.245保溫40 min8.57367.6969.359.1318.732保

9、溫50 min8.37787.7598.838.0578.260保溫60 min8.05697.9998.817.9428.202小組平均晶粒度值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論 通過以上數(shù)據(jù)對(duì)比，應(yīng)得出以下結(jié)論： （1）在產(chǎn)生相同的塑性變形量時(shí)，熱處理保溫時(shí)間對(duì)硬度有影響，即保溫時(shí)間越長(zhǎng)，其強(qiáng)度值越??； （2）退火溫度不變時(shí)，隨著變形量的增大晶粒度會(huì)表現(xiàn)出先增大再減小的趨勢(shì)； （3）當(dāng)變形量保持一致時(shí)，熱處理時(shí)間對(duì)晶粒度有影響，熱處理時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒度越小。 材料綜合實(shí)驗(yàn)感想本次實(shí)驗(yàn)最重要也是最耗時(shí)的步驟就是磨制和拋光階段，幾乎快占了實(shí)驗(yàn)的一半時(shí)間。精磨是拋出鏡面的前提，在制備樣品的細(xì)磨階段，要掌握好力的方向和力度，磨起來很快，而且不需要用到很大的力，在同一號(hào)砂紙上的時(shí)候，每一下都用同樣大小的力，另外，不需要磨很久，剛好把前一道工序的磨痕磨掉就可以，否則磨痕變深了，下一道工序就很難將其磨掉。至于拋光，則需要有更多的耐心，有時(shí)為了拋出鏡面連續(xù)水磨一個(gè)小時(shí)以上也很正常。水磨時(shí)，并不要對(duì)試樣有太大的壓力，否則，試樣容易被甩出。水磨拋光的方向要垂直于之前試樣的劃痕的方向，便于將之前的劃痕拋掉，只要堅(jiān)持較長(zhǎng)的時(shí)間，慢慢就會(huì)磨出鏡面