北京科技大學(xué)再結(jié)晶試驗(yàn)報(bào)告

1、冷變形金屬再結(jié)晶組織的觀察和分析1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣貜?fù)、再結(jié)晶組織和性能的關(guān)系。了解再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。掌握晶粒長大規(guī)律。2、實(shí)驗(yàn)樣品光學(xué)顯微鏡不同變形量和退火后的純銅晶相樣一組壓縮形變和退火后的a-Fe金相樣一組3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容350口C,550,750退火30min的組3.1 觀察和畫出變形60%的純銅：沒有退火,織形貌；結(jié)合畫的圖敘述再結(jié)晶組織的特點(diǎn)。如下圖所示分別為變形60%的純銅沒有退火，350°C,550°C,750*C退火30min的組織形貌。再結(jié)晶組織的特點(diǎn)：在金相顯微鏡下觀察得到再結(jié)晶的晶粒細(xì)小而白亮，未再結(jié)晶者成狹長狀，且呈暗灰色。對(duì)于純銅而言，再結(jié)晶組織

2、內(nèi)存在退火攣晶，兩邊界面平直的小塊便是退火攣晶。隨著退火溫度的增加，再結(jié)晶組織逐漸長大，并且退火攣晶也隨著晶粒長大而長大。在短暫的退火時(shí)間內(nèi)，再結(jié)晶顆粒在形變的滑移帶上形成細(xì)小的再結(jié)晶核心，隨著保溫溫度的增加，再結(jié)晶顆粒長大吞食變形的基體的量越多，并且有更多的再結(jié)晶晶粒形成，并且隨著保溫溫度的提高，在350c還可以看見變形的具有纖維狀組織的基體，而在550c以后則完全再結(jié)晶，再結(jié)晶形成的晶粒比較均勻。3.2 觀察變形68%的純鐵，變形后在560c分別保溫12',20',27',38',42'試樣的組織形貌；畫出42'試樣的組織形貌，討論經(jīng)形變后的

3、Cu,Fe的再結(jié)晶組織的區(qū)別。變形68%的純鐵，變形后在560c分別保溫42試樣的組織形貌圖如下圖所示：銅的形變?cè)俳Y(jié)晶組織有退火攣晶，而鐵的形變?cè)俳Y(jié)晶組織沒有退火攣晶。銅是面心立方結(jié)構(gòu)，其層錯(cuò)能較低，因此在一次再結(jié)晶的過程中會(huì)出現(xiàn)兩邊界面平直的退火攣晶片。退火攣晶常在晶粒長大的晶界出現(xiàn)。體心立方金屬的攣晶界面能較高，例如鐵，不易出現(xiàn)退火攣晶。鐵的再結(jié)晶完成后的組織為均勻的等軸晶粒，而銅再結(jié)晶完成后為具有退火攣晶的均勻晶粒。3.3 測定再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)隨保溫時(shí)間變化曲線，要求有自己測試的原始數(shù)據(jù)以及誤差分析。計(jì)算再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程X=1exp(-Btn)中的n,Bo自己測試的原始數(shù)據(jù)見表一：變形68

4、%的純鐵變形后在560c保溫20'的再結(jié)晶數(shù)點(diǎn)數(shù)據(jù)表。(表一附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后)計(jì)算過程如下：Vvi=第1次計(jì)數(shù)的點(diǎn)數(shù)/網(wǎng)格總點(diǎn)數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)格為6X6,故網(wǎng)格總點(diǎn)數(shù)為36。根據(jù)表一，在excel中進(jìn)行處理可以得到:200倍放大倍數(shù)下再結(jié)晶平均體積分?jǐn)?shù)為：一150VvVvi=10.58%50y200倍計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差:50V(Vvi-Vv)2二(Vv)=i-6.31%50-1同理可得其他退火時(shí)間的再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)，參考同組人：劉雨激、胡苗苗、劉瑩所測量的數(shù)據(jù)，將退火時(shí)間12',20',27',38',42'換算成秒，再將時(shí)間和再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)列成一個(gè)表，如表

5、二所示：表二：退火時(shí)間與再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)表時(shí)間/s720120016202280再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)5.90%10.58%23.69%28.50%由此可以計(jì)算再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程中的n,B如下：已知再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程為X=1-exp(-Btn),其中X為再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)，t為時(shí)間,B,n為材料常數(shù)。對(duì)在結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程取雙對(duì)數(shù)：1ln(ln()=lnBnlnt1 -X之后帶入表二的數(shù)據(jù)，通過最小二乘法可以得到線性擬合方程y=a+bx，其中n=b,1nB=a。帶入數(shù)據(jù)得到擬合曲線如圖一(圖一附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后)，擬合方程為：y=1.5817x-13.2332相關(guān)系數(shù)為R=0.9502所以n=1.5817,B=ex

6、p(13.233)=1.791乂10：3.4變形68%的純鐵，分別于200°C,300°C,400°C,500nC,6000C,700©C退火1小時(shí)；測定這些試樣的HRBM度，作出硬度一退火溫度曲線。討論退火溫度對(duì)硬度的影響。經(jīng)測量硬度，得到變形68%的純鐵200,300,400匕500°C,600°C,700七退火1小時(shí)下的硬度數(shù)據(jù)如表三所示：表三：變形68%的純鐵的退火溫度與對(duì)應(yīng)的硬度數(shù)據(jù)表溫度/C200300400500600700硬度/HRB93.391.785.485.776.759.7作圖繪出硬度溫度曲線如圖二所示（圖二附

7、在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后），通過圖中曲線走向可以看出，在退火時(shí)間相同鐵的變形量相同的情況下，并且考慮實(shí)驗(yàn)誤差的情況下，退火溫度越高,鐵的硬度越低。原因解釋如下：晶粒長大與原子擴(kuò)散有密切的關(guān)系，所以退火溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒尺寸越大，最終趨于一個(gè)穩(wěn)定尺寸。硬度越低，說明壓頭越容易壓入金屬材料中，說明金屬越容易發(fā)生塑性變形，而金屬的塑性變形本質(zhì)上是金屬中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，而晶界會(huì)阻擋位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。晶粒越大，同樣大小的一塊材料中，晶界就越少，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙就越小，材料形變的阻力就越小，宏觀上就是硬度低。由此可以說明退火溫度越高，硬度越低的趨勢線。4、思考題晶粒能不能無限長大變成單晶？答：晶粒不能無限長

8、大變成單晶，主要有溫度、雜質(zhì)原子和溶質(zhì)原子、第二相顆粒、織構(gòu)和表面、相鄰晶粒的位向差等作用因素會(huì)抑制晶粒的長大。1）溫度對(duì)晶粒長大的影響由于晶界遷移的過程就是原子的擴(kuò)散過程，所以溫度越高，晶粒長大速度就越快，通常在一定溫度下晶粒長大到一定尺寸后就不再長大，但升高溫度后晶粒又會(huì)繼續(xù)長大。2）雜質(zhì)原子和溶質(zhì)原子對(duì)晶粒長大的影響：另外再結(jié)晶晶粒長大的過程中，極微小的雜質(zhì)原子對(duì)晶界就有很大的拖曳作用，另外，由于在晶粒長大的過程中，固溶體中存在不易擴(kuò)散的溶質(zhì)原子叢集，這會(huì)對(duì)晶界起到釘扎的作用，從而導(dǎo)致晶粒驅(qū)動(dòng)力隨晶粒長大而減小，晶粒不能無限長大。3）第二相顆粒對(duì)晶粒長大的影響：彌散第二相顆粒對(duì)晶界移動(dòng)有

9、釘扎作用，它對(duì)控制材料的晶粒尺寸有重要的作用。晶界開始穿過顆粒時(shí)，晶界面積減小，減少了總的界面能量，這時(shí)粒子是幫助界面前進(jìn)的。但當(dāng)晶界到達(dá)粒子的最大截面后，晶界繼續(xù)移動(dòng)又會(huì)重新增加晶界面積，增加了總的界面能量，這時(shí)粒子會(huì)對(duì)晶界移動(dòng)產(chǎn)生拖曳作用。晶粒大小與第二相顆粒半徑成正比，與第二相顆粒的體積分?jǐn)?shù)成反比，即第二相顆粒越細(xì)小，數(shù)量越多，阻礙晶粒長大的能力越強(qiáng)，晶粒越細(xì)小。4）織構(gòu)和表面對(duì)晶粒長大的影響：由于晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力是界面能，因此如果存在鋒銳的織構(gòu)的話，會(huì)阻礙晶粒的長大，這種影響稱為織構(gòu)抑制。對(duì)于薄板材，當(dāng)很多晶粒長大到其尺寸橫跨板材厚度時(shí)，長大的晶粒兩面都暴露于表面，這些經(jīng)歷的長大變成了二維長大，這會(huì)降低長大驅(qū)動(dòng)力，另一方面露在自由表面上的晶界由于晶界張力與表