第六章-金屬的塑性變形與再結(jié)晶課件

第六章金屬的塑性變形與再結(jié)晶材料實驗中心:師琳第六章金屬的塑性變形與再結(jié)晶材料實驗中心:師琳金屬塑性變形的基本方式有滑移和孿生兩種。在切應(yīng)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(yīng)力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對另一部分產(chǎn)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(guān)系，這種變形方式稱為孿生。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(yīng)力作用下，冷塑性變形對金屬組織與性能的影響若金屬在再結(jié)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(nèi)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(nèi)部也出現(xiàn)了滑移帶或?qū)\晶帶。當(dāng)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(gòu)，使金屬材料的性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性。（圖為工業(yè)純鐵經(jīng)不同程度變形的顯微組織。）金屬經(jīng)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(xiàn)象稱為加工硬化。此外，在金屬內(nèi)部還產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一般情況下，殘余應(yīng)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。冷塑性變形對金屬組織與性能的影響若金屬在再結(jié)晶溫度以下冷塑性變形對金屬組織與性能的影響工業(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%冷塑性變形對金屬組織與性能的影響工業(yè)純鐵冷塑性變形后組織(冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化金屬經(jīng)冷塑性變形后，由于其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)細(xì)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(fù)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(fù)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(fù)當(dāng)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(yīng)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。冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化金屬經(jīng)冷塑性變形后，由冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化

2．再結(jié)晶當(dāng)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(yán)重的地帶，通過形核與長大方式進行再結(jié)晶。（圖反映了冷塑性變形工業(yè)純鐵的再結(jié)晶過程的顯微組織。）冷變形金屬在再結(jié)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(yīng)力，使金屬又重新恢復(fù)到冷塑性變形前的狀態(tài)。金屬的再結(jié)晶過程是在一定溫度范圍內(nèi)進行的。通常把變形程度在70%以上的冷變形金屬經(jīng)1h加熱能完全再結(jié)晶的最低溫度，定為再結(jié)晶渡。實驗證明，金屬的熔點愈高，在其他條件相同時，其再結(jié)晶溫度也愈高。金屬的再結(jié)晶溫度(T再)與其熔點(T熔)間的關(guān)系，大致可用下式表示：T再=0.4T熔式中各溫度值，應(yīng)為絕對溫度。冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化2．再結(jié)晶當(dāng)加熱溫冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化工業(yè)純鐵再結(jié)晶過程的顯微組織(150X)a)550℃再結(jié)晶b)600℃再結(jié)晶c)850℃再結(jié)晶冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化工業(yè)純鐵再結(jié)晶過程的顯微組冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化

3．晶粒長大冷變形金屬再結(jié)晶后，一般都得到細(xì)小均勻的等軸晶粒。但繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，再結(jié)晶后的晶粒又會逐漸長大，使晶粒粗化。冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化3．晶粒長大冷變形變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響冷變形金屬再結(jié)晶后晶粒度除與加熱溫度、保溫時間有關(guān)外，還與金屬的預(yù)先變形程度有關(guān)。（圖表示金屬再結(jié)晶后的晶粒度與其預(yù)先變形程度間的關(guān)系。）由圖可見，當(dāng)變形程度很小時，金屬不發(fā)生再結(jié)晶，因而晶粒大小不變。當(dāng)達到某一變形程度后，金屬開始發(fā)生再結(jié)晶，而且再結(jié)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(jié)晶時形核率愈大，因而使再結(jié)晶后的晶粒逐漸變細(xì)。變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響 變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響冷變形金屬再結(jié)晶后晶變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響純鋁的程度與再結(jié)晶晶粒度的關(guān)系變形程度：a)1%b)2.5%c)3%d)6%e)9%f)12%g)15%浸蝕劑：HF15ml,HCl45ml,HNO315ml,H2SO425ml(拉伸變形后，經(jīng)550℃再結(jié)晶退火30min)變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響純鋁的程度與再結(jié)晶晶粒度變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響引起冷變形金屬開始再結(jié)晶，并在再結(jié)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5~10%，銅約為5%，鋁約為2~3%。由于粗大晶粒將顯著降低金屬的機械性能，故應(yīng)避免金屬材料在臨界變形程度的范圍內(nèi)進行壓力加工。變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響引起冷變形金屬開始再塑性變形實驗一、實驗?zāi)康?．了解冷塑性變形對金屬組織與性能的影響。2．了解經(jīng)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(jié)晶晶粒度的影響。二、實驗設(shè)備、用品及試樣(一)實驗設(shè)備1．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．砂輪機、預(yù)磨機、拋光機、吹風(fēng)機。(二)實驗用品1．測量試樣尺寸用的游標(biāo)尺。2．不同粗細(xì)的金相砂紙一套、拋光磨料、浸蝕劑、無水酒精。(三)實驗試樣1．退火狀態(tài)低碳鋼(建議采用10鋼)的拉力試樣若干。2．不同變形程度經(jīng)再結(jié)晶后具有不同晶粒度的純鋁片試樣一套。塑性變形實驗一、實驗?zāi)康乃苄宰冃螌嶒炄?、實驗方法及步驟1．以若干人為一小組，每組領(lǐng)取退火狀態(tài)低碳鋼拉力試樣一根。2．在拉力試樣的總標(biāo)距內(nèi)每隔10mm，用劃線儀劃出分段標(biāo)距的印記。3．用游標(biāo)尺測量出分段標(biāo)距的長度，并記下測量數(shù)據(jù)。4．將度樣在拉力試驗機上進行拉伸，直至試樣產(chǎn)生“頸縮”，并在斷裂前的瞬間，把試樣自試驗機上取下，然后再用游標(biāo)尺測量和記錄變形后各分段印記間的長度，并計算出各分段標(biāo)距內(nèi)的延伸率。5．在分段標(biāo)距的印記處用手鋸或砂輪切割等方法，把試樣分段切開。6．把分段試樣沿軸向制備成金相試樣，然后在金相顯微鏡下觀察其顯微組織，再根據(jù)其組織特征，繪出顯微組織示意圖，并記錄觀察試樣所用的放大倍數(shù)和浸蝕劑。7．在已觀察過的試樣磨面上，測定其洛氏硬度值HRB，并記下測量數(shù)據(jù)。塑性變形實驗三、實驗方法及步驟塑性變形實驗9．在各組試樣中選取五個變形程度較大且變形程度值相近的分段試樣，分別放入溫度為100℃℃、300℃、500℃、650℃、800℃的加熱爐中保溫30min后出爐空冷(可將學(xué)生分組，分別完成一個數(shù)據(jù))。10．把冷卻后的分段試樣沿軸向制備成金相試樣，然后在金相顯微鏡下觀察其顯微組織，再根據(jù)其組織特征，繪出顯微組織示意圖，并記錄觀察試樣所用的放大倍數(shù)及浸蝕劑。11．在已觀察過的試樣磨面上，測定其洛氏硬度值HRB，并記下測量數(shù)據(jù)。12．分析冷變形金屬在加熱時組織與硬度的變化規(guī)律。13．觀察由實驗室制備好的純鋁片試樣一套，了解不同變形程度對再結(jié)晶后晶粒度的影響，并找出純鋁的臨界變形程度。塑性變形實驗9．在各組試樣中選取五個變形程度較大且變形程度塑性變形實驗四、實驗報告根據(jù)實驗結(jié)果，填寫下列兩表。變形程度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響：在試樣上選擇兩個不同的地方，用肉眼或放大鏡數(shù)出100m2面積中的晶粒數(shù)N計入表中。變形度（%）12691215晶粒數(shù)（N）晶粒大?。?/N）塑性變形實驗四、實驗報告變形度（%）12691215晶粒數(shù)塑性變形實驗再結(jié)晶溫度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響：試樣編號試樣狀態(tài)顯微組織特征1未變形2變形量為0.25%3變形量為50%4變形量為80%5變形量為50%，400℃保溫半小時6變形量為50%，600℃保溫半小時7變形量為50%，800℃保溫半小時塑性變形實驗再結(jié)晶溫度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響：試樣編號試第六章金屬的塑性變形與再結(jié)晶材料實驗中心:師琳第六章金屬的塑性變形與再結(jié)晶材料實驗中心:師琳金屬塑性變形的基本方式有滑移和孿生兩種。在切應(yīng)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(yīng)力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對另一部分產(chǎn)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(guān)系，這種變形方式稱為孿生。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(yīng)力作用下，冷塑性變形對金屬組織與性能的影響若金屬在再結(jié)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(nèi)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(nèi)部也出現(xiàn)了滑移帶或?qū)\晶帶。當(dāng)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(gòu)，使金屬材料的性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性。（圖為工業(yè)純鐵經(jīng)不同程度變形的顯微組織。）金屬經(jīng)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(xiàn)象稱為加工硬化。此外，在金屬內(nèi)部還產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一般情況下，殘余應(yīng)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。冷塑性變形對金屬組織與性能的影響若金屬在再結(jié)晶溫度以下冷塑性變形對金屬組織與性能的影響工業(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%冷塑性變形對金屬組織與性能的影響工業(yè)純鐵冷塑性變形后組織(冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化金屬經(jīng)冷塑性變形后，由于其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)細(xì)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(fù)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(fù)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(fù)當(dāng)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(yīng)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。冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化金屬經(jīng)冷塑性變形后，由冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化

2．再結(jié)晶當(dāng)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(yán)重的地帶，通過形核與長大方式進行再結(jié)晶。（圖反映了冷塑性變形工業(yè)純鐵的再結(jié)晶過程的顯微組織。）冷變形金屬在再結(jié)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(yīng)力，使金屬又重新恢復(fù)到冷塑性變形前的狀態(tài)。金屬的再結(jié)晶過程是在一定溫度范圍內(nèi)進行的。通常把變形程度在70%以上的冷變形金屬經(jīng)1h加熱能完全再結(jié)晶的最低溫度，定為再結(jié)晶渡。實驗證明，金屬的熔點愈高，在其他條件相同時，其再結(jié)晶溫度也愈高。金屬的再結(jié)晶溫度(T再)與其熔點(T熔)間的關(guān)系，大致可用下式表示：T再=0.4T熔式中各溫度值，應(yīng)為絕對溫度。冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化2．再結(jié)晶當(dāng)加熱溫冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化工業(yè)純鐵再結(jié)晶過程的顯微組織(150X)a)550℃再結(jié)晶b)600℃再結(jié)晶c)850℃再結(jié)晶冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化工業(yè)純鐵再結(jié)晶過程的顯微組冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化

3．晶粒長大冷變形金屬再結(jié)晶后，一般都得到細(xì)小均勻的等軸晶粒。但繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，再結(jié)晶后的晶粒又會逐漸長大，使晶粒粗化。冷變形后金屬在加熱時組織性能的變化3．晶粒長大冷變形變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響冷變形金屬再結(jié)晶后晶粒度除與加熱溫度、保溫時間有關(guān)外，還與金屬的預(yù)先變形程度有關(guān)。（圖表示金屬再結(jié)晶后的晶粒度與其預(yù)先變形程度間的關(guān)系。）由圖可見，當(dāng)變形程度很小時，金屬不發(fā)生再結(jié)晶，因而晶粒大小不變。當(dāng)達到某一變形程度后，金屬開始發(fā)生再結(jié)晶，而且再結(jié)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(jié)晶時形核率愈大，因而使再結(jié)晶后的晶粒逐漸變細(xì)。變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響 變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響冷變形金屬再結(jié)晶后晶變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響純鋁的程度與再結(jié)晶晶粒度的關(guān)系變形程度：a)1%b)2.5%c)3%d)6%e)9%f)12%g)15%浸蝕劑：HF15ml,HCl45ml,HNO315ml,H2SO425ml(拉伸變形后，經(jīng)550℃再結(jié)晶退火30min)變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響純鋁的程度與再結(jié)晶晶粒度變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響引起冷變形金屬開始再結(jié)晶，并在再結(jié)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5~10%，銅約為5%，鋁約為2~3%。由于粗大晶粒將顯著降低金屬的機械性能，故應(yīng)避免金屬材料在臨界變形程度的范圍內(nèi)進行壓力加工。變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響引起冷變形金屬開始再塑性變形實驗一、實驗?zāi)康?．了解冷塑性變形對金屬組織與性能的影響。2．了解經(jīng)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(jié)晶晶粒度的影響。二、實驗設(shè)備、用品及試樣(一)實驗設(shè)備1．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．砂輪機、預(yù)磨機、拋光機、吹風(fēng)機。(二)實驗用品1．測量試樣尺寸用的游標(biāo)尺。2．不同粗細(xì)的金相砂紙一套、拋光磨料、浸蝕劑、無水酒精。(三)實驗試樣1．退火狀態(tài)低碳鋼(建議采用10鋼)的拉力試樣若干。2．不同變形程度經(jīng)再結(jié)晶后具有不同晶粒度的純鋁片試樣一套。塑性變形實驗一、實驗?zāi)康乃苄宰冃螌嶒炄?、實驗方法及步驟1．以若干人為一小組，每組領(lǐng)取退火狀態(tài)低碳鋼拉力試樣一根。2．在拉力試樣的總標(biāo)距內(nèi)每隔10mm，用劃線儀劃出分段標(biāo)距的印記。3．用游標(biāo)尺測量出分段標(biāo)距的長度，并記下測量數(shù)據(jù)。4．將度樣在拉力試驗機上進行拉伸，直至試樣產(chǎn)生“頸縮”，并在斷裂前的瞬間，把試樣自試驗機上取下，然后再用游標(biāo)尺測量和記錄變形后各分段印記間的長度，并計算出各分段標(biāo)距內(nèi)的延伸率。5．在分段標(biāo)距的印記處用手鋸或砂輪切割等方法，把試樣分段切開。6．把分段試樣沿軸向制備成金相試樣，然后在金相顯微鏡下觀察其顯微組織，再根據(jù)其組織特征，繪出顯微組織示意圖，并記錄觀察試樣所用的放大倍數(shù)和浸蝕劑。7．在已觀察過的試樣磨面上