實驗3.金屬冷變形及再結(jié)晶對組織和性能的影響

1、山東科技大學(xué)實驗3.金屬冷變形及再結(jié)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(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。（一）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

2、粒內(nèi)部也出現(xiàn)了滑移帶或?qū)\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(gòu)，使金屬材料的性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性。 圖6-1為工業(yè)純鐵 經(jīng)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(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。（二）冷塑性變

3、形后金屬在加熱時組織與性能的變化金屬經(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。2 再結(jié)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(jié)晶，圖6-2反映

4、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)。圖6-2工業(yè)純鐵再結(jié)晶過程的顯微組織（150X）a）550C再結(jié)晶b）600C再結(jié)晶c） 850C再結(jié)晶金屬的再結(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=0.4 T熔式中各溫度值，應(yīng)為絕對溫度。3

5、 晶粒長大 冷變形金屬再結(jié)晶后，一般都得到細小均勻的等軸晶粒。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。（三）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6-3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， 當變形程度很小時，金屬不發(fā)生再結(jié)晶，因圖6-3變形程度對金屬再結(jié) 晶后晶粒度的影響而晶粒大小不變。當達到某一變形程度后， 金屬開始發(fā)生再結(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

6、逐漸變細。 圖6-4純鋁在不同程度拉伸變形時，經(jīng) 550r再結(jié)晶退火30min后的晶粒度比較圖6-4純鋁的變形程度與再結(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：HF 15ml, HCI 45ml, HNO 3 15ml, H2SO4 25 ml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 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(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。山東科技大學(xué)實驗、實驗?zāi)康?了解冷塑性變形對金

7、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。、實驗設(shè)備、用品及試樣（一）實驗設(shè)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(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。、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(jié)晶退火。6. 退火試樣進行拉伸試驗。7. 分