金相實驗報告2

實驗序號：1實驗項目名稱：金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、實驗?zāi)康募耙?.研究塑形變形對金屬組織和金屬機械性能的影響。2.了解金屬經(jīng)過冷塑形變形后顯微組織及機械性能的變化。3.觀察和研究變形度與與加熱溫度對冷塑形變形金屬組織和機械性能的影響。二、實驗設(shè)備（環(huán)境）及要求器材：加熱爐、金相顯微鏡、拋光機、鑲嵌機、HBE-3000A電子布氏硬度計（讀數(shù)顯微鏡）、萬能拉伸實驗機、砂紙（400、600、800、1000、1200號各一張）、小鋼鋸、夾持臺。試驗用品：氯化鐵粉末、濃鹽酸、蒸餾水。三、實驗內(nèi)容與步驟1.實驗材料本實驗使用材料為紫銅，先將紫銅板條狀試片，拉伸前是銅片有一定變形，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畫好標距（如圖），然后將試樣安放到拉伸機上，調(diào)整好進行拉伸，當標距被拉長到需要的長度時即停止拉伸，變形嚴重不均者報廢。75mm拉伸變形度按下式進行計算：δ=[(L-L0)/L0]×100%式中：δ為變形度，以%表示；L0為拉伸前鏢局長度（mm）；L為拉伸后標距長度（mm）。本實驗所用變形度及試樣編號由各組學生按討論的實驗方案確定，應(yīng)注意不要使試樣片受的任何沖擊和不應(yīng)有的變形，以保證實驗結(jié)果的準確。變形量與晶粒數(shù)關(guān)系表試樣編號012345實驗人座號112345設(shè)計變形度未變形拉斷變形后試樣長度（mm）實際變形量（%）變形前晶粒度變形后晶粒度再結(jié)晶晶粒度3.試樣的切割將拉伸試樣從中間切割成兩半，一般用于觀察冷變形組織，另一半用于觀察再結(jié)晶退火組織。試樣切割過程應(yīng)緩慢進行，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的銅片按各組制定的退火溫度進行退火，加熱時要等爐溫升到規(guī)定的溫度再放試樣，保溫到指定時間，取出試樣后變冷。5.金相試樣制作金相試樣制作過程中應(yīng)做好標記，注意按觀察所需要的平面制作試樣。鑲相、磨樣、拋光。要求制作的試樣表面達到鏡面光滑，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行侵蝕，待晶粒顯出后即停止侵蝕，用水沖洗干凈，點酒精燈吹干。要求得到晶界明顯、清晰的晶粒組織照片，為合格。冷變形和再結(jié)晶退火60分鐘試樣。各注意保存5個視場。7.硬度測試測試紫銅片不同變形量試樣的硬度，硬度實驗記錄表：試樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)平均硬度值冷變形試樣保溫min保溫min保溫min再結(jié)晶溫度：變形量：變形前硬度：繪制變形量與硬度關(guān)系曲線、硬度與再結(jié)晶退火溫度關(guān)系曲線。8.晶粒度測量測量晶粒度，并繪制晶粒度與退火溫度關(guān)系圖。晶粒度測量記錄表：序號圖像編號截線長（）截點數(shù)平均截距晶粒度12345平均晶粒度：9綜合每個小組的實驗數(shù)據(jù)繪出退火溫度與晶粒度的關(guān)系圖（即再結(jié)晶全圖）、變形量與晶粒度關(guān)系曲線；晶粒度與退火溫度、變形量關(guān)系圖10.研究與退火溫度和時間的關(guān)系11.研究再結(jié)晶動力學（1）再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系（Avrami公式）：f=1-exp(-Kt∧n)K＝Aexp(-QR/RT)（2）規(guī)律有孕育期；溫度越高，變形量越大孕育期越短；在體積分數(shù)為0.5時速率最大，然后減慢。四、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理拉伸速率：10mm/min拉伸前試樣長度：75mm拉伸后試樣長度：99mm形變量：24mm形變率：32%硬度實驗記錄表：試樣直徑1/mm直徑2/mm直徑3/mm平均直徑/mm平均硬度值冷變形試樣0.87000.87500.88000.8750101HBW保溫40min1.21001.23001.22001.220050.1HBW保溫50min1.21501.15001.23501.200051.9HBW保溫60min1.16501.23501.31001.236748.7HBW再結(jié)晶溫度：500℃變形量：32%變形前硬度：由實驗數(shù)據(jù)和圖表可以看出，紫銅試樣在變形后，經(jīng)過再結(jié)晶，隨著保溫時間的升高，紫銅的硬度下降，加工硬化逐漸消除，硬度趨于一定值。這說明再結(jié)晶可消除在變形過程中加工硬化的作用，使工件恢復(fù)以前的性能。1234晶粒度測量記錄表：序號圖像編號截線長(μm)截點數(shù)平均截距(mm)晶粒度1500-00-400-125085.50.0029213.552500-00-400-2250660.0037912.803500-00-400-325066.50.0037612.824500-00-400-4250670.0037312.85平均晶粒度：13.0051234晶粒度測量記錄表：序號圖像編號截線長(μm)截點數(shù)平均截距(mm)晶粒度1500-40-400-125043.50.0057511.602500-40-400-2250450.0055611.693500-40-400-3250480.0052111.884500-40-400-4250460.0054311.76平均晶粒度：11.73251234晶粒度測量記錄表：序號圖像編號截線長(μm)截點數(shù)平均截距(mm)晶粒度1500-50-400-1250450.0055611.692500-50-400-2250320.0078110.713500-50-400-3250390.0064111.284500-50-400-4250380.0065811.21平均晶粒度：11.22251234晶粒度測量記錄表：序號圖像編號截線長(μm)截點數(shù)平均截距(mm)晶粒度1500-60-400-1250480.0052111.882500-60-400-2250390.0064111.283500-60-400-325032.50.0076910.784500-60-400-425027.50.0090910.28平均晶粒度：11.055由實驗數(shù)據(jù)和圖表可以看出，隨著再結(jié)晶時間的加長，晶粒度級別數(shù)逐漸遞減，說明晶粒在不斷長大，且由斜率可看出，晶粒長大速率接近一定值。五、分析與討論金屬經(jīng)過冷塑形變形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，會出現(xiàn)回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大三個過程。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)晶后金屬的機械性能取決于晶粒大小，而晶粒大小則受預(yù)先冷變形度和再結(jié)晶溫度的控制。對于這樣的結(jié)果，分析為什么？金屬和合金經(jīng)塑性變形后，不僅內(nèi)部組織結(jié)夠與各項性能均發(fā)生相應(yīng)的變化，而且由于空位、位錯等結(jié)構(gòu)缺陷密度的增加，以及畸變能的升高，將使其處于熱力學不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)。因此，經(jīng)塑性變形的材料具有自發(fā)恢復(fù)到變形前低自由能狀態(tài)的趨勢。因而，冷變形金屬在加熱時會發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大等過程。金屬晶體結(jié)構(gòu)上的缺陷急劇增多使材料產(chǎn)生加工硬化，經(jīng)再結(jié)晶退火后，晶體結(jié)構(gòu)中的空位、位錯等缺陷將大量減少，從而消除加工硬化。再結(jié)晶后，金屬晶粒越細小，其強度一般越高，即發(fā)生了細晶強化。當變形程度很小時，因變形而產(chǎn)生的儲存能不足以驅(qū)動再結(jié)晶，晶粒大小無變化。當變形程度增大到一定數(shù)值后，此時的畸變能足以引起再結(jié)晶，但由于變形度不大，N/G比值很小，會得到特別粗大的晶粒。當變形量大于臨界變形量后，驅(qū)動形核與長大的儲存能不斷增大，而且形核率增大較快，使N/G變大，因此，再結(jié)晶后晶粒細化，且變形度越大，晶粒越細化。退火溫度對剛完成再結(jié)晶時晶粒尺寸的影響比較弱，但提高退火溫度可使再結(jié)晶速度顯著加快，臨界變形度數(shù)值變小。退火溫度越高，晶粒越粗大。變形對再結(jié)晶后晶粒長大影響特別顯著。金屬存在一個能進行再結(jié)晶的最小變形度，此時會得到過大的晶粒，該變形度被稱為臨界變形度（鋁大約3%），當超過臨界變形度時，金屬的變形度越大，再結(jié)晶后的晶粒越小，而超過80%變形度后晶粒又變大，為什么會這樣？分析原因。當變形程度很小時，因變形而產(chǎn)生的儲存能不足以驅(qū)動再結(jié)晶，晶粒大小無變化。當變形程度增大到一定數(shù)值后，此時的畸變能足以引起再結(jié)晶，但由于變形度不大，N/G比值很小，會得到特別粗大的晶粒。當變形量大于臨界變形量后，驅(qū)動形核與長大的儲存能不斷增大，而且形核率增大較快，使N/G變大，因此，再結(jié)晶后晶粒細化，且變形度越大，晶粒越細化。當變形量達到80%后