《金属材料》教学案_第三章金属的塑性变形与再结晶
金属的塑性变形与再结晶实验实验报告资料
金属的塑性变形与再结晶实验实验报告资料实验目的：通过实验研究金属的塑性变形与再结晶的过程，了解金属材料的性质及其应用。
实验原理：1.金属的塑性变形金属的塑性变形是指在外力作用下，金属发生形变而不断展开的一种过程。
金属的塑性变形具有以下特点：①金属塑性变形具有可逆性，即当外力解除时形变可回复。
②金属的塑性变形是沿晶的，即沿晶体内的晶体结构变形。
③金属的塑性变形具有连续性，即在一定应变范围内，应力与应变呈线性关系。
2.金属的再结晶金属的再结晶是指在金属塑性变形的过程中，原来的组织结构发生了某些变化，而在恰当的条件下，这些组织结构又恢复到了原来的状态，这种过程就叫做金属的再结晶。
金属的再结晶的特点如下：①金属的再结晶是晶体内部的结构调整。
②金属的再结晶能够使金属的内部应力有所缓和。
实验步骤：1.制备试样：准备金属的坯料，在坯料上打上“X”形切口，切口至深为材料厚度的1/2。
2.进行冷加工：采用箔冷机或轧制机进行冷加工，进行一定程度的压缩形变。
在经过一定拉伸形变后，在X形切口处出现了明显的变形。
3.进行再结晶退火：将试样放入电阻炉中进行再结晶退火，然后进行空冷，使试样的晶粒细化，且Z形切口处无明显变形。
4.进行显微组织观察：将试样进行金相试样制备和显微组织观察。
在加工前，金属材料的结构均匀且颗粒晶粒较大，大量晶界分布而成急促晶界。
在加工后，晶粒较小，分布均匀；试样表面被拉伸，并且形成了急促晶界。
在经过再结晶退火处理后，试样中的晶粒再次变小，形成了勾芡状晶粒，Z形切口处没有变形出现，晶界清晰。
实验结果：通过本次实验，我们得到了以下实验结果：1.金属材料在冷加工的过程中，晶粒会发生变形，形成急促晶界。
2.金属在经过适当的再结晶退火处理后，晶粒又会重新排列，形成勾芡状的晶籍，并且试样中没有变形现象。
实验分析：本次实验从实验原理、实验步骤、实验结果三方面说明了金属塑性变形和再结晶的过程，得到了较好的结果。
同时我们也认识到，产生分析实验结果的原因不外乎通往实验目的的基本原理和实验的步骤。
金属的塑性变形与再结晶
实验名称：金属的塑性变形与再结晶实验类型：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、实验步骤与实验结果（必填）五、讨论、心得（必填）一、实验目的1.了解冷塑性变形对金属材料的内部组织与性能的影响；2.了解变形度对金属再结晶退火后晶粒大小的影响。
二、实验原理金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。
在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。
(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。
冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。
金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。
当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。
同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。
金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。
(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。
但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。
若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。
1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。
此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。
但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。
2．再结晶当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过晶核与长大方式进行再结晶。
“金属的塑性变形与再结晶实验”实验报告.docx
金属的塑性变形与再结晶实验”实验报告、实验目的( 1) 了解冷塑性变形对金属材料的内部组织与性能的影响。
( 2) 了解变形度对金属再结晶退火后晶粒大小的影响。
二、实验原理金属材料在外力作用下，当应力大于弹性极限时，不但会产生弹性变形，还会产生塑性变形。
塑性变形的结果不仅改变金属的外形和尺寸，也会改变其内部的组织和性能。
在冷塑性形变过程，随着变形程度的增大，金属内部的亚晶增多，加上滑移面转动趋向硬位向和位错密度增加等原因，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。
加工硬化后的金属内能升高，处在不稳定的状态，并有想稳定状态转变的自发趋势。
若对其进行加热，使其内部原子活动能力增大，随着加热温度逐渐升高，金属内部依次发生回复、再结晶和晶粒长大3 个阶段。
冷塑性变形金属经再结晶退火后的晶粒大小，不仅与再结晶退火时的加热温度有关，，而且与再结晶退火前预先冷变形程度有关。
当变形度很小时，由于金属内部晶粒的变形也很小，故晶格畸变也小，晶粒的破碎与位错密度增加甚微，不足以引起再结晶现象发生，故晶粒大小不变。
当变形度在2%~10% 范围内时，由于多晶体变形的特点，金属内部各个晶粒的变形极不均匀(即只有少量晶粒进行变形) ，再结晶是晶核的形成数量很少，且晶粒极易相互并吞长大，形成较粗大的晶粒，这样的变形度称为临界变形度。
大于临界变形度后，随着变形量的增大，金属的各个晶粒的变形逐步均匀化，晶粒破碎程度与位错密度也随着增加，再结晶时晶核形成的数量也增多，所以再结晶退火后晶粒较细小而均匀。
为了观察再结晶退火后铝片的晶粒大小，必须把退火后的铝片放入一定介质中进行浸蚀，由于各个晶粒内原子排列的位向不同，对浸蚀剂的腐蚀不同，因而亮暗程度不同，就能观察到铝片内的晶粒。
三、实验装置及试件工业纯铝片、铝片拉伸机、浸蚀剂( 15%HF+45%HCL+15%HN ??3+25% ??2??组成的混合酸)、HV-120型维氏硬度计、小型实验用箱式炉、钢皮尺、划针、扳手、放大镜。
金属材料与金属的化学性质教案
金属材料与金属的化学性质教案第一章：金属材料的分类和性质教学目标：1. 了解金属材料的分类，包括金属纯物和合金。
2. 掌握金属材料的性质，如导电性、导热性和韧性。
教学内容：1. 金属材料的分类：金属纯物和合金。
2. 金属材料的性质：导电性、导热性和韧性。
教学活动：1. 引入金属材料的分类和性质的概念。
2. 通过实物展示和图片介绍金属纯物和合金。
3. 进行实验演示，观察和比较金属材料的导电性、导热性和韧性。
第二章：金属的冶炼和加工教学目标：1. 了解金属的冶炼方法，包括还原法和电解法。
2. 掌握金属的加工方法，如铸造、锻造和轧制。
教学内容：1. 金属的冶炼方法：还原法和电解法。
2. 金属的加工方法：铸造、锻造和轧制。
教学活动：1. 引入金属的冶炼和加工的概念。
2. 通过图片和视频介绍金属的冶炼方法。
3. 进行实验演示，观察金属的加工过程。
第三章：金属的腐蚀与防护教学目标：1. 了解金属腐蚀的原因，包括化学腐蚀和电化学腐蚀。
2. 掌握金属防护的方法，如涂层防护和阴极保护。
教学内容：1. 金属腐蚀的原因：化学腐蚀和电化学腐蚀。
2. 金属防护的方法：涂层防护和阴极保护。
教学活动：1. 引入金属腐蚀和防护的概念。
2. 通过实验演示和案例分析，了解金属腐蚀的原因。
3. 介绍金属防护的方法，并讨论其优缺点。
第四章：金属的化学反应教学目标：1. 了解金属的化学反应类型，包括氧化还原反应和置换反应。
2. 掌握金属与其他物质的化学反应过程。
教学内容：1. 金属的化学反应类型：氧化还原反应和置换反应。
2. 金属与其他物质的化学反应过程。
教学活动：1. 引入金属的化学反应概念。
2. 通过实验演示和化学方程式分析，了解金属的化学反应类型。
3. 讨论金属与其他物质化学反应的实例。
第五章：金属的应用领域教学目标：1. 了解金属在不同领域的应用，包括建筑、电子和交通工具。
2. 掌握金属在不同应用领域的特点和需求。
教学内容：1. 金属在建筑领域的应用：结构材料和装饰材料。
金属的塑性变形与再结晶
金属的塑性变形与再结晶一、实验目的：1、了解显微镜下滑移线、变形孪晶和退火孪晶特征。
2、了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化。
3、讨论冷加工变形对再结晶晶粒大小的影响。
二、实验内容：1、观察工业纯铁冷变形滑移线，纯锌的变形孪晶，黄铜或纯铜的退火孪晶。
2、观察工业纯铁经冷变形（0%、20%、40%、60%）后的显微组织。
3、用变形度不同的工业纯铝片，退火后测定晶粒大小。
三、实验内容讨论：1、显微镜下的滑移线与变形孪晶：当金属以滑移和孪晶两种方式塑性变形时，可以在显微镜下看到变形结果。
我们之所以能看到滑移线（叫滑移带更符合实际）是因为晶体滑移时，使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所致。
滑移线的形状取决于晶体结构和位错运动，有直线形的，有波浪形的，有平行的，有互相交叉的，显示了滑移方式的不同。
变形量越大，滑移线愈多、愈密。
在密排六方结构中，常可看到变形孪晶，这是因为此类金属结构难以进行滑移变形。
孪晶可以看成是滑移的一种特殊对称形式，其结果使晶体的孪生部分相对于晶体的其余部分产生了位向的改变。
由于位向不同，孪晶区与腐蚀剂的作用也不同于其他部分，在显微镜下，孪晶区是一条较浅或较深的带。
在不同的金属中，变形孪晶的形状也不同，例如在变形锌中可看到孪晶变形区域，其特征为竹叶状，α—Fe则为细针状。
除变形孪晶外，有些金属如黄铜在退火时也常常出现以平行直线为边界的孪晶带，这类孪晶称为退火孪晶。
滑移和孪晶的区别：制备滑移线试样时，是试样先经过表面抛光，然后再经过微量塑性变形。
如果变形后再把表面抛光，则滑移线就看不出来了。
制备孪晶试样时，是先经塑性变形，然后再抛光腐蚀，可见：（1）对于滑移线不管样品是否经过腐蚀均可看到，而孪晶只有在磨光腐蚀后才可看见。
（2）滑移线经再次磨光即消失，而孪晶在样品表面磨光腐蚀后仍然保留着。
滑移线和磨痕的区别在于前者是不会穿过晶界的。
2、冷变形后金属的显微组织和机械性能冷加工变形后，晶粒的大小、形状及分布都会发生改变。
金属的塑性变形与再结晶
等轴晶粒，机械性能完全恢复。
（三）再结晶后晶粒大小与变形量的关系
冷变形金属再结晶后晶粒大小除与加 热温度、保温时间有关外，还与金属的预 先变形量有关。 当变形度很小时，金属不发生再结晶。
晶粒 大小
这是由于晶内储存的畸变能很小，不足以
进行再结晶而保持原来状态，当达到某一 变形度时，再结晶后的晶粒特别粗大，该
2
3 4
低碳钢
低碳钢 低碳钢
压缩58%
压缩45%，550℃退火半小时 压缩58%，550℃退火半小时
伸长的晶粒
部分等轴晶 部分等轴晶
5
6 7 8
低碳钢
低碳钢 低碳钢 低碳钢
压缩45%，650℃退火半小时
压缩58%，650℃退火半小时 压缩45%，700℃退火半小时 压缩58%，700℃退火半小时
完全再结晶
c. 对比分析不同变形量，不同退火温度对晶粒大小的影响。
（二）塑性变形后的回复与再结晶
金属经冷塑性变形后，在热力学上处于不稳定状态，
必有力求恢复到稳定状态的趋势。
但在室温下，由于原子的动能不足，恢复过程不易进 行，加热会提高原子的活动能力，也就促进了这一恢复 过程的进行。 加热温度由低到高，其变化过程大致分为回复、再结 晶和晶粒长大三个阶段，当然这三个阶段并非截然分开。
变形度称之临界变形度。
一般金属的临界变形度在2％～10％范 围内。此后，随着变形度的增加，再结晶
临界变形度
预先变形程度
预先变形程度对晶粒度的影响
后的晶粒度逐渐变细。
三、实验方法
1．实验材料及设备 （1）金相显微镜； （2）低碳钢不同变形量及再结晶状态金相样品一套；
编号 1 材料 低碳钢 处理状态 压缩45% 组织 伸长的晶粒
【材料课件】实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察
实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察目的1．加深对材料塑性编写过程的理解;２．认识塑性变形的典型组织；3.理解变形量对再结晶后晶粒尺寸的影响。
一、塑性变形引起材料组织的变化晶体塑性材料塑性变形的基本方式有四种：滑移、孪生、蠕变、粘滞性流动。
滑移是晶体中位错在外力作用下发生运动，造成晶体的两部分在滑移面上沿滑移方向的相对移动,滑移是位错的移动,晶体内部原子从一个平衡位置移到另一个平衡位置，不一起晶体内的组织变化，位错移出晶体的表面，形成滑移台阶,一个位错源发出的位错都移出,在晶体表明形成台阶在显微镜下可以见到,就是滑移线。
孪生是在滑移困难时以形成孪晶的方式发生的塑性变形，晶体发生孪生，在晶体表面产生浮凸,晶体内部生成的孪晶与原晶体的取向不一样，并有界面分隔,所以在晶体内重新制样后依然可以看到孪晶。
多晶体材料发生塑性变形后，原等轴晶粒被拉长或压扁，晶界变模糊。
两相材料经过塑性变形后，第二相的分布也与变形方向有关。
塑性变形后进行退火加热发生再结晶的晶粒尺寸与变形量有直接的关系。
在临界变形量(不同材料不相同,一般金属在２—１0%之间）以下,金属材料不发生再结晶,材料维持原来的晶粒尺寸;在临界变形量附近，刚能形核,因核心数量很少而再结晶后的尺寸很大，有时甚至可得到单晶;一般情况随着变形量的增加,再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过大(>70％)后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生晶粒的异常长大。
二、实验内容1.观察几种塑性变形后的组织形貌①.低碳钢拉伸后的组织变化：看断口附近，变形量最大，组织特征明显，白色的软相的晶粒的形状分布，黑色较硬相形状分布特征。
②纯铁压缩表面的滑移线:为了观察,现将试样磨平，再压缩变形，晶体表面可留下滑移线。
若再打磨则滑移线就不可见。
一个滑移系能开动，与之平行的滑移系也可能开动，滑移线往往时互相平行,因为存在交滑移,滑移线为波浪状。
③锌的变形孪晶：Ｚn是ｈcp晶系，仅有三个滑移系,多晶体变形就会发生孪生，从试样上可见到变形产生的孪晶。
《金属材料与热处理》第三章金属的塑性变形对组织性能
重冷塑性变形的金属,经1小时加热后能完全再结晶的 最低温度来表示。
最低再结晶温度：
T再=0.4T熔点 式中温度单位为绝对温度(K)。
8
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
(3)再结晶温度影响因素：
1）变形程度 ➢2）金金属属再纯结度晶前：塑纯性度变越形高的, 最相低对再变结形晶量温称度为也预就先越变低形 度➢。3）预；加先热变速形度越大, 金属的晶体缺陷就越多, 组织越不 稳➢➢杂再定质结, 最和晶低合是再金一结元扩晶素散温（过度高程也熔, 需就点一越元定低素时；）间阻才碍能原完子成扩；散和晶 ➢界➢当提迁预高移先加, 可变热显形速著度度提达会高一使最定再低大结再小晶结后在晶,较最温高低度温再；度结下晶发温生度；趋于某 一➢高原稳纯始定度晶值铝粒。(越99粗.9大9,9再%结)最晶低温再度结越晶高温。度为80 ℃； ➢工业纯铝(99.0%)最低再结晶温度提高到290 ℃。
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、热加工晶粒大小控制措施
（1）.控制较低的加工终了温度 （2）.控制较大的变形程度 （3）.控制较快的冷却速度
0
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、产生残余内应力 ➢定义：外力去除后，金属内部残留下来的应力。
产生原因：金属发生塑性变形时，内部变形不均匀， 位错、空位等晶体缺陷增多，会产生残余内应力。
➢1）宏观内应力 ➢2）微观残余应力 ➢3）晶格畸变应力
1
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1
第一节 金属的塑性变形
金属材料与热处理教案
金属材料与热处理教案第一章：金属材料的概述教学目标：1. 了解金属材料的定义和分类。
2. 掌握金属材料的性质和用途。
教学内容：1. 金属材料的定义：金属材料是指由金属元素或金属合金组成的材料。
2. 金属材料的分类：金属材料主要包括纯金属和合金两大类。
3. 金属材料的性质：金属材料具有优良的导电性、导热性和韧性等。
4. 金属材料的用途：金属材料广泛应用于建筑、机械、电子等领域。
教学活动：1. 引入金属材料的概念，引导学生思考金属材料的日常应用。
2. 介绍金属材料的分类，让学生了解不同类型的金属材料。
3. 通过实例讲解金属材料的性质，如导电性、导热性和韧性等。
4. 探讨金属材料的用途，让学生了解金属材料在各个领域的重要性。
第二章：金属的结晶与晶体结构教学目标：1. 了解金属的结晶过程和晶体结构。
2. 掌握金属的晶体类型和性质。
教学内容：1. 金属的结晶过程：金属从液态转变为固态的过程称为结晶。
2. 金属的晶体结构：金属晶体主要由金属原子通过金属键相互连接而成。
3. 金属的晶体类型：金属晶体主要分为面心立方晶格和体心立方晶格两种类型。
4. 金属的晶体性质：不同晶体结构的金属具有不同的性质，如硬度和延展性等。
教学活动：1. 引入金属的结晶过程，引导学生了解结晶的基本概念。
2. 介绍金属的晶体结构，让学生掌握金属原子的排列方式。
3. 通过示意图讲解金属的晶体类型，如面心立方晶格和体心立方晶格。
4. 探讨金属的晶体性质，让学生了解不同晶体结构对金属性质的影响。
第三章：金属的塑性变形与再结晶教学目标：1. 了解金属的塑性变形和再结晶过程。
2. 掌握金属的塑性变形方式和再结晶的条件。
教学内容：1. 金属的塑性变形：金属在外力作用下发生形状改变而不断裂的过程。
2. 金属的塑性变形方式：主要包括拉伸、压缩、弯曲和扭转等。
3. 再结晶：金属在加热和冷却过程中，晶体结构发生改变的现象。
4. 再结晶的条件：再结晶发生的温度、应变量和时间等因素。
金属的塑性变形与再结晶1
6.4 塑性变形对金属组织与性能的影响
3．形变织构 是指随塑性变形进行，各个晶粒在空间取向上
逐渐趋于一致的组织状态。
58
不同的晶体结构，有不同的形变织构取向
59
织构的利与弊：各向异性的避免或利用
制耳
60
6.4 塑性变形对金属组织与性能的影响
4.残余应力 变形功一部分转变为储存能，以各类残余应力 的形式表现
72
不可变形粒子阻碍变形的Orowan机制
➢ 受阻—弯曲—绕过—位错环—反作用于位错源
克服线张力作用使位错
线弯曲到曲率半径
R的切应力为：
Gb
2R 能够绕过粒子继续运动
需要克服的临界切应力
为：
Gb ( : 粒子间距)
73
小结：
不可变形粒子的强化作用与粒子间距λ成 反比，粒子愈多，粒子间距愈小，强化作用 愈明显。
强化的理解与运用 ➢塑性变形对合金组织与性能的影响与分
析运用 ➢塑性变形中用 的理解
80
通常有害，应予以消除 也可有特殊的强化效应——表面残余压应力提 高疲劳强度
61
残余应力的分类
➢ （1）宏观残余应力（第一类内应力）： 由宏观变形不均匀性引起的，易导致工件变形
➢ （2）微观残余应力（第二类内应力） 由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性引起，易导致 工件开裂。
➢ （3）点阵畸变（第三类内应力）： 由点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）引起的， 引起晶体的强化并使之处于热力学不稳定状态。
（2）是一种均匀切变。 （3）孪晶有对称关系。
在一定范围内改变了晶体的取向。
39
40
41
111 000
孪晶形貌的衍衬像
孪晶的选区电子衍射花样
3 第三章 金属的结晶、变形与再结晶——【工程材料学】
一个滑移面和该面上一个滑移 方向构成一个滑移系
三种典型金属晶格的滑移系
6
4
1
2
3
3
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其 中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
因而金属的塑性，面心立方晶格 > 体心立方晶格【滑移系相 同，看滑移方向】，体心立方晶格 > 密排六方晶格【看滑移 系】。
冷却速度越大，则开始 结晶温度越低，过冷度也就 越大。
② 变质处理
在液态金属中加入少量变质剂（又称孕育剂）作为人 工晶核，以增加晶核数，从而细化晶粒并改善组织。
③ 振动，电磁搅拌等
对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可靠外部 输入的能量来促进形核，另一方面也可使成长中的枝晶破 碎，使晶核数目显著增加。
同素异构转变的特点： 同素异构转变也是结晶过程，转变时也有结晶潜热的放
出和过冷现象，但有着与一般结晶过程不同之处，其特点为： • 1、形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、
特定晶面等）。 • 2、由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。 • 3、固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。
3.2 塑性变形与再结晶
（2） 长大
1）平面长大。在正温度梯度 （过冷度随着离液/固界面的 距离增加而减小）的情况下， 金属晶体主要以其表面向前平 行推移的方式长大。
2）树枝状长大。在负温度梯度 的情况下，金属晶体往往以树 枝状的形状长大。
• 实际金属的结晶主要以树枝状长大。 • 这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，
生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝 间最后被填充。
金 属 的 树 枝 晶
金属的塑性变形与再结晶PPT教案
第47页/共63页
➢ 3、退火加热速度和保温时间 提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生, 延
长加热时间, 使原子扩散充分, 再结晶温度降低。 生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火。
再结晶退火温度比再结晶温度高100~200℃。
黄铜580ºC保温8秒后的组织
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金 晶界的位错塞
积
第20页/共63页
➢ 2、晶粒位向的影响
➢ 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变
形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发
生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹
便性成变为形塑性变形
晶粒的变形阻力。
由于晶粒间的这
种相互约束，使
三、残余内应力
➢ 内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受 力时, 内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形 时,外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属 中.
➢ 内应力分为三类： ➢ 第一类内应力平衡于表面与心部之间 (宏观内应力)。 ➢ 第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之
间, (微观内应力)。 ➢ 第三类内应力是由晶第格34缺页/共陷63引页 起的畸变应力。
第31页/共63页
➢ 产生加工硬化的原因是: ➢ 1、随变形量增加, 位错
密度增加，由于位错之 间的交互作用(堆积、缠 结)，使变形抗力增加.
Si中 的 位 错 源
晶 体 中 的 位 错 源
第32页/共63页
位错密度与强度关系
➢ 2. 随变形量增加，亚结构细化 ➢ 3. 随变形量增加, 空位密度增
➢ 工业上，常利用回复现 象将冷变形金属低温加 热，既稳定组织又保留 加工硬化，这种热处理 方法称去应力退火。
实验二 金属的塑性变形与再结晶
实验二金属的塑性变形与再结晶一、实验目的1、了解工业纯铁经冷塑性变形后，变形量对硬度和显微组织的影响2、研究变形量对工业纯铝再结晶退火后晶粒大小的影响二、实验原理金属在外力作用下，当应力超过其弹性极限时将发生不可恢复的永久变形称为塑性变形。
金属发生塑性变形后，除了外形和尺寸发生改变外，其显微组织与各种性能也发生明显的变化。
经塑性变形后，随着变形量的增加，金属内部晶粒沿变形方向被拉长为偏平晶粒。
变形量越大，晶粒伸长的程度越明显。
变形量很大时，各晶粒将呈现出“纤维状”组织。
同时内部组织结构的变化也将导致机械性能的变化。
即随着变形量的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化或应变硬化。
在本实验中，首先以工业纯铁为研究对象，了解不同变形量对硬度和显微组织的影响。
冷变形后的金属是不稳定的，在重新加热时会发生回复、再结晶和晶粒长大等过程。
其中再结晶阶段金属内部的晶粒将会由冷变形后的纤维状组织转变为新的无畸变的等轴晶粒，这是一个晶粒形核与长大的过程。
此过程完成后金属的加工硬化现象消失。
金属的力学性能将取决于再结晶后的晶粒大小。
对于给定材料，再结晶退火后的晶粒大小主要取决于塑性变形时的变形量及退火温度等因素。
变形量越大，再结晶后的晶粒越细；金属能进行再结晶的最小变形量通常在2~8%之间，此时再结晶后的晶粒特别粗大，称此变形度为临界变形度。
大于此临界变形度后，随变形量的增加，再结晶后的晶粒逐渐细化。
在本实验中将研究工业纯铝经不同变形量拉伸后在550℃温度再结晶退火后其晶粒大小，从而验证变形量对再结晶晶粒大小的影响。
三、实验设备和材料1、实验设备箱式电阻炉、万能拉伸机、卡尺、低倍4X型金相显微镜、洛氏硬度计等2、实验材料(1)变形度为0%、30%、50%、70%的工业纯铁试样两套，其中一套用于塑性变形后的硬度测定，一套为已制备好的不同变形量下的金相标准试样，用于观察组织（2）工业纯铝试样，尺寸为160mm×20m m×0.5mm，（3）腐蚀液：40mlHNO3+30mlHCl+30mlH2O+5g纯Cu），硝酸溶液四、实验内容及步骤1、测定工业纯铁的硬度（HRB ）与变形度的关系，观察不同塑性变形量后工业纯铁的金相显微组织（1）将工业纯铁的试样在万能拉伸实验机上分别进行0%、30%、50%、70%的压缩变形。
材料课件实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察
实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察目的1．加深对材料塑性编写过程的理解；2．认识塑性变形的典型组织；3．理解变形量对再结晶后晶粒尺寸的影响.一、塑性变形引起材料组织的变化晶体塑性材料塑性变形的基本方式有四种：滑移、孪生、蠕变、粘滞性流动.滑移是晶体中位错在外力作用下发生运动,造成晶体的两部分在滑移面上沿滑移方向的相对移动,滑移是位错的移动,晶体内部原子从一个平衡位置移到另一个平衡位置,不一起晶体内的组织变化,位错移出晶体的表面,形成滑移台阶,一个位错源发出的位错都移出,在晶体表明形成台阶在显微镜下可以见到,就是滑移线.孪生是在滑移困难时以形成孪晶的方式发生的塑性变形,晶体发生孪生,在晶体表面产生浮凸,晶体内部生成的孪晶与原晶体的取向不一样,并有界面分隔,所以在晶体内重新制样后依然可以看到孪晶.多晶体材料发生塑性变形后,原等轴晶粒被拉长或压扁,晶界变模糊.两相材料经过塑性变形后,第二相的分布也与变形方向有关.塑性变形后进行退火加热发生再结晶的晶粒尺寸与变形量有直接的关系.在临界变形量不同材料不相同,一般金属在2—10%之间以下,金属材料不发生再结晶,材料维持原来的晶粒尺寸；在临界变形量附近,刚能形核,因核心数量很少而再结晶后的尺寸很大,有时甚至可得到单晶；一般情况随着变形量的增加,再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过大>70%后,可能产生明显织构,在退火温度高时发生晶粒的异常长大.二、实验内容1．观察几种塑性变形后的组织形貌①．低碳钢拉伸后的组织变化：看断口附近,变形量最大,组织特征明显,白色的软相的晶粒的形状分布,黑色较硬相形状分布特征.②纯铁压缩表面的滑移线：为了观察,现将试样磨平,再压缩变形,晶体表面可留下滑移线.若再打磨则滑移线就不可见.一个滑移系能开动,与之平行的滑移系也可能开动,滑移线往往时互相平行,因为存在交滑移,滑移线为波浪状.③锌的变形孪晶：Zn是hcp晶系,仅有三个滑移系,多晶体变形就会发生孪生,从试样上可见到变形产生的孪晶.④纯铁的变形孪晶：铁为bcc晶体,有12个滑移系,一般变形为滑移.在－120℃以下冲击,低温滑移阻力大,大的应力也可引起孪生方式的变形.2．观察铝片经不同变形量后退火发生再结晶后晶粒的大小.一组试样的变形量分别为0、1、2、3、5、8、10、13%,见试样头部的字号,用钢板尺测晶粒的平均截线长.方法：取一线段,数穿过了多少个晶粒,则)()(n mm d 晶粒的个数测量用线段总长=,为保证数字有意义,50>n .三、实验报告要求 报告内容部分：1．画出见到的四中组织示意图,每一个注明组织特征,简述形成组织的原因或过程.2．用表格列出测量铝片用的总长度,数出的晶粒个数,算出平均截线长.用坐标纸画出在结晶后的晶粒尺寸与变形量关系曲线.指出其临界变形量.。
第三章金属的塑性变形与再结晶PPT学习教案
第三节 回复与再结晶
金属冷塑性变形后，产生了加工硬化现象， 结果金属晶体中缺陷密度增加，内能升高， 这种处于不稳定状态的组织有自发恢复到 变形前的组织状态的倾向。
在常温下，这种转变一般不易进行。如果 对金属进行加热，随着加热温度的升高， 其组织会相继发生回复、再结晶和晶粒长 大三个阶段的变化。
第24页/共68页
2. 亚结构的形成
金属在塑性变形时，除了产生滑移之外，晶粒内部还破碎成许多 位向差小于1°的小晶块，这种小晶块称为亚晶粒，这种结构被称 为亚结构。
亚晶粒的边界堆积有大量的位错，而亚晶粒内部的晶格则相对地 比较完整。塑性变形程度愈大，形成的亚晶粒愈多，亚晶界也就 愈多，位错密度随之增大。
由于回复过程温度比较低，金属的晶粒大 小和形状不会发生明显变化，所以金属加 工硬化后的强度、硬度和塑性等力学性能 基本不变，但残余内应力和电阻显著下降， 应力腐蚀现象也基本消除。
因此，冷变形金属若要在消除残余内应力 的同时仍保持冷变形强化状态的话，就可 以采取回复处理，进行一次250～300℃的 低温退火。
由于相邻晶粒之间存在位向差，当一个晶粒发生变形时，周围的晶粒如不发 生塑性变形，则必须产生弹性变形来与之协调。这样，周围晶粒的弹性变形 就成为该晶粒继续塑性变形的阻力。所以，由于晶粒间相互约束，多晶体金 属抗塑性变形的能力就大大提高。而且晶粒越细，相同体积内晶粒越多，晶 粒位向对金属塑性变形的影响就越显著。
第39页/共68页
一、回复、再结晶和晶粒长大
1. 回 复 当冷变形金属的加热温度不太高时，内部
原子活动能力尚不大，只能作短距离扩散， 这一过程称为回复。 在回复这一阶段，金属的某些力学性能、 物理性能和亚结构发生变化，但没有新的 晶粒出现。 内部的“多边化”过程
《金属材料》教案-第三章 金属的塑性变形与再结晶
冲压和切削成形，压力加工的一个基本特点就是金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。
生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工；了解金属的塑性变形过程中组织和性能的变化规律，不仅对改进金属材料的加工工艺，而且对发挥材料的性能潜力，提高产品质量都具有重要意义。
金属的塑性变形可分为冷塑性变形和热塑性变形两大章，在这章里我们主要讲金属的冷塑性变形。
【本课程的内容】第一节金属的塑性变形大家都知道实际金属材料都为多晶体，为了解多晶体金属材料的塑性变形过程，不防先看一下单晶体是怎样发生塑性变形的。
一、单晶体的滑移变形金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生”等不同方式，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。
下面我们具体看一下单晶体塑性变形的基本方式——滑移。
1.滑移的表象发生了滑移的金属试样从表面上看是什么样？图3-1 滑移如果将一个单晶体金属试样表面抛光后，经过伸长变形，再在光学显微镜下观察，可以看到试样表面出现许多条纹，这些条纹就是晶体在切应力的作用下，一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）滑移产生的台阶，这些条纹称为“滑移线”，在更高倍的电子显微镜下观察，一个滑移台阶实际上是一束滑移线群的集合体，称为“滑移带”。
同时还能看到滑移带在晶体上的分布是不均匀的,如图3-1所示。
所以说，单晶体变形时，滑移只在晶体内有限的晶面上进行，是不均匀的。
因此单晶体金属的塑性变形在表面上看出现了一系列的滑移带，其塑性变形就是众多大小不同的滑移带的综合效果在宏观上的体现。
2.滑移的机理前面分析已经知道，晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合表现。
但晶体内相邻两部分之间的相对滑移，不是滑移面两侧晶体之间的整体刚性滑动，而是由于晶体内存在位错，因位错线两侧的原子偏离了平衡位置，这些原子有力求达到平衡的趋势。
当晶体受外力作用时，位错（刃型位错）将垂直于受力方向，沿着一定的晶面和一定的晶向一格一格地逐步移动到晶体的表面，形成一个原子间距的滑移量，如图3-2所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图3-6 冲压示意图
金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。
另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金
3% 6% 9% 12% 15%
图3-8 冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响(纯铝片拉伸)
2）再结晶温度的影响
再结晶是在一个温度范围内进行的，若温度过低不能发生再结晶；若温度过高，则会发生晶粒长大，因此要获得细小的再结晶晶粒，必须在一个合适的温度
再结晶退火温度必须在
T以上，
再
℃，这样就既可保证完全再结晶，又不致使晶粒粗化。
如图
工业纯铁在不同再结晶温度的显微组织比较能够进一步的得到再结晶温度对组织
图3-9 工业纯铁60%变形时不同再结晶温度的组织
三、晶粒长大
再结晶结束后，若在继续升高温度或延长加热时间，便会出现大晶粒吞并小晶粒的现象，即晶粒长大，晶粒长大对材料的机械性能极不利，强度、塑性、韧性下降。
且塑性与韧性下降的更明显。
为了保证变形金属的再结晶退火质量，获得细晶粒，有必要了解影响再结晶工业纯铁60%变形450℃退火 工业纯铁60%变形500℃退火 工业纯铁60%变形600℃退火
工业纯铁60%变形800℃退火
工业纯铁60%变形700℃退
图3-11 锻件剖面的流线分布示意图第五节超塑性
γ。