实验五 金属的冷塑性变形与再结晶
塑性变形金属的回复与再结晶
图 3.刃形位错的攀移和滑移示意图
图 4.多变形化前、后刃形位错的排列状况
1.3 回复后金属性能的变化
金属的电阻率是点缺陷敏感的一种物理性能， 塑性变形使空位增加而导致金 属电阻率增大；低温回复使空位消失，电阻减小，达到接近冷变形前的状态。力 学能是对点缺陷不敏感的性能，故低温回复之后力学性能不发生较大改变。 中温回复时，第一类应力消除，使金属构件尺寸稳定；第二类应力基本上消 除了， 抗应力腐蚀有明显提高甚至恢复到冷变形前的状态，所以许多金属材料如 黄铜加工产品在出厂之前要经过消除应力退火， 防止以后放置或使用时造成晶界 应力腐蚀开裂。由于位错数量的减少并不显著，故力学性能基本上不发生变化。 高温回复时， 除了上述的物理和化学性能得到完全的回复外，由于多边形化 的形成，力学性能稍有变化，强度有所降低和塑性有少量改善。某些金属材料出 厂前，进行较高温度的消除应力退火，除了提高耐腐蚀性之外，在消除应力、尺 寸稳定的前提下，保留变形硬化效果，也是退火的目的之一。如用冷拉钢丝卷成 弹簧，在成形之后，要在 250-300℃进行退火以消除低内应力并使之定形，而强 度和硬度又基本上保持不变。
1.2 回复机理
回复过程可以分为低温、中温和高温三个阶段。
在低温回复过程中，主要表现为空位的消失。冷变形所产生的大量空位，受 热后发生空位迁移， 使空位迁移到金属的自由表面或界面，或使空位与间隙原子 重新结合；空位与位错发生交互作用；空位聚集成空位片等。这些因素都会使空 位数量急剧减少，因而便与点缺陷敏感的电阻率发生不同程度的下降。 中温回复的过程表现为位错的滑移，导致位错重新结合，异号位错的汇聚而 抵消以及亚晶的长大。 在冷塑性变形过程中，位错的不断增殖和塞积，大量位错的相互交互缠结而 形成发团， 井将晶粒分割成若干个细小的胞状结构。胞壁上纠缠着大量位错且有 一定的厚度。在中温回复时，温度升高，使位错容易滑移，同一滑移面上的异号 位错相遇会相互吸引而抵消， 不但使亚晶内部的位错数目减少，而且胞壁缠结位 错的减少更为显著，重新调整排列规则，胞壁也变得明晰，形成回复亚晶。 高温回复的过程是位错的进一步滑移并产生攀移，形成位错墙，发生多边形 化的过程。 同一滑移面上的异号位错已在中温回复时相互抵消而只留下同号位错， 但其 分布排列并不均匀， 且多层相互平行的滑移面上的位错数目并不相同。在高温回 复阶段，位错运动的动力学条件充分，不但容易发生滑移并能够进行攀移，由于 攀移的结果使多层滑移面上的位错密度趋于相同， 各位错之间的作用力又使同一 滑移面上的位错分布均匀， 间距大体相等，并且使各层滑移面上的位错在与滑移 面垂直的方向上形成规则排列的位错墙，称为多边形化，如图 3 和图 4 所示。多 边形化构成的位错墙即是小角度晶界，它将原晶粒分隔成若干个亚晶粒。
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。
实验五金属的塑性变形与再结晶实验报告
实验五⾦属的塑性变形与再结晶实验报告实验五⾦属的塑性变形与再结晶⼀，实验⽬的1、观察显微镜下滑移绒、变形孪晶与退⽕孪晶的特征；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、讨论冷加⼯变形度对再结晶后晶粒⼤⼩的影响。
⼆、概述1 显微镜下的滑移线与变形挛晶⾦属受⼒超过弹性极限后，在⾦属中特产⽣塑性变形。
⾦属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本⽅式为滑移和孪晶两种。
所谓滑移时晶体在切应⼒作⽤下借助于⾦属薄层沿滑移⾯相对移动（实质为位错沿滑移⾯运动）的结果。
滑移后在滑移⾯两侧的晶体位相保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表⾯会有变形台阶出现，⼀组细⼩的台阶在显微镜下只能观察到⼀条⿊线，即称为滑移带。
变形后的显微姐织是由许多滑移带(平⾏的⿊线)所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：各晶粒内滑移带的⽅向不同(因晶粒⽅位各不相同)，各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多(即变形量⼤)，有的晶粒内滑移带少(即变形量⼩)；在同⼀晶粒内，晶粒中⼼与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中⼼滑移带密，⽽边界滑移带稀，并可发现在⼀些变形量⼤的晶粒内，滑移沿⼏个系统进⾏，经常看见双滑移现象(在⾯⼼⽴⽅晶格情况下很易发现)，即两组平⾏的⿊线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多⼩块。
另⼀种变形的⽅式为孪晶。
不易产⽣滑移的⾦属，如六⽅晶系镉、镁、铍、锌等，或某些⾦属当其滑移发⽣困难的时候，在切应⼒的作⽤下将发⽣的另⼀形式的变形，即晶体的—部分以⼀定的晶⾯(孪晶⾯或双晶⾯)为对称⾯；与晶体的另⼀部分发⽣对称移动，这种变形⽅式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是孪晶⾯两侧晶体的位向发⽣变化，呈镜⾯对称。
所以孪晶变形后，由于对光的反射能⼒不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。
在密排六⽅结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶⽅式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的⽵叶状特征。
对体⼼⽴⽅结构的a⼀F e，在常温时变形以滑移⽅式进⾏，⽽在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶⽅式变形，⽽⾯⼼⽴⽅结构⼤多是以滑移⽅式变形的。
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。
工业纯铝的塑性变形与再结晶实验方案
实验方案金属的塑性变形与再结晶一，实验目的1、观察显微镜下滑移线、变形孪晶的特征；2、了解金属经冷加工变形后显微组织及性能的变化；二、概述1 显微镜下的滑移线与变形挛晶金属受力超过弹性极限后，在金属中特产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为滑移和孪晶两种。
所谓滑移时晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动实质为位错沿滑移面运动的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位相保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微姐织是由许多滑移带所组成。
另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的—部分以一定的晶面为对称面；与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。
所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。
2、变形程度对金属组织和性能的影响变形前金属为等轴晶粒，轻微量变形后晶粒内即有滑移带出现，经过较大的变形后即发现晶粒被拉长，变形程度愈大，晶粒被拉得愈长，当变形程度很大时，则加剧剧了晶粒沿一定方向伸长，晶粒内部被许多的滑移带分割成细小的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。
由于变形的结果，滑移带附近晶粒破碎，产生较严重的晶格歪扭，造成临界切应力提高，使继续变形发生困难，即产生了所谓加工硬化现象。
随变形程度的增加，金属的硬度、强度、矫顽力、电阻增加，而塑性和韧性下降。
3、形变金属在加热后组织和性能的影响变形后的金属在较低温度加热时，金属内部的应力部分消除，歪曲的晶格恢复正常，但显微组织没有变化，原来拉长的晶粒仍然是伸长的。
这个过程是靠原子在一个晶粒范围内的移动来实现的，称为回复。
变形后金属加热到再结晶温度以上时，发生再结晶过程，显微组织发生显著变化。
第五章 金属的塑性变形及再结晶
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
3．产生残余内应力
经过塑性变形，外力对金属所做的功，约90%以上在使金属变 形的过程中变成了热，使金属的温度升高，随后散掉；部分功转 化为内应力残留于金属中，使金属的内能增加。残余的内应力就 是指平衡于金属内部的应力，它主要是金属在外力的作用下所产 生的内部变形不均匀而引起的。 第一类内应力，又称宏观内应力。它是由于金属材料各部分变形 不均匀而造成的宏观范围内的残余应力。 第二类内应力，又称微观残余应力。它是平衡于晶粒之间的内应 力或亚晶粒之间的内应力。 第三类内应力，又称晶格畸变内应力。其作用范围很小，只是在 晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡。
2．再结晶温度
经过大变形量冷塑性变形的金属（变形度>70%），在一小时保温 时间内能够完成再结晶转变（转变量>95%）的温度。
3．再结晶退火
把冷变形金属加热到再结晶温度以上的温度保温，使其发生 再结晶过程的热处理工艺。
三、晶粒长大
再结晶后的金属一般都能得到细小而均匀的等轴晶粒。如果 继续升高温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又以互相吞并的 方式长大。
一）单晶体的塑性变形
1.滑移 滑移 1）滑移线与滑移带
2）滑移系
滑移总数沿着一定的晶面和该面上一定晶向进行的，此晶面 称为滑移面，此晶向称为滑移方向。一个滑移面和一个滑移方向 组成一个滑移系。
一）单晶体的塑性变形
1.滑移 滑移 1）滑移线与滑移带 2）滑移系 3）滑移的特点
一）单晶体的塑性变形
二、再结晶
1．再结晶过程
变形后的金属在较高温度加热时，原子活动能力较强时，会在变形 晶粒或晶粒内的亚晶界处以不同于一般结晶的特殊成核方式产生新晶核。 随着原子的扩散移动新晶核的边界面不断向变形的原晶粒中推进，使新晶 核不断消耗原晶粒而长大。最终是一批新生的等轴晶粒取代了原来变形的 晶粒，完成了一次新的结晶过程。
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
金属的冷变形强化、回复和再结晶
机械制造基础
(二) 回复与再结晶时，原子活动能力不大，只做短距离扩散，使 晶格扭曲减轻，残余应力显著下降，但组织和力学性能无明显变化。 这一过程称回复。 在生产中利用回复处理来保持金属有较高强度和硬度的同时， 还适当提高其韧性，降低内应力。如冷拔钢丝卷制成弹簧后，进行 一次250～300 ℃的低温退火。
机械制造基础
第十一章
2．合理分布
在制造和设计受冲击载荷的零件时，要充分考虑锻造 流线的分布对金属性能的影响。 合理的热加工流线方向的分布是：零件工作时最大正 应力与流线方向平行(图11-6a) ，最大切应力与流线方向 垂直(图11-6b) ；热加工流线沿着零件轮廓分布不被切除 则更为合理(图11-6c) 。
机械制造基础
第十一章
(二) 锻造比 锻造比是表示金属变形程度大小的参数。具体计算如下： y拔长 = S0／S（视频） y镦粗 = H0／H（视频） 式中 S0、S —— 拔长前、后金属坯料的横截面积； H0、H —— 镦粗前、后金属坯料的高度； 锻造比越大，热变形程度也越大，热加工流线也越明显， 其金属组织、性能改善越明显。
在临界变形速度 C之后，消耗于金属塑性变 形的能量转化为热能，即热效应。由于热效应的 作用，使金属温度升高，塑性上升，变形抗力减 小，金属易锻压加工。
3．应力状态 挤压时金属三个方向承受压应力，如图11-89a所示 。在压应力的作用下，金属呈现出很高的塑性。拉拔时 金属呈两向压应力和一向拉应力状态，如图 11-8b 所示 。拉应力易使金属内部的缺陷处产生应力集中，增加金 属 破 裂 倾 向 ， 表 现 出 金 属 的 塑 性 下 降 。
合理选用金属材料和 创造有利的变形条件，是 提高金属塑性，降低变形 抗力，提高其可锻性的最 基本条件，这样才能以较 小的能量消耗获得高质量 的锻压件。
金属的塑性变形与再结晶分析
材料科学与工程学院综合实验报告书杨指导老师签名：2015 年 07 月 10 日实 验 名 称： 金属的塑性变形与再结晶年级专业及班级： 13金属材料姓 名：学 号：指 导 教 师： 评 定 成 绩：教 师 评 语：一、实验时间、地点和小组成员二、实验目的及要求目的：1.研究塑性变形对金属组织和金属机械性能的影响。
2.了解金属经过冷塑性变形后显微微观组织及机械性能的变化。
3.观察和研究变形度与加热温度对冷塑性变形金属组织和机械性能的影响。
要求：能根据要求查阅资料，设计实验方案，正确分析实验结果。
通过实验培养学生分析和解决问题的能力以及创新精神三、实验内容1.实验材料本实验使用材料为紫铜，现将紫铜板切成条状试片，拉伸前的铜片有一定变形，为消除在剪切过程中铜片所受的冷加工效应，避免影响随后得到的变形度，必须预先将紫铜片进行退火（500℃保温60分钟），使试片处于软化状态。
2.加工变形首先在退火软化的紫铜片上划好标距（750mm）然后将试样安放到拉伸机上，调整好后进行拉伸，到标距被拉到所需要长度时停止拉伸，变形严重不均匀者报废。
%100*])([00L L L -=δ3.试样的切割将拉伸试样从中间切割成四小块，一块用于观察冷变形组织，另三块用于观察再结晶退火组织。
试样切割过程应缓慢进行，并加水冷却，避免切割引起的组织变化。
4.再结晶退火各组将拉伸后铜片按各组制定的退火温度进行退火，加热时要等炉温升到规定的温度再放试样，保温到制定时间，取出试样后空冷。
5.金相试样制作金相试样制作过程应做好标记，注意按观察所需的平面制作试样。
镶相、磨样、抛光。
要求制作试样表面达到镜面光滑，在显微镜下观察无刮痕。
6.酸浸蚀浸蚀液配方：5g 氯化铁：25ml 浓盐酸：100ml 水将退火完的紫铜片用腐蚀剂进行侵蚀，带晶粒显出后停止侵蚀，用水冲洗干净点酒精吹干。
要求得到晶界明显，清晰的晶粒组织照片，为合格。
四、实验数据处理与分析未热处理的100倍试样试样编号 1 2 3 4 试样人坐号 5 6 7 8 设计变形度 25% 50% 75% 拉断 变形后试样长度（mm ） 79.2885.3 91.88 117.8 实际变形量（%） 5.7% 13.7% 22.5% 57% 变形前晶粒度 变形后晶粒度 再结晶晶粒度未热处理100倍试样未热处理的400倍试样未热处理的400倍试样450度保温时间40分钟100倍样450度保温40分钟100倍试样450度保温时间40分钟400倍样 450度保温时间40分钟400倍试样450度保温时间50分钟100倍 450度保温时间50分钟100倍 450度保温时间50分钟400试样 450度保温时间50分钟400倍450度保温时间60分钟100倍450度保温时间60分钟100倍450度保温时间60分钟400倍450度保温时间60分钟400倍思考题：（1）金属经过冷塑性变形以后其金相组织处于不稳定状态，因而在随后的加热升温过程中，会出现回复，再结晶及晶粒长大三个过程。
第五章 金属的塑性变形及再结晶
孪生所需要的切应力很大。
滑移易进行。
二、多晶体金属的塑性变形
1、多晶体拉伸试验
（1）多晶体和单晶体对比试验
（2）两个晶粒试样拉伸
2、多晶体塑性变形的特点
1）每个晶粒内：滑移和孪生； 2）整个晶体：既要克服晶界的阻碍，又要同周围晶粒同时发生相 适应的变形来协调配合，以保持晶粒间的结合和晶体的连续性，否 则会导致晶体破裂。
三种典型金属晶格的滑移系
（A）体心立方晶格滑移系： 6 ×2 = 12
滑移面： {110} 6个 滑移方向：<111> 2个。
{110} <111>
（B）面心立方晶格滑移系： 4 ×3 = 12
滑移面： {111} 4个 滑移方向：<110> 3个
<110>
{111}
（C）密排六方晶ห้องสมุดไป่ตู้滑移系： 1 ×3 = 3
第五章 金属的塑性变形及再结晶
锻造 挤压
车 铣
轧制
成形加工工艺
金属获得一定的形状和尺寸
拉拔
金属塑性变形
刨
切削加工工艺
金属内部组织与结构变化
钻
改变晶粒大小、形态、分布
金属加热再结晶
改善金属材料的性能
§2-1 金属的塑性变形
P
一、单晶体金属的塑性变形
在室温下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进行的。
1、晶粒正常长大：
再结晶后的晶粒均匀、稳速地长大的现象。发生在再结晶 晶粒细小且均匀时。（希望的长大方式） 2、晶粒异常长大：
再结晶后的晶粒不均匀，急剧长大的现象。少数处于优越条件 的晶粒优先长大，迅速吞食周围的大量小晶粒，最后得到异常粗 大的晶粒，也称“二次再结晶”。
“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。
实验指导书-金属的塑性变形、回复与再结晶
实验名称：金属的塑性变形、回复与再结晶一、实验目的•研究金属冷变形后，变形量对材料硬度的影响。
•研究同一退火温度下不同变形量对回复、再结晶后材料硬度的影响。
•研究再结晶温度对冷变形材料进行回复、再结晶后的硬度影响。
二、实验内容说明•金属经塑性变形后不但外形发生变化，而且晶粒内部结构和力学性能也发生明显的变化。
变形量越大，这些变化越明显。
•金属塑性变形后的退火处理可以导致材料产生回复与再结晶，退火温度对回复和再结晶过程有影响。
•冷变形量、热处理温度与时间的差异可导致材料回复与再结晶特征不同。
三、实验步骤1、实验用设备和材料•设备：轧机，游标卡尺，箱式电炉，热电偶及控温仪表，硬度计等；•材料：紫铜板片约20-40块。
2、实验内容与实验过程•紫铜试样作四种不同变形量的轧制变形；变形量20%-80%；•测量变形试样的硬度；•变形试样做不同温度（3-4个）的再结晶退火；温度范围200-500°C；退火时间约0.5小时；•测量退火试样的硬度；•做出材料硬度与变形和热处理工艺参数的关系曲线；•总结规律并且分析原因。
四、实验注意事项•全班学生拟分成3-4组；•先进行安全教育和设备使用的讲解；•关键步骤教师先进行示范，并全程监控学生实验。
五、实验报告要求•写出实验目的、原理和步骤；•绘出硬度与变形量、退火后硬度与变形量、退火后硬度与退火温度的关系曲线；•说明变形量对硬度的影响；•说明在相同的温度与保温时间条件下，变形量不同对再结晶后硬度的影响；•说明在相同的变形量与保温时间条件下，不同温度对再结晶后硬度的影响；•分析其中的原因。
六、思考题•分析金属的堆垛层错能高低对冷变形组织、静态回复、动态回复、静态再结晶和动态再结晶的影响。
•退火温度的升高，变形组织将依次发生哪些变化？•回复和再结晶阶段空位和位错的变化对金属的组织和性能所带来哪些影响？•影响材料的硬度的主要因素有哪些？。
实验1-金属的塑性变形与再结晶实验指导书(2学时)
金属的塑性变形与再结晶实验指导书一、实验目的1）了解冷变形对金属组织和性能的影响；2）了解加热温度对冷变形金属组织和性能的影响； 3）了解变形量对再结晶后晶粒大小的影响。
二、原理概述1．冷加工对金属组织和力学性能的影响金属材料发生冷变形后，不仅外形发生变化，内部组织也发生变化，随着变形量的增加，原来的等轴晶粒将沿受拉方向逐渐伸长。
当变形量大到一定程度时，各个晶粒难以分辨呈现出一片纤维状的条纹，称为纤维组织，如图1所示。
如果对冷变形金属进行薄膜透射电镜分析就会发现位错分布是不均匀的，有的地方位错密度很高并缠结在一起；有的地方位错密度很低。
当变形量较大时，还会发现典型的胞状亚结构特征。
高密度位错集中金属的塑性变形所造成的内部组织变化必然导致某些性能的改变。
大量实践证明，金属材料经冷变形后，强度、硬度显著提高，而塑性下降，即产生加工硬化。
造成加工硬化的原因主要是位错密度增加，并相互交截产生不易移动的位错节点；位错缠结在一起或形成胞状亚结构都对位错运动有阻碍作用。
本实验中主要观察60%变形量下材料显微组织变化及检测硬度变化。
2、冷变形金属在加热时组织和性能的变化冷变形金属在热力学上是处于一种不稳定的状态，有力求恢复到稳定状态的趋势。
加热会提高原子的活动能力，促进由不稳定状态恢复到稳定状态过程的进行，加热温度由低到高，其变化过程人为分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
当然这三个阶段并非是截然分开的。
如图2所示。
由图可见，当加热温度低于再结晶温度时，组织形态几乎不发生变化。
但由于晶内缺陷（主要是点缺陷）密度减小，电阻和内应力明显下降，当温度达到再结晶温度时，在变形比较严重的区域（如晶界、形图1工业纯铁经不同程度变形后的组织 a ）20％ b ）40％ c ）60％ d ）70％变带，夹杂物附近等）优先形成再结晶核心，并以畸变能为驱动力逐渐长大。
当被拉长的变形晶粒完全由细小等轴晶粒代替时，再结晶过程结束。
金属的塑性变形与再结晶-实验报告
金属的塑性变形与再结晶实验目的:1. 研究低碳钢在塑性变形后组织性能的变化规律。
2. 讨论塑性变形后低碳钢在加热时组织与性能的变化规律。
3.了解变形程度对再结晶后晶粒大小的影响。
实验设备及材料：1.各种变形的低碳钢式样一套。
2.同一变形度（51%）的式样一套。
3.洛氏硬度计，加热炉，金相显微镜及砂纸，抛光机和侵蚀剂。
4.塑性变形后再结晶的工业纯铁显微式样一套。
5.不同变形度经再结晶后具有不同晶粒度的铝片式样一套。
实验步骤：1.每人领取两块式样，一块用于研究不同形变程度对硬度的影响，另一块研究不同温度对性能的影响。
2.研究16Mn钢的硬度与变形的关系：测量变形程度为0%，40%，50%，64%的硬度记录在表3-1中。
根据表中的数据，以变形度（%）为横坐标，硬度（HRB）为纵坐标，绘制出硬度与变形曲线关系，如图3-1：编号变形度硬度（HRB）1 0% 87.82 26.9% 98.33 41.5% 102.54 64.3% 103.0表3-1图3-1结论：钢的硬度随着冷变形程度的增加而增加.3.研究变形后的16Mn钢加热是硬度的变化：以同一变形程度51%的16Mn钢试样，测量其硬度后，分别加热至100℃，300℃，500℃，550℃，600℃，700℃，800℃保温30分钟后测量硬度，将数据列入表3-2中。
根据表3-2中的数据，以加热温度为横坐标，硬度为纵坐标，绘制出加热温度与硬度的曲线关系如图3-2。
同一塑性变形后16Mn钢加热时硬度的变化：编号加热温度保温时间硬度（HRB）1 100℃30min 982 300℃30min 953 500℃30min 944 550℃30min 725 600℃30min 556 700℃30min 517 800℃30min 45表3—2图3-2结论：随着16Mn钢塑性变形后加热温度升高，硬度减小，加热温度小于500℃时，硬度减小不明显加热温度大于500℃时，随着加热温度升高，硬度急剧减小。
第5章金属塑性变形与再结晶
二、金属单晶体的塑性变形
滑移系：一个滑移面和一个滑移方向构成一 个滑移 系， 即一个最大原子密度晶面和一个最大原子密度晶 向组成一 个滑移系。
三种典型晶格的滑移系
体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
滑移面 {110} 6个 {111} 4个 六方底面 1个
滑移方向 ‹111› 2个 <110> 3个 底面对角线3个
第5章金属塑性变形与再结晶
三、多晶体的塑性变形
2 、晶粒之间变形的协调性
（1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导致晶 体分裂） （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的自由变化）
多晶体变形协调性：多晶体的每个晶粒都处于其他晶粒的包 围之中，其变形必须与周围的晶粒相互协调配合。 结果：多晶体的塑性变形较单晶体困难，其屈服应力也高于 单晶体。
滑移系
6x2=12
4x3=12
第5章金属塑性变形与再结晶
1x3=3
二、金属单晶体的塑性变形
❖ 滑移系的数目越多则金属的塑性愈好，反之滑移系数愈少， 塑性不好，且相同滑移系数目相同时，滑移方向数越多，越 易滑移，塑性越好。
如金属的塑性： 面心立方 > 体心立方 > 密排六方
滑移系的特点： 1）滑移面总是晶体的密排面，而滑移方向也总是密排方向。 2）每一种晶格类型的金属都具有特定的滑移系。滑移系的多 少在一定程度上决定了金属塑性的好坏。
1 孪生现象 在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶 面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 变形部分与未变形部分以孪晶面为准，构成镜面对称，形成 孪晶。孪晶在显微镜下呈带状或透镜状。
实验五 金属的冷塑性变形与再结晶
实验五金属的冷塑性变形与再结晶陈灵一、实验目的1.了解金属经冷塑性变形与再结晶后的显微组织变化。
2.了解变形程度对金属再结晶晶粒度的影响。
二、实验说明当作用于金属的外力超过其屈服极限时金属产生塑性变形，使金属的外部尺寸，内部组织及其性能发生变化。
1. 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。
图5-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。
图5-1 工业纯铁冷塑性变形后组织150×a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%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。
此外，在金属内部还产生残余应力。
一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。
2. 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，仍保持着纤维组织的特征。
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，故其力学性能变化不大。
（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，通过形核与长大方式进行再结晶，图5-2反映了冷塑性变形工业纯铁的再结晶过程的显微组织。
05 金属材料热处理 实验五 冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响
实验五冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响一、 实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。
二、实验说明1、金属冷塑性变形后的显微组织和性能变化金属冷塑性变形为金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。
金属在发生塑性变形时，外观和尺寸发生了永久性变化，其内部晶粒由原来的等轴晶逐渐沿加工方向伸长，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带，当变形程度很大时，晶界消失，晶粒被拉成纤维状。
相应的，金属材料的硬度、强度、矫顽力和电阻等性能增加，而塑性、韧性和抗腐蚀性降低。
这一现象称为加工硬化。
为了观察滑移带，通常将已抛光并侵蚀的试样经适量的塑性变形后再进行显微组织观察。
注意：在显微镜下滑移带与磨痕是不同的，一般磨痕穿过晶界，其方向不变，而滑移带出现在晶粒内部，并且一般不穿过晶界。
2、冷塑性变形后金属加热时的显微组织与性能变化金属经冷塑性变形后，在加热时随着加热温度的升高会发生回复、再结晶、和晶粒长大。
（1）回复当加热温度较低时原子活动能力尚低，金属显微组织无明显变化，仍保持纤维组织的特征。
但晶格畸变已减轻，残余应力显著下降。
但加工硬化还在，固其机械性能变化不大。
（2）再结晶金属加热到再结晶温度以上，组织发生显著变化。
首先在形变大的部位（晶界、滑移带、孪晶等）形成等轴晶粒的核，然后这些晶核依靠消除原来伸长的晶粒而长大，最后原来变形的晶粒完全被新的等轴晶粒所代替，这一过程为再结晶。
由于金属通过再结晶获得新的等轴晶粒，因而消除了冷加工显微组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形以前的状态。
金属的再结晶过程是在一定的温度范围能进行的，通常规定在一小时内再结晶完成95％所对应的温度为再结晶温度，实验证明，金属熔点越高，再结晶温度越高，其关系大致为：T＝0.4T熔。
（3）晶粒长大再结晶完成后，继续升温（或保温），则等轴晶粒以并容的方式聚集长大，温度越高，晶粒越大。
- 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)。
实验五金属的冷塑性变形与再结晶
陈灵
一、实验目的
1.了解金属经冷塑性变形与再结晶后的显微组织变化。
2.了解变形程度对金属再结晶晶粒度的影响。
二、实验说明
当作用于金属的外力超过其屈服极限时金属产生塑性变形，使金属的外部尺寸，内部组织及其性能发生变化。
1. 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。
图5-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。
图5-1 工业纯铁冷塑性变形后组织150×
a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%
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。
此外，在金属内部还产生残余应力。
一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。
2. 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，仍保持着纤维组织的特征。
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，故其力学性能变化不大。
（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，通过形核与长大方式进行再结晶，图5-2反映了冷塑性变形工业纯铁的再结晶过程的显微组织。
冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。
图5-2 工业纯铁再结晶过程的显微组织150×
a)550℃再结晶b)600℃再结晶c) 850℃再结晶
金属的再结晶过程是在一定温度范围内进行的。
通常把变形程度在70%以上的冷变形金属经1h加热能完全再结晶的最低温度，定为再结晶温度。
实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。
金属的再结晶温度(T再)与其熔点(T熔)间的关系，
大致可用下式表示：T T 再熔 (式中各温度值，应为绝对温度。
)
（3）晶粒长大 冷变形金属再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。
但继续升高加热温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又会逐渐长大，使晶粒粗化。
3. 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响
冷变形金属再结晶后晶粒度除与加热温度、
保温时间有关外，还与金属的预先变形程度有关。
图5-3表示金属再结晶后的晶粒度与其预先变形
程度间的关系。
由图可见，当变形程度很小时，
金属不发生再结晶，因而晶粒大小不变。
当达到
某一变形程度后，金属开始发生再结晶，而且再
结晶后获得异常粗大的晶粒。
随着变形程度的增
加，由于各晶粒变形愈趋均匀，再结晶时形核率
愈大，因而使再结晶后的晶粒逐渐变细。
图5-4
为纯铝在不同程度拉伸变形时，经550℃再结晶退火30min 后的晶粒度比较。
图5-4 纯铝的变形程度与再结晶晶粒度的关系
变形程度：a)1% b)2.5% c)3% d)6% e)9% f)12% g)15%
浸蚀剂：HF 15ml, HCl 45ml, HNO 3 15ml, H 2SO 4 25 ml
引起冷变形金属开始再结晶，并在再结晶后获得异常粗大晶粒的变形程度，称为临界变形程度。
一般钢铁的临界变形程度为5~10%，铜约为5%，铝约为2~3%。
由于粗大晶粒将图5-3 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响
显著降低金属的力学性能，故应避免金属材料在临界变形程度的范围内进行压力加工。
三、实验材料及设备
1.金相显微镜
2.不同程度冷变形和再结晶退火后的纯铝样品
四、实验内容
用粗视分析法研究纯铝经不同程度冷变形和再结晶退火后的晶粒大小并分析其规律。
五、实验报告及要求
理解变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响，绘制经不同程度冷变形的纯铝再结晶后的晶粒度与其预先变形程度间的关系图。