9塑性变形与回复再结晶实验指导书4

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塑性变形与再结晶课程实验

金属的塑性变形与再结晶一、实验目的1．观察冷变形后金属的显微组织2．了解金属冷塑变形后与再结晶退火后显微组织3．了解冷加工变形度对再结晶晶粒大小影响4．讨论再结晶退火温度对退火晶粒大小影响二、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。

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。

9-3 回复和再结晶0

图同一变形度的Fe在不同温度等温退火后的再结晶曲线
核-长大过程的动力学特征。
退火温度越高，转变曲线越向左移，
即转变加速。
再结晶动力学曲线可表示为：金属的等温再结晶动力学曲线通常认为可以用下列方程来描述：
xv 1 exp Bt

k

式中 xv 为在t时间已经再结晶的体积分数，B和K为常数，可通过实验决定。
240
320 370
锡
铅钨（高纯）
-3
-3 1200-1300
镍（99.4%）
630
钨（含显微气泡）
1600-2300
四、影响再结晶的因素
1.温度加热温度越高，再结晶转变速度越快，完成再结晶所需时间越短。
第三节再结晶
第三节再结晶
一、再结晶的形核与长大
实验表明，再结晶是一个形核长大过程，即通常在变形金属中能量较高的局部区域优先形成无畸变的再结晶晶核，然后通过晶核逐渐长大成为等轴晶，从而完全取代变形组织的过程。与一般相变存在区别，没有晶体结构转变。研究表明，再结晶形核机制一般根据其形变量的不同，存在如下一些形式：弓出形核机制、亚晶合并机制和亚晶蚕食机制。
3、经冷塑性变形的金属加热时，经过那些阶段？各阶段的特点？
经冷塑性变形的金属,通过适当的加热和保温将发生一系列组织、性能的变化。根据其显微组织及性能的变化情况，可将这种变化分为三个阶段：回复、再结晶和晶粒长大。
图冷变形金属退火晶粒形状大小变化
回复：指经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微镜组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。再结晶：指经冷塑性变形的金属在加热时，通过再结晶核心的形成及随后的生长、最终形成无畸变的新的晶粒的过程。晶粒长大：随着加热温度的升高或者保温时间的延长，晶粒之间相互吞并而长大。包括正常的晶粒长大和异常的晶粒长大，后者称为二次再结晶。在特殊的情况下，二次再结晶形成的新的晶粒组织在加热时还会发生三次再结晶。

“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。

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-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。

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。

材料科学基础第09章再结晶-文档资料

其中A为与材料类型结构有关的常数，Q为激活能，R为气体常数，T发生回复的温度，t为回复进行的时间。
回复动力学
因此在不同的温度下，回复到相同的程度所用的时间的为：
即ln(t)和1/T成线形关系。一方面可以由此测量计算它的激活能；另一方面说明热激活过程中时间和温度的等效关系。实际上任何材料变形后都在慢慢的发生回复，平时在室温下未见到性能变化的仅因为变化的速度很慢。
其他组织变化
再结晶织构：材料的冷变形程度较大，如果产生了变形织构，在再结晶后晶粒取向的遗传，组织依然存在择优取向，这时的织构称为再结晶织构。
晶粒的非正常长大
在长大过程中，一般晶粒在正常缓慢长大时，如果有少数晶粒处在特别优越的环境，这些大量吞食周围晶粒，迅速长大，这种现象称为晶粒的异常长大。这些优先长大的少数晶粒最后到互相接触，早期的研究以为是形核和核心的生长过程，而称为“二次再结晶”，但实质并不是靠重新产生新的晶核，而是在一次再结晶后的长大过程中，某些晶粒的环境特殊而产生的优先长大。材料发生异常长大时，出现了晶粒大小分布严重不均匀，长大后期可能造成材料晶粒尺寸过大，它们都对材料的性能带来十分不利的影响。
回复
所谓回复，即在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化。回复阶段一宏观应力基本去除，微观应力仍然残存； 2. 物理性能，如电阻率，有明显降低，有的可基本回到未变形前的水平；
3. 力学性能，如硬度和流变应力，觉察不到有明显的变化； 4. 光学金相组织看不出任何变化，温度较高发生回复，在电子显微镜下可间到晶粒内部组织的变化。(位错的胞状组织转变为亚晶)
晶粒长大的动力分析
两晶粒的界面如果是弯曲如图所示，则在晶粒Ⅰ内存在附加压力

实验-金属的塑性变形与再结晶

实验四金属的塑性变形与再结晶
一、实验目的 1．了解冷塑性变形对金属组织和性能的影响。 2．了解冷变形度对金属再结晶后晶粒大小的影响。
图 4-1 05 钢冷塑性变形后组织(200×) a)未变形，940℃正火 b)变形程度 40% c)变形程度 70% d)变形程度 80%
二、实验概述（一）金属塑性变形后的组织、性能变化
注：若时间有限，该组铝片变形试样亦可由实验室事先制备好。
五、实验报告
1．简述实验目的。 2. 根据实验结果，作出纯铜变形度与硬度间的关系曲线。 3. 根据观察试样结果，填写下表。
3
硬度
材料处理工艺浸蚀剂放大倍数
变形度纯铜硬度与变形度的关系曲线
低碳钢抛光后加压变形
未浸蚀
纯锌稍加塑性变形 HCl+HNO3+甘油
4．加工硬化由于金属冷塑性变形，亚结构进一步细化，位错密度增大，导致其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，该现象即称加工硬化。（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。图 4-2a 即为经 70％变形度的 05 钢，625℃退火后，发生了不完全再结晶，图 4-2b 为 670C 退火后，再结晶已完成。由图 4-3 可知，在回复阶段，显微组织不变，仅是内应力获得很大松弛，所示其性能几乎不变。但经再结晶后，显微组织已恢复到变形前的等轴晶，故各种性能也都复原，即加工硬化完全消除。
度下晶粒形态作出硬度与变形并测出其硬度度的关系曲线

金属的塑性变形与再结晶返回

按这种位错运动机制来实现滑移的理论，计算出的临界切应力值与实测值相符。位错运动引起的滑移是造成晶体宏观塑性变形的主要微观机制。
（二）孪生（孪晶）
对于滑移系少的密排六方晶体及体心立方晶体受到冲击力使变形速度较快时，产生的塑性变形的微观机制主要是孪生，见图4-7。孪生是指在切应力作用下，晶体中的一部分相对于另一部分发生以某晶面为面的对称的沿一定方向的共格切变。
当单晶体受到外力作用时，滑移系多的晶体比滑移系少的易产生滑移，对于滑移系的数目相同的晶体其滑移方向较多者更易产生滑移。这就是不同类型晶格的金属屈服点不同原因之一
2. 引起滑移的临界应力外加应力在滑移系中可分解为切应力和正应力。而分切应力是产生滑移的动力，正应力不能引起晶体滑移，但它能使滑移面发生转动。拉伸时使滑移面朝与外力平行方向转动；压缩时使滑移面朝与外力垂直转动，见图4-3。
第三节加热对冷变形金属的组织和性能的影响
冷变形金属材料随着宏观的变形增加其内能也增加，使组织处于不稳定状态，存在着趋于稳定的倾向。但是由于室温下原子活动能力极弱，这种不稳定状态能得以长期保存。可是若对变形金属加热、提高原子活动能力则变形材料就会以多种方式释放多余的内能，恢复到变形前的低内能的稳定状态。然而，随着加热温度的不同，恢复的程度也不同。变形金属在加热中一般经历三个过程，见图4-12。
对于面心立方晶格，晶面族{111}原子排列最密，共有四个晶面，每个晶面上有三个原子排列最密方向（如<110>），所以，也有4×3=12个滑移系。
密排六方晶格情况较为复杂,其具体的滑移面和三个滑移方向常因具体金属的晶格常数和所在温度不同而发生变化。但总的来说只有一个滑移面和三个滑移方向。如图4-2。密排六晶格有 1×3=3个滑移系。

金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形冷塑

3.1.2 冷塑性变形对金属性能与组织的影响
1.冷塑性变形对金属显微组织的影响 2.亚结构的变化 3.形变织构的产生形变织构有两种类型: ①拔丝时形成的形变织构称为丝织构，其主要特征为各晶粒的某一晶向趋于平行于拉拔方向。 ②轧板时形成的形变织构称为板织构，其主要特征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋于平行于轧制面和轧制方向。
3.2 高分子材料的变形特点
3.2.1 高聚物的弹性变形图3-7是橡胶的拉伸曲线。
图3-7 橡胶的拉伸曲线
3.2.2 高聚物的黏弹性变形 3.2.3 线型高聚物的变形特点如图3-8(a)所示。
图3-8 线型高聚物的应力-应变曲线
3.2.4 体型高聚物的变形特点
图3-9 环氧树脂在室温下单向拉伸和压缩时的应力-应变曲线
思考题
3-1 什么是滑移?
3-2 单晶体塑性变的最基本方式是什么?在实际晶体中，它是通过什么来实现的?
3-3 多晶体的塑性变形比单晶体复杂，它的不同点主要表现在哪几个方面?
3-4 塑性变形对金属性能的影响有哪些?
3-5 什么是加工硬化?它在生产中有何利弊?如何消除加工硬化?
3-6 简述加热温度对冷塑性变形金属的组织和性能的影响。
3-7 实际生产中，金属的再结晶温度是如何确定的?
3-8 热加工与冷加工的本质区别是什么?它对金属的组织和性能有何影响?
3-9 简述高聚物的变形特点。
3-10简述陶瓷的变形特点。
目录
3.晶粒长大
3.1.4 金属的热塑性变形
1.热加工与冷加工的本质区别金属的冷塑性变形加工和热塑性变形加工是以再结晶温度来划分的。凡在金属的再结晶温度以上进行的加工，称为热加工，如锻造热轧等; 在再结晶温度以下进行的加工称为冷加工，如冷轧冷拉等。 2.热加工对金属组织和性能的影响 (1)消除铸态金属的组织缺陷 (2)细化晶粒 (3)形成纤维组织 (4)形成带状组织

第四章金属的塑性变形与回复再结晶

第四章金属的塑性变形与回复再结晶第一节金属的塑性变形金属的一项重要特性是具有塑性，能够在外力作用下进行塑性变形。

外力除去后，永久残留的变形，称为塑性变形。

塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种，最常见的是滑移。

下面我们就讨论：一、光学金相显微镜下滑移带、变形孪晶与退火孪晶的特征滑移：所谓滑移即在切应力作用下晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分产生滑动。

所沿晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。

1．滑移带经表面抛光的金属单晶体或晶粒粗大的多晶体试样，在拉伸（或压缩）塑性变形后放在光学显微镜下观察，在抛光的晶体表面上可见到许多互相平行的线条，称为滑移带，如图4一1所示。

ａ黄铜的滑移带600⨯b 纯铁的滑移带 400⨯图4-1 滑移带的光学显微形貌由图可见，纯铁的滑移带特征与黄铜的略有不同，往往呈波纹状。

这主要由于纯铁本身层错能较高，其扩展位错容易束集，加之体心立方晶体可进行滑移的晶面多，因而产生大量交滑移的缘故。

如果用电子显微镜作高倍观察，会发现每条滑移带（光学显微镜下的每根线条）是由许多密集在一起的滑移线群所组成。

实际上，每条滑移线表示晶体表面上因滑移而产生的一个小台阶，而滑移带是小台阶累积的大台阶。

正因为晶体表面有这些台阶的出现才显示出上述的微观形貌。

如果将这些小台阶磨掉，即使重新抛光并浸蚀也看不出滑移带，因为滑移面两侧的晶体位向不随滑移而改变，故只能借助晶体表面出现的小台阶来观察。

1．变形孪晶孪生通常是晶体难以进行滑移时而发生的另一种塑性变形方式。

以孪生方式形变的结果将产生孪晶组织，在面心立方晶体中一般难以见到变形孪晶，而在密排六方晶体中比较容易见到。

因为密排六方晶体的滑移系少，塑性变形经常以孪生方式进行。

图4一2a为锌的变形孪晶，其形貌特征为薄透镜状。

纯铁在低温下受到冲击时也容易产生变形孪晶，其形貌如图4一2b所示，在这种条件下萌生孪晶并长大的速度大大超过了滑移速度。

a 锌的变形孪晶100⨯b 铁的变形孪晶 100⨯图4—2 变形孪晶光学显微形貌如果将变形孪晶试样重新磨制、抛光、浸蚀，是否如同滑移带那样也会消失呢？并不是这样的。

第四章金属材料的塑性变形与再结晶

滑移方向上原子间距的小于孪生方向上的原
整数倍，较大。
子间距，较小。
很大，总变形量大。
有限，总变形量小。
有一定的临界分切压力一般先发生滑移
所需临界分切应力远高于滑移
滑移困难时发生
变形机制
全位错运动的结果分位错运动的结果 34
(二) 多晶体金属的塑性变形
单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂
① 晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷
② 晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少穿过。
35
当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加外力, 从而使金属的变形抗力提高。
36
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶界的位错塞积
55
(4) 几何硬化：由晶粒转动引起由于加工硬化, 使已变形部分发生硬化而停止变形, 而未变形部分开始变形。没有加工硬化, 金属就不会发生均匀塑性变形。
未变形纯铁
加工硬化是强化金属的重要
手段之一，对于不能热处理
强化的金属和合金尤为重要
变形20%纯铁中的位错
56
2 对力学性能的影响
利弊
d. 孪生本身对金属塑性变形的贡献不大，但形成的孪晶改变了晶体的位向，使新的滑移系开动，间接对塑性变形有贡献。
33
总结
滑移
孪生
相同点
晶体位向
位移量不同对塑变的贡献点
变形应力
变形条件
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不改变结构。不改变（对抛光面改变，形成镜面对称关系观察无重现性）。（对抛光面观察有重现性）
1、晶粒取向和晶界对塑性变形的影响

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4金属塑性变形与再结晶组织的观察与分析

实验4 金属塑性变形与再结晶组织的观察与分析一、实验目的1.了解塑性变形对金属显微组织的影响。

2.熟悉经不同变形后的金属在加热时组织的变化规律。

3.掌握变形程度、退火温度对金属再结晶晶粒大小的影响。

二、实验原理概述金属变形可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个基本过程。

当应力增加到超过弹性极限时,金属就要产生塑性变形,外力去掉后,这部分变形仍然保留着,此种变形过程称为塑性变形。

塑性变形能提高金属和合金的强度与硬度,而塑性、韧性则下降,即产生加工硬化现象。

1.冷变形对金属显微组织的影响金属发生塑性变形时,随着变形程度的增加,晶粒逐渐沿受力方向伸长,并且晶粒内部产生许多亚晶粒。

2.变形程度对再结晶后晶粒大小的影响变形程度是影响再结晶退火后晶粒大小的最重要因素。

在其它条件相同的情况,变形量越大,则晶粒越细。

变形程度与晶粒度的关系如图4-1所示。

由图可见,变形度很小时(图中oa 段),金属材料的晶粒没多大变化。

当变形程度增加到一定数值(图中b点)后,得到最大晶粒,此变形程度称为临界变形程度δk。

临界变形程度随金属不同而异,一般都在2~10%之间。

铁约为5~6%,钢为5~10%,铜及黄铜约为5%,铝约为1-3%。

图4-1 变形程度对再结晶后晶粒大小的影响当变形量在临界变形量附近时,晶粒之所以变粗是由于变形量小时,变形不均匀并分布在个别区域,只有极少数区域有条件产生核心。

因此,这些个别核心就可以进行异常的长大,最后长为粗晶粒。

变形量增加时,形成核心的微小区域增加,这时每个核心都需要长大,在相互制约的情况下,结果得到细晶粒。

但当变形量太大时,在曲线上又出现第二个高峰,即晶粒反而又变粗,一般认为这是由于变形织构造成的。

3.退火温度和保温时间对再结晶后晶粒大小的影响退火加热温度越高,保温时间越长,晶粒越粗大。

但加热温度越高,其影响越为明显,随着加热温度的升高,晶粒几乎成直线长大。

4.原始晶粒大小的影响原始晶粒越细,则晶界越多,形成核心的有利地方也越多。

《机械工程材料(第2版)》电子教案第4章金属的塑性变形与再结晶

第4章金属的塑性变形与再结晶
4.1金属的塑性变形 4.2冷塑性变形对金属性能与组织的影响 4.3回复与再结晶 4.4金属的热塑性变形
4.1 金属的塑性变形
4.1.1单晶体的塑性变形
单晶体受外力作用，当外力较小时，发生弹性变形，当外力超过一定数值后，发生塑性变形。单晶体的塑性变形主要是以滑移的方式进行的。即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动。晶体中能够发生滑移的晶面和晶向，称为滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向越多，金属的塑性越好。
在工业生产中，为保持金属经冷塑性变形后的高强度，往往采取回复处理，以降低内应力，适当提高塑性。例如冷拔钢丝弹簧加热到250—300℃，青铜丝弹簧加热到120～150℃，就是进行回复处理，使弹簧的弹性增强，同时消除加工时带来的内应力。
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4.3 回复与再结晶
2.再结晶
当冷塑性变形金属加热到较高温度时，由于原子活动能力增加，原子可以离开原来的位置重新排列。由畸变晶粒通过形核及晶核长大而形成新的无畸变的等轴晶粒的过程称为再结晶。再结晶过程首先是在晶粒碎化最严重的地方产生新晶粒的核心，然后晶核吞并旧晶粒而长大，直到旧晶粒完全被新晶粒代替为止。
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4.2 冷塑性变形对金属性能与组织的影响
金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化是由塑性变形时金属内部组织变化所决定的。
1.形成纤维组织，性能趋于各向异性 2.产生冷变形强化 3.形成形变织构（择优取向） 4.产生残留应力
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4.3 回复与再结晶
1.回复
当加热温度不太高时，原子活动能力有所增加，原子已能作短距离的运动，使晶格畸变程度大为减轻，从而使内应力有所降低，这个阶段称为回复。然而这时的原子活动能力还不是很强，所以金属的显微组织无明显变化，因此力学性能也无明显改变。、硬度显著下降，塑性显著上升，使变形金属的组织和性能基本上恢复到变形前的状态。