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。再结晶使金属中被拉长的晶粒消失，生成新的无内应力的等轴晶粒，机械性能完全恢复。

对于立方晶系的金属，当变形度达到了70～80％以上时，最低(开始)的再结晶温度与熔点有如下关系：

T再＝0.4T熔化(绝对温度计)

金属中有杂质存在时，最低的再结晶温度显著变化。在大多数情况下，杂质均使再结晶温度升高。

为了消除加工硬化现象，通常退火温度要比其最低再结晶温度高出100—200℃。

变形金属经过再结晶后的晶粒度，不仅会影响其强度和塑性，而且还会显著影响动载下的冲击韧性值。

当变形度很小时，由于晶格歪扭程度很小，不足以引起再结晶，故晶粒大小不变。当变形度在2～10％范围内时，金属中变形极不均匀，再结晶时形核数量很少，再结晶后晶粒度很不均匀，晶粒极易相互并吞长大，这样的变形度称“临界变形度”。大于临界变形度后，随着变形度的增加，变形愈均匀，再结晶时的形核率便愈大，再结晶后的晶粒便愈细。

在进行冷塑性变形时，应尽量避免在临界变形度下变形，而采用较大的变形度，以获得较细小的品粒，临界变形度，因金属的本性及纯度而异，铁为7—15％，铝为2～4％。

三、实验任务

2、测量工业纯铝不同变形度(1％、6％、12％、16％)试样的硬度；

3、观察纯铝滑移带，并拍摄组织照片，分析形成原因。

四、实验方法指导

1、实验设备和材料

（1）金相显微镜；（2）手动拉伸机；（3）加热炉；（4）布氏硬度计或洛氏硬度计；（5）纯铝滑移带试样；（6）尺寸为140X12X 0.5mm铝片一组4根。

2、实验步骤．

（1）用软铅笔在铝片中部划出l00mm长度的计算距离，刻度线间距离的测量力求准确，试片两端打上编号，编号顺序见表1—1。

表1—1

（2）在拉伸机上分别将试样拉到所要求的尺寸，拉伸时纯铝片的长度方向必须平行于拉伸方向。

（3）将变形后的试样集中起来，一起放入500—600℃的炉中加热30分钟，试样冷却后(可用水冷)进行宏观腐蚀，以显示晶粒大小。

＝0.1~O.3Tm,所以回火温度为温度的确定：本实验采用低温回复由公式T

回

100℃。又因为T再＝0.4T m(绝对温度计)可得纯铝的再结晶退火温度350~420℃。因再结晶受各种因素的影响，为缩短退火周期，实际生产中再结晶退火温度通常为最低再结晶温度以上100~200℃，所以左中采用550℃30min,可有效消除加工硬化同时产生等轴晶粒。

腐蚀：

①用1：1的硝酸盐酸溶液浸蚀，当能清楚地用肉眼看到晶粒时，即可用水冲洗。

②采用40％NaOH腐蚀。腐蚀后用自来水冲洗干净，擦干后即可看出晶粒。

（4）观察试样上晶粒的分布情况，统计lcm2面积中的晶粒数目。

（5）测量工业纯铝不同变形度的硬度HB。

（6）观察滑移带，变形孪晶、退火孪晶的特征，比较它们的区别和形成，拍摄出组织示意图。

五、实验报告要求

1、报告内容包括实验目的、任务和实验结果，

2、根据记录，建立纯铝片“变形度与再结晶后晶粒大小”的关系曲线，讨论变形度对纯铝片再结晶晶粒大小的影响；

3、根据实验结果，分析冷变形对纯铝性能(硬度)的影响；