实验三 金属塑性变形与再结晶

一、实验目的

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；研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。加深对加工硬化现象和回复再结晶的认识。

二、基本原理

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。当再结晶退火温度一定时，变形量大小对再结晶的晶粒大小起决定性的影响。当变形量很小时晶粒大小毫不变化。当达到某一变形量时，再结晶获得异常粗大的晶粒，对应着一组大晶粒的变形度，称为临界变形度。一般铁5-10％，钢约为5％，铝2-3％。由于粗大晶粒将显著降低金属的机械性能，故应避免金属材料在临界变形程度范围内进行压力加工。超过临界变形量，由于各晶粒变形愈趋均匀，再结晶时形核率愈大，因而再结晶的晶粒越细。

三、实验设备及材料

1、拉力试验机、加热炉、吹风机；

2、低碳钢（45#钢）试样若干Ø12×110mm。

四、实验内容及步骤

1、预先准备45钢管材试样Ø12×110mm7根，在其中部垂直纵轴的方向画两条相距100mm的平行线，定出原始长度L₀；

2、按规定的变形量在拉伸机上进行拉伸

3、测量不同变形度碳钢试样的硬度;

4、将经不同变形后的试样在550℃加热保温1小时后空冷，侵入20％NaOH溶液数分钟用水洗吹干，再用王水（三份盐酸、一份硝酸）腐蚀数秒，显出晶粒后用水洗吹干；

5、测量不同变形度碳钢试样再结晶后的硬度；

 五、实验报告要求

1、对比说明常见的硬度表征原理和对应硬度计区别；

2、根据实验结果，分析冷变形对碳钢性能（硬度）的影响。

六、实验注意事项

1、对试样不要擅自弯曲、敲击；

2、试样两端号码如在拉伸时损坏，应及时在作记号；

3、腐蚀时，特别要注意，不要将王水和碱液溅到衣服、皮肤上。

 

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实验序号：1　　　　　　　　实验项目名称：金属的塑性变形与再结晶