材料科学与工程学院

材料科学综合实验报告

 

指导老师签名：

                                      20## 年 07 月26日

金属的塑性变形与再结晶

引言：

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。

材料在力的作用下要变形，掌握材料的变形规律，特别是塑形变形的机理，探讨材料塑形变形后的组织和性能变化，以及研究材料在重新加热后的回复和在结晶过程中的组织、结构和性能变化，具有十分重要的理论价值和实际的应用意义。在“金属的塑形变形与再结晶”实验过程中，我们可以进一步的了解塑形变形后和再结晶对金属物理性能的影响，实验中我们主要观察的是材料的硬度变化。

一、实验内容及条件

1、实验材料

    本实验使用材料为紫铜，先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牌所受的冷加工效应，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摄氏度保温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（长150mm,宽20mm,高3mm）上划好标距(在中间取100mm)，然后将试样安放在拉伸机(万能拉伸材料实验仪)上，调整好后进行拉伸，当标距拉长到需要的长度时即停止拉伸，变形严重不均匀这报废。应注意不要使式样片受到任何冲击和不应有的变形，以保证实验结果的准确。

变形量与晶粒数关系表

3、试样的切割 

  将拉伸试样从中间切割成四半，一半用于观察变冷变形组织，另三半用于观

察再结晶退火组织。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 

各组将拉伸后的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，保温到指定时间，取出试样后空冷。 

5、金相试样制作 

  镶相、磨样、抛光。要求制作的试样表面达到镜面光滑，在显微镜下无刮痕。 

6、酸侵蚀 

    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，待晶粒显出后即停止侵蚀，用水冲洗干净，然后使用吹风机的冷风吹干.

7、硬度测试

    测试紫铜片不同保温时间下试样的硬度。

硬度实验记录表

小组硬度值汇总（同是450℃再结晶温度）

变形量与硬度关系曲线

退火时间与硬度关系曲线

由折线图可得：

1、变形量越大，硬度也就越大。其原因是：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，金属的硬度增加，而塑性和韧性下降。

2、随着再结晶退火时间增加，硬度下降。其原因是：再结晶是指无畸变的等轴新晶逐渐取代变形晶粒的过程。再结晶退火可以消除冷变形加工硬化的影响，且随着退火时间增加，金属的硬度下降，塑性和韧性下降上升，加工硬化消失，此即为再结晶软化。

造成曲线呈现以上状态，可能是测量硬度时，硬度测试机本身存在误差，读的数据不够准确，也可能是测量硬度时，样片的面不够平整，造成硬度测量有误差。

二、实验结果

1、晶粒度测量

2、金相图

1                                          2

  

3                                          4

 

5                                           6

 

7                                            8

 

3、再结晶温度与晶粒度的关系图、变形量与晶粒度关系曲线

  理论上，退火温度越高，晶粒度越大；未超过临界变形量，晶粒越粗大，当超过临界变形量，晶粒越细小。

10、硬度与再结晶温度及时间的关系

加热温度越高，扩散越快，晶界迁移速率越大，G越大，临界变形度也越小，所以再结晶晶粒也越大，硬度越低。保温时间越长，晶粒就会长大，晶粒慢慢再变得粗大，硬度值会稍微降低。我们所做的实验图示不明显，但是还是有下降的趋势。造成实验结果这样，可能是保温的时候，计算保温时间时还没等它升到一定温度再开始就计时，使得实际保温时间缩短，晶粒长大的时间缩短。

三、实验分析总结

1、塑性变形时，随着金属晶粒形状的改变和纤维化，晶界各种夹杂物和第二相的形状及分布也将改变。塑性好的将被拉成长条形，塑性差的在拉长时发生断裂，成为沿金属纤维分布的索状物，脆性大的则被压成更细的颗粒。而温度越高，位错的攀移和亚晶界的移动，转动及聚合都变得容易。因此使形核率增加，同时温度升高，晶界迁移率越大，长大速率也随着增大。

2、变形度对再结晶后晶粒长大的影响特别显著。金属存在一个能进行再结晶的最小变形度，此时会得到过大的晶粒，该变形度被称为临界变形度，当超过临界变形度时，金属的变形度越大，再结晶后的晶粒越小，而超过80％变形度后晶粒又变大，为什么会这样呢！其原因是当变形量太小时不足以形核，在临界形变量时，N很小，G较大，根据d=(G/N)1/4形成粗大晶粒，而当变形量增大时（G/N）降低。晶粒尺寸变小。超过一定变形量如80%后再结晶温度将趋于某一极限值，成为最低再结晶温度，再结晶温度越低，位错攀移和亚晶界的移动、转动聚合都变得困难N变小，同时温度降低，晶界迁移率越小，G也随之减小G/N）变大，晶粒又变大。

四、综合实验体会及建议

通过这次实验，我学会了很多知识和技巧。磨平工件是件细致仔细的活，在磨平工件表面的过程中，对我的耐心提出了很高的要求，因为一旦急于求成，就有可能导致从头来过，经过几次的失败之后我静下心来按照老师知道的方式慢慢的磨平工件，果然取得了比较理想的成果。在腐蚀液时，一开始没能掌握住时间，导致腐蚀时间过长，从而在显微镜观测下，晶界腐蚀过头，观察效果不佳。后来分析了问题之后找到了解决办法，最后也取得了较好的结果。这次实验不仅仅让我更好的掌握了课本上的知识，也提高了我的动手能力和分析问题的能力，是一次值得拥有的经历

 

第二篇：《金属与金属材料》的教学反思

《金属与金属材料》的教学反思

20xx年3月2日

一、指导思想

通过对初中化学《金属与金属材料》的教学，深感让学生认识身边的金属，了解身边的金属，熟习身边的金属对学好这节课十分重要，为了在整个教学中真正渗透新课程倡导的“探究式学习”，贯彻“一切为了学生发展”这一基本的价值取向，让每位学生都主动参与、乐于探究、勤于思考，培养学生获取新知识、分析和解决问题的能力，在教学设计中，我将教材中已有的预设方案改为学生自己设计，使学生充分体验探究的各个环节，更有利于培养学生的探究能力。

二、教学设计

从学生角色扮演入手，以学生已有知识和生活经验为基础，建构新的知识系统，通过学生自主讨论、自主实验，探究出判断金属活动性的依据和金属活动顺序。在教学中，注重构建具有个人意义的评价方式，让每位学生都能感到自己学有所得。最后，通过课堂延伸，强化了所学知识的价值。

三、课堂教学

在课堂教学中，注重了学生的主题地位，一是让学生找出身边的金属，让他们分析为什么铜比铁更稳定；二是将教材中的实验改为学生主动的探究性实验，给了学生更大的自主探究空间；三是灵活处理教材，重组教学内容，引导学生通过自己的探究得出常见金属的活动性顺序和金属的化学性质，更好地体现了学生的主体地位，使学生自主建构知识。

四、不足之处

不足之处是教学设计对学生的能力要求较高，比较适合于我所教的学习水平较高的学生，对于学习水平较低的学生，在自行探究判断金属活动性的依据这一环节时，大部分学生很难完成。因此，在这类班级中可将这一环节的学生活动改为教师指导学生实验，帮助学生建构新知识，提出猜想，便于学生由易到难的学习和理解。