金属的塑性变形与再结晶

时间：2025-07-07

实验报告

中南大学

材料科学基础实验报告

指导教师：师琳

学院：材料科学与工程学院

班级：材料0803班

学号： 0604080301

姓名：白卫民

同组人：许梓龙、江彬彬、杨曦等

实验日期： 2010年11月24日

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一、实验目的

1．了解冷塑性变形对金属组织与性能的影响。

2．了解经冷塑性变形的金属在加热组织与性能的变化规律。

3．了解变形程度对金属再结晶晶粒度的影响。

二、实验概述

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。（图为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。）

金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下

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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。

工业纯铁冷塑性变形后的组织

a）变形程度20%；b）变形程度50%；c）变形程度70%

（二）冷变形后金属在加热时组织性能的变化

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

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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，通过形核与长大方式进行再结晶。（下图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。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，定为再结晶渡。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再 0.4T熔

式中各温度值，应为绝对温度。

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工业纯铁再结晶过程的显微组织(150X)

a)550℃再结晶 b)600℃再结晶 c) 850℃再结晶

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。

（三）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。

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变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响

纯铝的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, HNO3 15ml, H2SO4 25 ml

(拉伸变形后，经550℃再结晶退火30min)

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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的范围内进行压力加工。

三、实验设备、用品及试样

(一) 实验设备

1．拉力试验机和洛氏硬度计(或布氏硬度计)。

2．金相显微镜。