低碳鋼的塑性變形與再結晶

1、實 驗 報 告姓名：邱增城學號：5110519104實驗日期：2013/12/16實驗成績：序號：A56同組姓名：、批閱日期：塑性變形與再結晶金相顯微組織分析一、實驗目的（一）掌握一般金相顯微樣品的過程和顯微組織觀察的基本方法；（二）觀察不同條件下冷變形顯微組織；（三）總結不同再結晶退藝參數對再結晶組織的影響；二、實驗原理（一）塑性變形后金屬材料的顯微組織變化1、滑移帶：由于晶體的塑性變形使試樣拋光表面產生高低不一的臺階，在高倍下觀察可知它是由更細的滑移線的組成。2、孿生：指一個發(fā)生在晶體內部的均勻切邊過程，均勻切邊區(qū)中的晶體點陣類型不發(fā)生變化，而晶體取向卻變?yōu)榕c切變區(qū)和未切變區(qū)晶體呈鏡面對稱

2、的取向。3、晶粒形貌變化：變形度的增加，等軸晶將逐漸沿變形方向伸長。變形量很大時，晶粒變得模糊不清，形成狀組織，狀組織是由晶界和滑移線組成的。的分布方向即是材料流變伸展的方向。4、亞結構的變化：經嚴重冷變形后，位錯密度急劇增加。對于層錯能較高的金屬或合金，容易發(fā)生交滑移，形成胞狀亞結構，對于層錯能較低的金屬，容易形成位錯積（二）塑性變形后金屬宏觀性能的變化。1、冷變形后，強度（硬度）顯著提高，而塑性下降很快，產生了硬化現(xiàn)象，主要是位錯密度升高所致；2、變形后，材料電阻率升高，磁導率、熱導率下降；3、變形焓升高，化學活性增大，腐蝕速率加快；（三）材料的回復1、回復的定義：是指冷變形金屬在退火時發(fā)

3、生組織性能變化的早期階段，具體對應新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所產生的亞結構和性能變化的階段。2、回復機制：（1）低溫回復：點缺陷發(fā)生遷移，密度明顯下降；（2）中溫回復：位錯滑移并重新分布；（3）高溫回復：位錯可產生攀移，發(fā)生重新分布，并可產生多變化結構；3、回復性能變化（1） 電阻率明顯下降；（2） 內應力降低；（3）強度和硬度下降不多；（四）材料的再結晶1、再結晶的定義：冷變形后的金屬加熱到一定程度后，在原變形組織中重新產生無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復到變形前的情況，此過程稱為再結晶。2、再結晶的驅動力：驅動力來自應變畸變能的下降。3、影響在結晶的因素：（1）變形度：變形度越大

4、，儲能增加，再結晶驅動力越大，再結晶溫度越低，同時等溫退火時的再結晶速度越快，但當變形量大到一定程度后，再結晶溫度基本穩(wěn)定。在給定溫度下，發(fā)生再結晶需要一個最小變形量（臨界變形度），低于此變形度，不再發(fā)生再結晶。同時，變形度越大，得到的再結晶晶粒越細。（2）退火溫度：提高退火溫度可使再結晶速度顯著加快，臨界變形度數值變小，若再結晶過程已完成，隨后還有一個晶粒長大階段。很明顯，溫度越高，晶粒越粗。（五）晶粒生長1、晶粒生長的定義：晶粒生長是指再結晶之后的晶粒繼續(xù)長大，驅動力來自總界面能的下降。2、正常晶粒長大規(guī)律：在恒溫下，平均晶粒直徑與保溫時間的平方呈正比。三、實驗內容（一）金相樣品的1、取樣

5、與鑲嵌顯微試樣的選取應根據研究目的，取其具有代表性的部位。例如，在檢驗和分析失效零件的損壞時，除了在損壞部位取樣外，還需要在距破壞較遠的部位截取試樣，以便比較；在研究金屬鑄件組織時，由于存在偏析現(xiàn)象，必須從表層到中心同時取樣進行觀察；對軋制和鍛造材料，則應同時截取橫向（垂直于軋制方向）及縱向（平行于軋制方向）的金相試樣，以便于分析比較表層缺陷及非金屬夾雜物的分布情況；對于一般熱處理后的零件，由于金相組織比較均勻，試樣的截取可在任一截面進行。試樣的截取方法視材料的性質不同而異，軟的金屬可用手鋸或鋸床切割，硬而脆的材料（如白口鑄鐵）則可用錘擊取下，對極硬的材料（如淬火鋼），則可采用砂輪片切割或電火

6、花線切割。對形狀特殊或常用的鑲嵌材料有細小不易握持的試樣，或為了試樣不發(fā)生倒角，可對試樣進行鑲嵌。、低熔點合金等。2、磨制試樣的磨制一般分為粗磨和細磨兩道工序。粗磨的目的是為了獲得一個平整的表面。試樣截取后，將試樣的磨面用砂輪或銼刀制成平面，同時尖角倒圓。在砂輪上磨制時，應握緊試樣，不宜過大，并隨時用水冷卻，以防受熱引起金屬組織變化。經粗磨后試樣表面雖較平整，但仍存在有較深的磨痕。細磨的目的就是為了消除這些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，并為進一步的拋光做好準備。將粗磨好的試樣用水沖洗并擦干后，隨即依次用由粗到細的各號金相砂紙將磨面磨光。磨制時砂紙應平鋪于厚板上，左手按住砂紙，右手握住試樣，使磨

7、面朝下并與砂紙接觸，在輕微作用下向前推行磨制，用力要均勻，平穩(wěn)，否則會使磨痕過深，而且造成磨面的變形。注意試樣退回時不能與砂紙接觸，以保證磨面平整。這樣“單程單向”地反復進行，直至磨面上舊的磨痕被去掉，新的磨痕均勻一致時為止。在調換下一號更細砂紙時，試樣上磨屑和砂粒清除干凈，并轉動90º，即與上一道磨痕方向垂直。3、拋光拋光的目的在于去除細磨時磨面上遺留下來的細微磨痕和變形層，以獲得光滑的鏡面。常用的拋光方法有機械拋光、電解拋光和化學拋光三種，本實驗采用機械拋光。機械拋光是在的拋光機上進行。拋光盤上鋪以細帆布、呢絨、絲綢等。拋光時在拋光盤上不斷滴注拋光液。拋光液通常采用 Al2O3、

8、MgO 或 Cr2O3 等細粉末（粒度約為 0.55µm）在水中的懸浮液。機械拋光就是靠極細的拋光粉對磨面的機械作用來消除磨痕而使其成為光滑的鏡面。操作時將試樣磨面均勻地壓在旋轉的拋光盤上，并沿盤的邊緣到中心不斷做徑向往復運動，同時，試樣自身略加旋轉，以便試樣各部分拋光程度一致。拋光后的試樣應用清水沖洗干凈，然后用4、浸蝕沖去殘留水滴，再用吹風機吹干。拋光后的試樣磨面是一光滑鏡面，若直接放在顯微鏡下觀察，只能看到一片亮光，必須經過適當的浸蝕，才能使顯微組織正確地。目前，最常用的浸蝕方法是化學浸蝕法。本實驗采用的浸蝕劑為硝酸。將拋光好的試樣磨面在化學浸蝕劑中浸蝕一定時間，在浸蝕后就形成

9、了凹凸不平的表面，在顯微鏡下，由于光線在各處的反射情況不同，就能觀察到金屬的組織特征。浸蝕時，試樣磨面向上浸入一盛有浸蝕劑的容器內，待浸蝕適度后取出試樣，迅速用水沖洗，接著用沖洗，最后用吹風機吹干，其表面需嚴格保持清潔。浸蝕時間要適當，一般試樣磨面發(fā)暗時就可停止，其時間取決于金屬的性質、浸蝕劑的濃度以及顯微鏡下觀察時的放大倍數。（二）金相樣品的觀察在金相顯微鏡下觀察所試樣的顯微組織特征，分別拍攝放大倍數為 100、500 倍的并保存。500 倍不清晰是可使用景深疊加。四、實驗結果討論（一）退火處理圖 1退火的不同變形度的 OM 組織對比（500X）(a) 60%變形(b) 80%變形可以看到，

10、晶粒沿變形方向伸長，變形量為 80%時，由于變形量很大，晶粒變得模糊不清，形成的方向。組織，狀組織是由晶界和滑移線組成。的分布方向即是材料流變伸展（二）變形度和退火時間相同，退火溫度不同圖 2 變形量為 60%，時間為 0.5h，退火溫度不同的 OM 組織對比（500X）(a) 500(b) 600(a) 450(b) 500(c) 600(d) 800圖 3 變形量為 80%，時間為 0.5h，退火溫度不同的 OM 組織對比（500X）： (c)11m(d)14m晶粒由上面兩圖可以看出當變形程度和退火保溫時間一定時，退火溫度越高，再結晶晶粒越大。（火溫度和退火時間相同，變形度不同(a) 60

11、%變形(b) 80%變形圖 4 退火溫度為 500，時間為 0.5h，變形度不同的 OM 組織對比（500X）(a) 60%變形(b) 80%變形圖 5 退火溫度為 600，時間為 0.5h，不同變形度的 OM 組織對比（500X） 晶粒： (a)16m(b)11m(a) 60%變形(b) 80%變形圖 6 退火溫度為 800，時間為 1h，不同變形度的 OM 組織對比（500X） 晶粒： (a)21m(b)19m分別比較圖 4-圖 6 的(a) 和 (b) 發(fā)現(xiàn)，當退火溫度和退火時間相同時，變形度越大，晶粒越細小。（四）變形度和退火溫度相同，退火時間不同(a) 0.25h(b) 1h圖 7

12、變形量為 60%，退火溫度為 800，不同退火時間的 OM 組織對比（500X）： (a)19m(b)21m晶粒(a) 0.5h(b) 1h圖 8 變形量為 80%，退火溫度為 800，不同退火時間的 OM 組織對比（500X）： (a)14m(b)19m晶粒比較圖 7 (a) 和 (b) 或圖 8 (a) 和 (b) 可得，當變形度和退火溫度相同時，退火的時間越長，晶粒越大。結論：綜上，我們得到以下結論：（1） 經再結晶后形成的晶粒，通常為等軸晶。（2） 退火時間為 0.5h 的情況下，60%變形量和 80%變形量的低碳鋼再結晶溫度都在500到 600。（3） 變形度越大（在超過臨界變形度的情況下），再結晶后晶粒越大。（4）退火溫度對剛完成再結晶時晶粒的影響比較弱，但對晶粒長大過程有影響，溫度越高，晶界遷移速率越快，最終形成的晶粒越大。（5）退火時間越長，晶粒長大越充分，晶粒越大。五、實驗感想通過本次實驗，我們掌握了鑲嵌型金相顯微試樣的磨制工序，并熟練使用金相顯微鏡進行不同放大倍數的拍照。通過收集到的金