北京科技大學再結(jié)晶實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上冷變形金屬再結(jié)晶組織的觀察和分析1、 實驗目的了解回復、再結(jié)晶組織和性能的關(guān)系。了解再結(jié)晶動力學的相關(guān)知識。掌握晶粒長大規(guī)律。2、 實驗樣品光學顯微鏡不同變形量和退火后的純銅晶相樣一組壓縮形變和退火后的-Fe金相樣一組3、 實驗內(nèi)容3.1觀察和畫出變形60的純銅：沒有退火，350°，550 °，750 ° 退火30min的組織形貌；結(jié)合畫的圖敘述再結(jié)晶組織的特點。如下圖所示分別為變形60的純銅沒有退火，350°，550 °，750 ° 退火30min的組織形貌。再結(jié)晶組織的特點：在金相顯微鏡下觀察得到再結(jié)晶的

2、晶粒細小而白亮，未再結(jié)晶者成狹長狀，且呈暗灰色。對于純銅而言，再結(jié)晶組織內(nèi)存在退火孿晶，兩邊界面平直的小塊便是退火孿晶。隨著退火溫度的增加，再結(jié)晶組織逐漸長大，并且退火孿晶也隨著晶粒長大而長大。在短暫的退火時間內(nèi)，再結(jié)晶顆粒在形變的滑移帶上形成細小的再結(jié)晶核心，隨著保溫溫度的增加，再結(jié)晶顆粒長大吞食變形的基體的量越多，并且有更多的再結(jié)晶晶粒形成，并且隨著保溫溫度的提高，在350還可以看見變形的具有纖維狀組織的基體，而在550以后則完全再結(jié)晶，再結(jié)晶形成的晶粒比較均勻。3.2 觀察變形68的純鐵，變形后在560分別保溫12，20，27，38，42試樣的組織形貌；畫出42試樣的組織形貌，討論經(jīng)形變

3、后的Cu, Fe的再結(jié)晶組織的區(qū)別。變形68的純鐵，變形后在560分別保溫42試樣的組織形貌圖如下圖所示：銅的形變再結(jié)晶組織有退火孿晶，而鐵的形變再結(jié)晶組織沒有退火孿晶。銅是面心立方結(jié)構(gòu)，其層錯能較低，因此在一次再結(jié)晶的過程中會出現(xiàn)兩邊界面平直的退火孿晶片。退火孿晶常在晶粒長大的晶界出現(xiàn)。體心立方金屬的孿晶界面能較高，例如鐵，不易出現(xiàn)退火孿晶。鐵的再結(jié)晶完成后的組織為均勻的等軸晶粒，而銅再結(jié)晶完成后為具有退火孿晶的均勻晶粒。3.3 測定再結(jié)晶體積分數(shù)隨保溫時間變化曲線，要求有自己測試的原始數(shù)據(jù)以及誤差分析。計算再結(jié)晶動力學方程中的n，B。自己測試的原始數(shù)據(jù)見表一：變形68的純鐵變形后在560保

4、溫20的再結(jié)晶數(shù)點數(shù)據(jù)表。（表一附在實驗報告后）計算過程如下：第i次計數(shù)的點數(shù)/網(wǎng)格總點數(shù)。本實驗中網(wǎng)格為6×6，故網(wǎng)格總點數(shù)為36。根據(jù)表一，在excel中進行處理可以得到：200倍放大倍數(shù)下再結(jié)晶平均體積分數(shù)為：200倍計數(shù)標準誤差：同理可得其他退火時間的再結(jié)晶體積分數(shù)，參考同組人：劉雨溦、胡苗苗、劉瑩所測量的數(shù)據(jù)，將退火時間12，20，27，38，42換算成秒，再將時間和再結(jié)晶體積分數(shù)列成一個表，如表二所示：表二：退火時間與再結(jié)晶體積分數(shù)數(shù)據(jù)表時間/s720120016202280再結(jié)晶體積分數(shù)5.90%10.58%23.69%28.50%由此可以計算再結(jié)晶動力學方程中的n，B

5、如下：已知再結(jié)晶動力學方程為，其中為再結(jié)晶體積分數(shù)，t為時間，B,n為材料常數(shù)。對在結(jié)晶動力學方程取雙對數(shù)：之后帶入表二的數(shù)據(jù)，通過最小二乘法可以得到線性擬合方程，其中，。帶入數(shù)據(jù)得到擬合曲線如圖一（圖一附在實驗報告后），擬合方程為：相關(guān)系數(shù)為所以,.3.4 變形68的純鐵，分別于200 °，300 °，400 °，500 °，600 °，700 °退火1小時；測定這些試樣的HRB硬度，作出硬度退火溫度曲線。討論退火溫度對硬度的影響。經(jīng)測量硬度，得到變形68的純鐵200 °，300 °，400 °，500

6、 °，600 °，700 °退火1小時下的硬度數(shù)據(jù)如表三所示：表三：變形68的純鐵的退火溫度與對應的硬度數(shù)據(jù)表溫度/200300400500600700硬度/HRB93.391.785.485.776.759.7作圖繪出硬度-溫度曲線如圖二所示（圖二附在實驗報告后），通過圖中曲線走向可以看出，在退火時間相同鐵的變形量相同的情況下，并且考慮實驗誤差的情況下，退火溫度越高，鐵的硬度越低。原因解釋如下：晶粒長大與原子擴散有密切的關(guān)系，所以退火溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒尺寸越大，最終趨于一個穩(wěn)定尺寸。硬度越低，說明壓頭越容易壓入金屬材料中，說明金屬越容易發(fā)生塑性變形

7、，而金屬的塑性變形本質(zhì)上是金屬中的位錯運動導致的，而晶界會阻擋位錯的運動。晶粒越大,同樣大小的一塊材料中,晶界就越少,對位錯運動的阻礙就越小,材料形變的阻力就越小,宏觀上就是硬度低。由此可以說明退火溫度越高，硬度越低的趨勢線。4、 思考題晶粒能不能無限長大變成單晶?答：晶粒不能無限長大變成單晶，主要有溫度、雜質(zhì)原子和溶質(zhì)原子、第二相顆粒、織構(gòu)和表面、相鄰晶粒的位向差等作用因素會抑制晶粒的長大。1) 溫度對晶粒長大的影響 由于晶界遷移的過程就是原子的擴散過程，所以溫度越高，晶粒長大速度就越快，通常在一定溫度下晶粒長大到一定尺寸后就不再長大，但升高溫度后晶粒又會繼續(xù)長大。2) 雜質(zhì)原子和溶質(zhì)原子對

8、晶粒長大的影響： 另外再結(jié)晶晶粒長大的過程中，極微小的雜質(zhì)原子對晶界就有很大的拖曳作用，另外，由于在晶粒長大的過程中，固溶體中存在不易擴散的溶質(zhì)原子叢集，這會對晶界起到釘扎的作用，從而導致晶粒驅(qū)動力隨晶粒長大而減小，晶粒不能無限長大。3) 第二相顆粒對晶粒長大的影響： 彌散第二相顆粒對晶界移動有釘扎作用，它對控制材料的晶粒尺寸有重要的作用。晶界開始穿過顆粒時，晶界面積減小，減少了總的界面能量，這時粒子是幫助界面前進的。但當晶界到達粒子的最大截面后，晶界繼續(xù)移動又會重新增加晶界面積，增加了總的界面能量，這時粒子會對晶界移動產(chǎn)生拖曳作用。晶粒大小與第二相顆粒半徑成正比，與第二相顆粒的體積分數(shù)成反比，即第二相顆粒越細小，數(shù)量越多，阻礙晶粒長大的能力越強，晶粒越細小。4) 織構(gòu)和表面對晶粒長大的影響： 由于晶粒長大的驅(qū)動力是界面能，因此如果存在鋒銳的織構(gòu)的話，會阻礙晶粒的長大，這種影響稱為織構(gòu)抑制。對于薄板材，當很多晶粒長大到其尺寸橫跨板材厚度時，長大的晶粒兩面都暴露于表面，這些經(jīng)歷的長大變成了二維長大，這會降低長大驅(qū)動力，另一方面露在自由表面上的晶界由于晶界張力與表面張力平衡而形成表面蝕溝，這些蝕溝