【導(dǎo)讀】驗?zāi)芰εc材料研究的整體素質(zhì)。期進(jìn)行材料工藝與成型技術(shù)綜合實驗，使學(xué)生能在同期內(nèi)進(jìn)行實驗方法的比較；成型試樣的性能表征手段與數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析等。分引導(dǎo)和學(xué)生自主選擇相結(jié)合的方法，充分體現(xiàn)學(xué)生自主選擇權(quán)。繼承與發(fā)展、課程實驗與科研實驗、共性與個性、總結(jié)與提高等。驗報告，教師應(yīng)該認(rèn)真批改。填報志愿→實驗老師公告實驗者名單、實驗時間、接待人數(shù)等；成型工藝和自動控制等基本技能，藝，進(jìn)行實際注射成型操作。性與壓力的關(guān)系。度場進(jìn)行數(shù)值模擬。、1200kg、2160kg、5000kg下的熔體流動速率，總結(jié)變化規(guī)律。因此,試樣必須連續(xù)。稱量后取其平均值進(jìn)行計。式中：MFR——熔體流動速率，克/10分鐘；計算結(jié)果取小數(shù)點后兩位有效數(shù)字。需要一臺XRZ-400型熔體流動速率儀；見圖所示。

　　

【正文】 化，所以σ B 又是材料在變形程度為ξ B 時的屈服點。硬化 曲線可以用函數(shù)式（ ）表達(dá)為： σ =Aξ n （ ） 式中 A—— 與材料有關(guān)的系數(shù)，單位為 MPa； n—— 硬化指數(shù)。 硬化指數(shù) n 是表示材料冷變形硬化的重要參數(shù)，不同材料在相同變形量下的硬化程度不同，其表現(xiàn)出的變形抗力也不同，硬化指數(shù)大，表明變形時硬化顯著，對后續(xù)變形不利。 (三 )塑性變形時的體積不變規(guī)律 實踐證明，金屬材料在塑性變形時，變形前與變形后的體積保持不變。體積不變 規(guī)律對塑性成形有很重要的指導(dǎo)意義，例如，根據(jù)體積不變規(guī)律可以確定毛坯的尺寸和確定變形工序。 四、實驗條件 1）實驗用儀器、設(shè)備 軋機(jī)和輔助操作工具 幾何測量工具 體視顯微鏡 2）實驗用材料 鋁合金板胚、鎂合金板胚、銅合金板胚、鉛合金板胚。 五、實驗步驟 根據(jù)實驗所用板胚材料種類和狀態(tài)設(shè)計板胚幾何形狀、尺寸并下料； 測量并且記錄原料形狀、尺寸； 根據(jù)實驗所需測量內(nèi)容，設(shè)計并且在原料表面刻畫標(biāo)記線； 根據(jù)塑性變形材料成分、狀態(tài)、設(shè)計合理的變形工藝； 了解和熟悉實驗所用軋機(jī)的基本操 作過程和安全注意事項； 根據(jù)選定變形工藝對實驗材料進(jìn)行軋制變形； 軋制過程應(yīng)仔細(xì)觀察板胚變形規(guī)律； 軋制完成后，測量板胚和標(biāo)記的幾何形狀、尺寸，并總結(jié)其變化規(guī)律； 結(jié)合實驗結(jié)果，驗證金屬塑性變形遵循最小阻力定律、體積不變定律和加工硬化規(guī)律； 根據(jù)實驗內(nèi)容結(jié)合物理冶金和材料加工基本原理，完成實驗報告。 六、實驗結(jié)果討論 金屬塑性變形的發(fā)展沿最大應(yīng)力方向進(jìn)行?？v向變形率與橫向變形率的比較； 塑性變形后，金屬的幾何形狀發(fā)生變化，但體積不變； 25 隨著變形的進(jìn)行，變形抗力逐漸變大。 七 、思考題 金屬塑性的本質(zhì)是什么？有何工程意義。 變形溫度高，金屬容易發(fā)生塑性變形，是否變形溫度越高越好？ 八、參考書或文獻(xiàn) 嚴(yán)紹華主編．材料成性工藝基礎(chǔ)．清華大學(xué)出版社， 2020 施江瀾主編 .材料成形技術(shù)基礎(chǔ) .機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 九、實驗報告（格式見附件） 。 實驗安全性要求：由于本實驗所用設(shè)備為壓力軋機(jī)，軋輥轉(zhuǎn)速較高，對操作者有一定的安全隱患，因此特別強(qiáng)調(diào)同學(xué)在實驗過程中，一定服從教師安排，未經(jīng)允許不得自行開動軋機(jī)。 26 金屬材料塑性變 形機(jī)制實驗及分析 一、實驗?zāi)康? 在掌握金屬材料塑性變形加工基本工藝原理的基礎(chǔ)上，通過實驗揭示在塑性變形及其隨后的熱處理工藝過程，材料內(nèi)部發(fā)生的各種組織變化規(guī)律。并且進(jìn)一步認(rèn)識影響金屬材料組織和性能的各種內(nèi)部和外部因素。其中包括：金屬材料的化學(xué)成分、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)、退火溫度等。 二、實驗內(nèi)容 材料變形與內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化。選擇具有固定材質(zhì)和狀態(tài)的實驗材料，根據(jù)所選材料的特性確定適合的軋制變形工藝，并對材料進(jìn)行軋制。軋制過程觀察其宏觀變形規(guī)律，并且在軋制前后對試樣在三維方向上進(jìn)行 細(xì)致的組織觀察并記錄，同時記錄材料在變形前后的硬度水平。驗證不同材料在相同變形條件下，表現(xiàn)出的塑性差異。驗證材料在塑性變形過程中在其內(nèi)部所發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和外在性能變化。 回復(fù)處理對組織和性能的影響。選擇具有固定材質(zhì)和狀態(tài)并且已經(jīng)過適合的軋制變形工藝過程的試驗用材，對該試樣在三維方向上進(jìn)行細(xì)致的組織觀察并記錄。運(yùn)用已學(xué)過的物理冶金知識確定該材料合適的去除應(yīng)力溫度（回復(fù)溫度），并對試樣進(jìn)行去除應(yīng)力退火，觀察材料在回復(fù)后的組織變化規(guī)律。同時記錄材料在回復(fù)前后的硬度水平。驗證材料回復(fù)前后在其內(nèi)部所發(fā)生的 組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和外在性能變化。 再結(jié)晶處理對組織和性能的影響。選擇具有固定材質(zhì)和狀態(tài)并且已經(jīng)過軋制變形工藝過程的試驗用材，對試樣在三維方向上進(jìn)行細(xì)致的組織觀察并記錄。運(yùn)用已學(xué)過的物理冶金知識確定該材料合適的再結(jié)晶溫度，并對試樣進(jìn)行再結(jié)晶退火，同時記錄材料在再結(jié)晶前后的硬度水平。觀察并且比較材料在再結(jié)晶前后的組織變化規(guī)律和外在性能變化。 本實驗向同學(xué)提供具有多種晶體結(jié)構(gòu)、不同熱處理狀態(tài)和變形工藝狀態(tài)的實驗材料。同學(xué)應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康囊筮x擇實驗用材，并且自主設(shè)計實驗方案，以便通過該實驗?zāi)軌蛴H自驗證材料在塑性 變形過程中在其內(nèi)部所發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律及其力學(xué)性能變化規(guī)律。并且通過方案設(shè)計，實驗使同學(xué)進(jìn)一步理解和掌握材料塑性變形及退火處理在其內(nèi)部發(fā)生的組織變化和表觀力學(xué)性能變化。 三、實驗原理 不同成分的金屬，塑性不同，其塑性成型性能也不相同。純金屬的塑性成型性能優(yōu)于合金。同種金屬材料內(nèi)部如果組織結(jié)構(gòu)不同，其塑性成型性能也有很大的差異。固溶體或純金屬等單相合金的塑性成型性能較好。 27 通常，隨變形溫度升高，金屬原子動能增加，熱運(yùn)動加劇，削弱了原子間的結(jié)合力，減小了滑移阻力，使金屬的變形抗力減小，塑性提高，塑性成形性能 得到改善。變形溫度升高到再結(jié)晶溫度以上時，加工硬化不斷被再結(jié)晶軟化消除，金屬的塑性成形性能進(jìn)一步提高。因此，加熱往往是金屬塑性變形中很重要的加工條件。但是，加熱溫度要控制在一定范圍內(nèi)；如果加熱溫度過高，會使晶粒急劇長大，導(dǎo)致金屬塑性減小，塑性成形性能下降，這種現(xiàn)象稱為“過熱”。如果加熱溫度接近熔點，會使晶界氧化甚至熔化，導(dǎo)致金屬的塑性變形能力完全消失，這種現(xiàn)象稱為過燒，坯料如果過燒將報廢。 變形速度是指單位時間內(nèi)變形程度的大小。變形速度對金屬塑性成形性能的影響較復(fù)雜，一方面由于變形速度的增大，金屬在冷變形時 的冷變形強(qiáng)化趨于嚴(yán)重，在熱變形時則來不及通過再結(jié)晶消除由變形產(chǎn)生的加工硬化。這樣，隨著變形程度的增大，加工硬化現(xiàn)象逐漸積累，使金屬的塑性變形能力下降。另一方面，金屬在變形過程中，會將消耗于塑性變形的一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，當(dāng)變形速度很大時，熱能來不及散發(fā)，會使變形金屬的溫度升高，這種現(xiàn)象稱為“熱效應(yīng)”，它有利于金屬的塑性提高，變形抗力下降，塑性變形能力變好。 金屬材料在塑性變形時的應(yīng)力狀態(tài)不同，對塑性的影響也不同。實踐證明，在三向應(yīng)力狀態(tài)下，壓應(yīng)力的數(shù)目越多，則其塑性越好；拉應(yīng)力的數(shù)目越多，其塑性越差。因為， 拉應(yīng)力易使滑移面分離，在材料內(nèi)部的缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中而破壞，壓應(yīng)力狀態(tài)則與之相反；壓應(yīng)力的數(shù)目越多，越有利于塑性的發(fā)揮。 晶態(tài)材料壓力加工時，消耗于形變的一部分能量以缺陷形式被位錯存在材料內(nèi)部，使之含有超過平衡量的缺陷。隨溫度升高，材料中將發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶以及晶粒的正常和異常長大?；貜?fù)乃是晶體內(nèi)過剩點缺陷和位錯的消減過程，除極低溫度之外，很多點缺陷在形變時即被排出材料體外，因此，在常溫變形時保留在金屬內(nèi)部的主要缺陷是位錯。變形造成了力學(xué)性能的變化，但如果將變形后的金屬加熱退火，性能可以通過靜態(tài)回復(fù)而向原有狀 態(tài)部分恢復(fù)。在靜態(tài)回復(fù)過程中發(fā)生位錯的相消與重排。變形時，特別在高溫變形時，也發(fā)生類似的性能的轉(zhuǎn)化過程，即發(fā)生動態(tài)回復(fù)?；貜?fù)過程在實踐中很重要，它是消減殘留應(yīng)力的有效方法。然而，通?；貜?fù)只能部分地恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)與性能，只有通過再結(jié)晶才可以使形變金屬恢復(fù)到完全的退火狀態(tài)。 形變金屬如果加熱到更高的再結(jié)晶溫度后，就會發(fā)生再結(jié)晶，釋放出形變時儲存在其內(nèi)部的大部分能量。再結(jié)晶實際是其中的一些亞晶長大而形成新一代晶粒的過程，新晶粒中位錯密度極低，因而性能發(fā)生了顯著的變化。再結(jié)晶的最重要結(jié)果是使金屬重又獲得原有塑性，因而 可以再度形變。同時，再結(jié)晶后的晶粒結(jié)構(gòu) (尺寸、形狀、織構(gòu) )也發(fā)生變化。 28 四、實驗條件 1）實驗用儀器、設(shè)備 軋機(jī)和輔助操作工具 金相試樣制備裝置 金相顯微鏡 熱處理設(shè)備 2）實驗用材料 鋁合金板胚、鎂合金板胚、銅合金板胚、鉛合金板胚。 五、實驗步驟 根據(jù)材料材料塑性變形組織變化原理設(shè)計實驗方法，選定實驗材料的種類和狀態(tài)； 根據(jù)實驗方法設(shè)計實驗板材的集合形狀，下料、測量并且記錄原料形狀、尺寸； 觀察原始板材的三維金相組織，照相記錄； 了解和熟悉實驗所用軋機(jī)的基本操作過程和安全注 意事項； 根據(jù)預(yù)定塑性變形工藝方案對實驗材料實施軋制變形； 軋制過程應(yīng)仔細(xì)觀察板胚變形規(guī)律和其他各種實驗現(xiàn)象； 軋制完成后，觀察板胚在三維方向上的金相組織變化、包括晶粒形狀、尺度等，并總結(jié)其變化規(guī)律； 對于具有不同變形量的軋制板材進(jìn)行再結(jié)晶熱處理； 察具有不同變形量的相同材質(zhì)板胚經(jīng)過再結(jié)晶熱處理后在三維方向上的金相組織變化、包括晶粒形狀、尺度等，并總結(jié)其變化規(guī)律。 用物理冶金學(xué)基本原理對實驗結(jié)果分析總結(jié)完成實驗報告。 六、實驗結(jié)果討論 討論變形前后金屬試樣內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律； 討論回復(fù)處理后金屬試樣內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律； 討論再結(jié)晶處理后金屬試樣內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。 七、思考題 金屬在宏觀變形以后其內(nèi)部發(fā)生了什么變化？ 回復(fù)和再結(jié)晶過程在金屬內(nèi)部發(fā)生了什么變化？ 八、參考書或文獻(xiàn) 嚴(yán)紹華主編．材料成性工藝基礎(chǔ)．清華大學(xué)出版社， 2020； 施江瀾主編 .材料成形技術(shù)基礎(chǔ) .機(jī)械工業(yè)出版社， 2020。 九、實驗報告（格式見附件） 實驗安全性要求：由于本實驗所用設(shè)備為壓力軋機(jī)，軋輥轉(zhuǎn)速較高，對操作者有一定的安全隱患，因此特別強(qiáng)調(diào)同學(xué)在實驗過程中，一定服從教師安排 ，未經(jīng)允許不得自行開動軋機(jī)。 29 北京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院實驗報告 實驗題目： 姓 名： 班 級： 學(xué) 號： 北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院印制 30 一、實驗?zāi)康模? 二、實驗原理： 31 三 、實驗內(nèi)容及操作步驟： 32 四、結(jié)果分析與討論： 五 、習(xí)題：