材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指南-資料下載頁(yè)
2025-08-03 05:33本頁(yè)面
【正文】 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解塑性變形對(duì)金屬組織的影響。2. 了解金屬經(jīng)過(guò)冷塑性變形后顯微組織及機(jī)械性能的變化。3. 掌握變形度與加熱溫度對(duì)再結(jié)晶后晶粒大小的影響。4. 掌握洛氏硬度計(jì)的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理冷加工對(duì)金屬組織和力學(xué)性能的影響金屬材料發(fā)生冷變形后，不僅外形發(fā)生變化，內(nèi)部組織也發(fā)生變化，隨著變形量的增加，原來(lái)的等軸晶粒將沿受拉方向逐漸伸長(zhǎng)。當(dāng)變形量大到一定程度時(shí)，各個(gè)晶粒難以分辨呈現(xiàn)出一片纖維狀的條紋，稱(chēng)為纖維組織，如圖31所示。dcab圖31工業(yè)純鐵經(jīng)不同程度變形后的組織a）20％ b）40％ c）60％ d）70％如果對(duì)冷變形金屬進(jìn)行薄膜透射電鏡分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)分布是不均勻的，有的地方位錯(cuò)密度很高并纏結(jié)在一起；有的地方位錯(cuò)密度很低。當(dāng)變形量較大時(shí)，還會(huì)發(fā)現(xiàn)典型的胞狀亞結(jié)構(gòu)特征。高密度位錯(cuò)集中在胞壁上，胞內(nèi)的位鍺密度比胞壁低得多。變形量越大，胞狀亞結(jié)構(gòu)的尺寸越細(xì)小。金屬的塑性變形所造成的內(nèi)部組織變化必然導(dǎo)致某些性能的改變。大量實(shí)踐證明，金屬材料經(jīng)冷變形后，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性下降，即產(chǎn)生加工硬化。造成加工硬化的原因主要是位錯(cuò)密度增加，并相互交截產(chǎn)生不易移動(dòng)的位錯(cuò)節(jié)點(diǎn)；位錯(cuò)纏結(jié)在一起或形成胞狀亞結(jié)構(gòu)都對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。冷變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化冷變形金屬在熱力學(xué)上是處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，有力求恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)。加熱會(huì)提高原子的活動(dòng)能力，促進(jìn)由不穩(wěn)定狀態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程的進(jìn)行，加熱溫度由低到高，其變化過(guò)程人為分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。當(dāng)然這三個(gè)階段并非是截然分開(kāi)的。如圖32所示。由圖可見(jiàn)，當(dāng)加熱溫度低于再結(jié)晶溫度時(shí)，組織形態(tài)幾乎不發(fā)生變化。但由于晶內(nèi)缺陷（主要是點(diǎn)缺陷）密度減小，電阻和內(nèi)應(yīng)力明顯下降，當(dāng)溫度達(dá)到再結(jié)晶溫度時(shí)，在變形比較嚴(yán)重的區(qū)域（如晶界、形變帶，夾雜物附近等）優(yōu)先形成再結(jié)晶核心，并以畸變能為驅(qū)動(dòng)力逐漸長(zhǎng)大。當(dāng)被拉長(zhǎng)的變形晶粒完全由細(xì)小等軸晶粒代替時(shí)，再結(jié)晶過(guò)程結(jié)束。如果進(jìn)一步提高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，晶粒將以界面能減少為驅(qū)動(dòng)力不斷合并長(zhǎng)大，進(jìn)入第三階段。關(guān)于不同階段材料強(qiáng)度及硬度的變化：回復(fù)階段強(qiáng)度幾乎不變，即將進(jìn)入再結(jié)晶階段時(shí)才略有下降。在再結(jié)晶階段，強(qiáng)度明顯下降，直到再結(jié)晶結(jié)束強(qiáng)度基本恢復(fù)到變形前數(shù)值，這說(shuō)明，再結(jié)晶后的金屬完全消除了加工硬化現(xiàn)象。變形量50％的純銅經(jīng)不同溫度下退火的組織如圖33所示。圖32 變形金屬在加熱過(guò)程中組織和性能變化示意圖再結(jié)晶后晶粒大小與變形量的關(guān)系再結(jié)晶后晶粒大小與再結(jié)晶加熱溫度、保溫時(shí)間、加熱速度、變形量以及變形前原始晶粒度等都有關(guān)系。為了說(shuō)明晶粒大小與變形量的關(guān)系，將一組變形量各不相同的鋁片放在同一溫度下進(jìn)行再結(jié)晶退火，結(jié)果晶粒大小相差很大。如圖34所示。當(dāng)變形量很小時(shí)，由于晶內(nèi)儲(chǔ)存的畸變能不足以進(jìn)行再結(jié)晶而保持變形前狀態(tài)（圖34a）。當(dāng)達(dá)到某一變形量時(shí)，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大（圖34b）。這個(gè)變形量稱(chēng)為臨界變形度。金屬在臨界變形度下，只有少數(shù)晶粒發(fā)生明顯變形具備形成再結(jié)晶核心的條件，而其余絕大多數(shù)晶粒幾乎未發(fā)生變形不具備形核條件，因此所形成的再結(jié)晶核心數(shù)目必然很少，由它們長(zhǎng)大而成的晶粒（無(wú)畸變區(qū)）靠吞并周?chē)ЯＱ杆匍L(zhǎng)大，其結(jié)果造成晶粒特別粗大，當(dāng)變形量超過(guò)臨界變形度時(shí)，隨著變形量的增加，變形的均勻程度也增加，再結(jié)晶退火后的晶粒也逐漸細(xì)化，如圖34c、d、e所示。這里有必要指出，除特殊需要外，生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免在臨界變形度范圍內(nèi)（鐵約為2～10％；鋼約為5～10％；鋁約為2～5％；銅及黃銅約為5％）加工，以免形成粗大晶粒使性能惡化。圖33 變形量50％的純銅經(jīng)不同溫度退火的顯微組織變化a）300℃ b）500℃ c）600℃，加熱時(shí)間：30min圖34 不同變形量對(duì)純鋁片再結(jié)晶晶粒大小的影響a）2% b）3% c）6% d）9% e）12% f）15%本實(shí)驗(yàn)主要以工業(yè)純鐵或低碳鋼為對(duì)象，分析其塑性變形和再結(jié)晶過(guò)程中顯微組織的變化和性能變化。觀察經(jīng)一定冷變形后不同退火溫度下工業(yè)純鐵或低碳鋼的顯微組織，測(cè)定硬度指標(biāo)，此外對(duì)不同冷變形度的工業(yè)純鐵進(jìn)行高溫退火，測(cè)定硬度指標(biāo)。從而掌握金屬經(jīng)過(guò)冷塑性變形后顯微組織及機(jī)械性能的變化以及掌握變形度與加熱溫度對(duì)顯微組織及機(jī)械性能的變化。三、實(shí)驗(yàn)用設(shè)備、儀器和材料金相顯微鏡、洛氏硬度計(jì)、不同冷塑變形和不同溫度下處理的純鐵試樣一組。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀察不同變形率試樣的金相組織并繪出組織圖。2. 測(cè)量不同變形率試樣的洛氏硬度。3. 觀察同一變形率試樣不同溫度下退火的組織并繪出組織圖。4. 測(cè)量同一變形率試樣不同溫度下退火后的洛氏硬度。五、實(shí)驗(yàn)步驟與方法1. 每個(gè)同學(xué)從指導(dǎo)老師處領(lǐng)取一個(gè)樣品，并記錄下樣品的參數(shù)。注意在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不得和其他同學(xué)交換以避免搞混樣品。2. 觀察樣品的顯微組織，并對(duì)組織的特征做記錄，并記錄放大倍數(shù)。3. 和其他同學(xué)交換樣品，對(duì)其他參數(shù)的樣品進(jìn)行顯微組織，并對(duì)組織的特征做記錄，并記錄放大倍數(shù)。注意不要將樣品搞混，看完后及時(shí)歸同學(xué)。4. 測(cè)量自己樣品的洛氏硬度，并記錄下來(lái)。同時(shí)記錄同一組同學(xué)中其他參數(shù)樣品的硬度。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1）整理所測(cè)定的各種數(shù)據(jù)列表。（2）分析冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響。（3）分析經(jīng)冷塑性變形金屬在加熱時(shí)組織與性能的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)心得
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1