金属的塑性变形与再结晶-材料科学基础-实验-06.doc

实验六金属的塑性变形与再结晶( Plastic Deformation and Recrystallization of Metals ) 实验学时: 2 实验类型:综合前修课程名称: 《材料科学导论》适用专业:材料科学与工程一、实验目的 1. 观察显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特征; 2. 了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化; 3. 讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。二、概述 1. 显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超过弹性极限后, 在金属中将产生塑性变形。金属单晶体变形机理指出, 塑性变形的基本方式为: 滑移和孪晶两种。所谓滑移,是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动(实质为位错沿滑移面运动)的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。把抛光的纯铝试样拉伸,试样表面会有变形台阶出现,一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线, 即称为滑移带。变形后的显微组织是由许多滑移带( 平行的黑线) 所组成。在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点:①各晶粒内滑移带的方向不同(因晶粒方位各不相同);②各晶粒之间形变程度不均匀,有的晶粒内滑移带多(即变形量大), 有的晶粒内滑移带少(即变形量小);③在同一晶粒内,晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同, 晶粒中心滑移带密, 而边界滑移带稀, 并可发现在一些变形量大的晶粒内, 滑移沿几个系统进行,经常看见双滑移现象(在面心立方晶格情况下很易发现) ,即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来,将晶粒分成许多小块。(注:此类样品制备困难,需要先将样品进行抛光,再进行拉伸,拉伸后立即直接在显微镜下观察;若此时再进行样品的磨光、抛光,滑移带将消失,观察不到。原因是:滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶,不是材料内部晶体结构的变化,样品制备过程会造成滑移带的消失。) 另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属,如六方晶系的镉、镁、铍、锌等, 或某些金属当其滑移发生困难的时候, 在切应力的作用下将发生的另一形式的变形, 即晶体的一部分以一定的晶面(孪晶面或双晶面)为对称面,与晶体的另一部分发生对称移动,这种变形方式称为孪晶或双晶。孪晶的结果是:孪晶面两侧晶体的位向发生变化,呈镜面对称。所以孪晶变形后,由于对光的反射能力不同, 在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六方结构的锌中, 由于其滑移系少, 则易以孪晶方式变形, 在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。(注: 孪晶是材料内部晶体结构上的变化, 样品制备过程不会造成孪晶的消失。) 对体心立方结构的 Fe ??,在常温时变形以滑移方式进行;而在 0℃以下受冲击载荷时,则以孪晶方式变形;而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。 2 .变形程度对金属组织和性能的影响若变形前金属为等轴晶粒,则, 经微量变形后晶粒内即有滑移带出现, 经过较大的变形后即发现晶粒被拉长, 变形程度愈大, 晶粒被拉得愈长; 当变形程度很大时, 则加剧了晶粒沿一定方向伸长,晶粒内部被许多的滑移带分割成细小的小块,晶界与滑移带分辨不清,呈纤维状组织。(注:实验中观察的 Fe ??、单相黄铜形变组织中看不到滑移带) 由于变形的结果, 滑移带附近晶粒破碎, 产生较严重的晶格歪扭, 造成临界切应力提高, 使继续变形发生困难, 即产生了所谓加工硬化现象。随变形程度的增