实验三冷变形强化及再结晶.docx

实验三 冷变形强化及再结晶一、实验目的1. 熟悉金属经冷塑性变形后组织与硬度的变化2. 掌握冷变形强化和再结晶的概念3. 了解冷变形金属经回复、再结晶后的组织与性能的变化二、实验原理1. 冷变形强化 金属在外力作用下，将发生尺寸及形状的改变，即变形变形一般包括弹性变形和塑性 变形两种弹性变形是可逆的，当外力去除后，变形可完全恢复；塑性变形是不可逆的，当 外力去除后，仍有残留变形金属进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，而其塑性和韧性下降的现象称为冷变形 强化（也称为加工硬化）产生冷变形强化的原因，通常被认为在塑性变形过程中，随变形 量的增加，位错密度增加，并发生一系列交互作用，使位错运动受阻；同时晶粒也会出现破 碎，变成细条状，晶界变得模糊不清，形成所谓的"纤维组织"金属的变形程度愈大，位错 密度愈高，位错运动的阻力愈大，塑性变形抗力也愈大，则其强度和硬度升高，而塑性韧性 下降冷变形强化在实际生产中具有重要的意义首先这是一种重要的强化材料的手段，尤其 对用热处理不能强化的材料来说，显得更为重要其次，冷变形强化有利于金属的变形均匀 因为金属的变形部分产生硬化，将使变形向未变形或变形较少的部分继续发展。

第三，冷变 形强化可以提高构件在使用过程中的安全性，构件一旦超载，产生塑性变形，由于强化作用， 可防止构件突然断裂但是，冷变形强化也给金属的继续变形带来困难，甚至出现裂纹因 此，在金属变形和加工过程中常进行"中间退火"，以消除它的不利影响2.再结晶 金属在低温下进行塑性变形，产生的冷变形强化是一种不稳定的组织状态，具有自发地 回复到稳定状态的倾向，但在室温下不易实现经重新加热，原子获得热能，运动加剧，其 组织和性能会发生一系列的变化随加热温度的升高，冷变形金属相继发生回复、再结晶和 晶粒长大三个阶段的变化1）回复 冷变形金属当加热温度较低时，其原子活动能 力不大，变形金属的组织没有显著变化其强度、 硬度保持基本不变，塑性、韧性略有升高；电阻和 内应力明显下降，使冷变形强化现象得到部分消除 这一过程称为"回复"这时的温度称为回复温度 一般为：T （0.25 ~ 0.3）T （式中以绝对温度计算） 回熔2） 再结晶 当温度继续升高时，金属原子获得更多的热能开始以某些碎晶或杂质为核心，形成新的细小等轴 晶粒，消除了冷变形强化的现象即强度、硬度明 显下降，塑性和韧性升高这一过程称为“再结晶”， 工艺称为“再结晶退火”。

3） 晶粒长大再结晶完成后，当温度继续升高，保温时间进一步延长，则金属的晶粒将长大，使力学 性能下降冷变形金属，经回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的组织和性能的变化如图2-4-14）影响再结晶后晶粒大小的因素 影响再结晶后晶粒大小的因素，主要有以下几个方面：（1）再结晶温度和时间 冷变形金属经再结晶后的晶粒大小主要取决于再结晶退火的 温度、保温时间以及预变形量再结晶温度愈高，保温时间愈长，再结晶后的晶粒愈粗大（图2-4-2）对工业用金属，再结晶最低温度T 0.4T （式中为绝对温度）在实际生产中，再结晶退火温度比最低再再熔结晶温度咼100〜200 C2）预变形度 预变形度对再结晶退火后的晶粒大小的影响较为复杂由图2-4-3 可 知，当变形度很小时，由于晶格畸变很小，不足以引起再结晶，晶粒大小没有变化但当变 形度稍增加时，再结晶退火后的晶粒将发生急剧长大出现最大晶粒度的变形度称为“临界 变形度”对一般金属及合金，临界变形度约为2%〜10%随变形量的增加，引起金属内部晶粒破碎程度加剧，加热后再结晶的形核数目增多，导 致再结晶后的晶粒细小当变形量进一步增大时，再结晶后的晶粒又会出现异常粗大一般 认为这是由于变形量大，导致变形后的晶粒具有一定的方向性，即所谓织构，再结晶后，某 些位向的晶粒优先长大所致（图2-4-3中的虚线部分） 。

三、实验设备及材料1. 退火态的纯铝板、低碳钢圆棒2. 材料试验机3. 箱式电炉4. 硬度计四、实验方法及步骤1. 将低碳钢圆棒，加工成约为（p 15mmX20mm的试样，测量其长度L并测定其硬度2. 将碳钢试样放在材料试验机上，分别在不同载荷下进行压缩变形3•测量试样变形后的长度L,并测定其硬度4. 取各组同一变形量的试样，分别在250C、300C、350C、400C、500C、550C等温 度下进行再结晶退火，并测定退火后的硬度5. 将上述测得的数据分别填入表2-4-1、表 2-4-2表2-4-1冷变形强化实验数据表变形前变形后状态硬度 载荷平均L硬度(mm) |23(mm)1 23平均表2-4-2再结晶退火实验数据表I I ifr230f C)300350400450500;iS(«11111診心；—22■>2233333平均平均 •平均平均平均F均6.将纯铝板制成约为20mmX 150mm的试样，分别给予3%、6%、9%、15%等不同的拉 伸变形量7•将变形后的纯铝试样，在550r温度下进行再结晶退火，保温适当的时间8.将不同预变形度的再结晶退火试样，用王水（3份盐酸+1份硝酸）腐蚀，观察试样再 结晶后的晶粒大小。

五、实验报告要求1. 将实验数据填入实验报告的表中2. 分别给出变形度与硬度、再结晶温度与硬度的曲线3. 绘出预变形度与再结晶后晶粒大小的示意图曲线4. 何谓冷变形强化？分析冷变形强化在实际生产中的作用和意义5. 简述回复、再结晶对冷变形金属的性能影响6. 简述影响再结晶后晶粒大小的因素六、注意事项1. 进行压缩变形时，载荷应逐渐施加，防止载荷过大，以避免试样断裂2. 碳钢试样两端应平行3. 用王水腐蚀纯铝试样时，注意安全。