华中科技大学：《材料科学基础》课程教学资源（实验讲义）三 金属的塑性变形与再结晶组织观察

实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察 目的 1.加深对材料塑性编写过程的理解 2.认识塑性变形的典型组织 3.理解变形量对再结晶后晶粒尺寸的影响 、塑性变形引起材料组织的变化 晶体塑性材料塑性变形的基本方式有四种:滑移、孪生、蠕变、粘滞性流动。 滑移是晶体中位错在外力作用下发生运动,造成晶体的两部分在滑移面上沿滑移方向的 相对移动,滑移是位错的移动,晶体内部原子从一个平衡位置移到另一个平衡位置,不一起 晶体内的组织变化,位错移出晶体的表面,形成滑移台阶,一个位错源发出的位错都移出, 在晶体表明形成台阶在显微镜下可以见到,就是滑移线。 孪生是在滑移困难时以形成孪晶的方式发生的塑性变形,晶体发生孪生,在晶体表面产 生浮凸,晶体内部生成的孪晶与原晶体的取向不一样,并有界面分隔,所以在晶体内重新制 样后依然可以看到孪晶。 多晶体材料发生塑性变形后,原等轴晶粒被拉长或压扁,晶界变模糊。两相材料经过塑 性变形后,第二相的分布也与变形方向有关。 变形前 变形后 塑性变形后进行退火加热发生再结晶的晶粒尺寸与变形量有直接的关系。在临界变形量 (不同材料不相同,一般金属在2—10%之间)以下,金属材料不发生再结晶,材料维持原来 的晶粒尺寸:在临界变形量附近,刚能形核,因核心数量很少而再结晶后的尺寸很大,有时 甚至可得到单晶:一般情况随着变形量的增加,再结晶后的晶粒尺寸不断减小;当变形量过 大(>70%)后,可能产生明显织构,在退火温度高时发生晶粒的异常长大。 二、实验内容 1.观察几种塑性变形后的组织形貌 ①.低碳钢拉伸后的组织变化:看断口附近,变形量最大,组织特征明显,白色的软相 的晶粒的形状分布,黑色较硬相形状分布特征 ②纯铁压缩表面的滑移线:为了观察,现将试样磨平,再压缩变形,晶体表面可留下滑 移线。若再打磨则滑移线就不可见。一个滑移系能开动,与之平行的滑移系也可能 开动,滑移线往往时互相平行,因为存在交滑移,滑移线为波浪状。 ③锌的变形孪晶:Zn是hep晶系,仅有三个滑移系,多晶体变形就会发生孪生,从试样 上可见到变形产生的孪晶

实验三 金属的塑性变形与再结晶组织观察 目的 1．加深对材料塑性编写过程的理解； 2．认识塑性变形的典型组织； 3．理解变形量对再结晶后晶粒尺寸的影响。 一、塑性变形引起材料组织的变化 晶体塑性材料塑性变形的基本方式有四种：滑移、孪生、蠕变、粘滞性流动。 滑移是晶体中位错在外力作用下发生运动，造成晶体的两部分在滑移面上沿滑移方向的 相对移动，滑移是位错的移动，晶体内部原子从一个平衡位置移到另一个平衡位置，不一起 晶体内的组织变化，位错移出晶体的表面，形成滑移台阶，一个位错源发出的位错都移出， 在晶体表明形成台阶在显微镜下可以见到，就是滑移线。 孪生是在滑移困难时以形成孪晶的方式发生的塑性变形，晶体发生孪生，在晶体表面产 生浮凸，晶体内部生成的孪晶与原晶体的取向不一样，并有界面分隔，所以在晶体内重新制 样后依然可以看到孪晶。 多晶体材料发生塑性变形后，原等轴晶粒被拉长或压扁，晶界变模糊。两相材料经过塑 性变形后，第二相的分布也与变形方向有关。 塑性变形后进行退火加热发生再结晶的晶粒尺寸与变形量有直接的关系。在临界变形量 (不同材料不相同，一般金属在 2—10%之间)以下，金属材料不发生再结晶，材料维持原来 的晶粒尺寸；在临界变形量附近，刚能形核，因核心数量很少而再结晶后的尺寸很大，有时 甚至可得到单晶；一般情况随着变形量的增加，再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过 大(>70%)后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生晶粒的异常长大。 二、实验内容 1．观察几种塑性变形后的组织形貌 ①．低碳钢拉伸后的组织变化：看断口附近，变形量最大，组织特征明显，白色的软相 的晶粒的形状分布，黑色较硬相形状分布特征。 ②纯铁压缩表面的滑移线：为了观察，现将试样磨平，再压缩变形，晶体表面可留下滑 移线。若再打磨则滑移线就不可见。一个滑移系能开动，与之平行的滑移系也可能 开动，滑移线往往时互相平行，因为存在交滑移，滑移线为波浪状。 ③锌的变形孪晶：Zn 是 hcp 晶系，仅有三个滑移系，多晶体变形就会发生孪生，从试样 上可见到变形产生的孪晶

④纯铁的变形孪晶:铁为bcc晶体,有12个滑移系,一般变形为滑移。在-120℃以下 冲击,低温滑移阻力大,大的应力也可引起孪生方式的变形 2.观察铝片经不同变形量后退火发生再结晶后晶粒的大小 组试样的变形量分别为0、1、2、3、5、8、10、13%,见试样头部的字号,用钢板尺 测晶粒的平均截线长 测量用线段总长(mm) 方法:取一线段,数穿过了多少个品粒,则d=“品粒的个数m 为保证数字 有意义,n>50 、实验报告要求 报告内容部分: 1.画出见到的四中组织示意图,每一个注明组织特征,简述形成组织的原因(或过程)。 2.用表格列出测量铝片用的总长度,数出的晶粒个数,算出平均截线长。用坐标纸画出在 结晶后的晶粒尺寸与变形量关系曲线。指出其临界变形量 变形量(%) 8 13 测量用线段总长(mm) 晶粒个数(n) 平均截线长(mm)

④纯铁的变形孪晶：铁为 bcc 晶体，有 12 个滑移系，一般变形为滑移。在－120℃以下 冲击，低温滑移阻力大，大的应力也可引起孪生方式的变形。 2．观察铝片经不同变形量后退火发生再结晶后晶粒的大小。 一组试样的变形量分别为 0、1、2、3、5、8、10、13%，见试样头部的字号，用钢板尺 测晶粒的平均截线长。 方法：取一线段，数穿过了多少个晶粒，则 ( ) ( ) n mm d 晶粒的个数 测量用线段总长 = ，为保证数字 有意义， n  50。 三、实验报告要求 报告内容部分： 1．画出见到的四中组织示意图，每一个注明组织特征，简述形成组织的原因(或过程)。 2．用表格列出测量铝片用的总长度，数出的晶粒个数，算出平均截线长。用坐标纸画出在 结晶后的晶粒尺寸与变形量关系曲线。指出其临界变形量。 变形量（％） 0 1 2 3 5 8 10 13 测量用线段总长(mm) 晶粒个数（n） 平均截线长(mm)