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1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告姓名:邱增城學(xué)號(hào):5110519104實(shí)驗(yàn)日期:2013/12/16實(shí)驗(yàn)成績(jī):序號(hào):A56同組姓名:、批閱日期:塑性變形與再結(jié)晶金相顯微組織分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┱莆找话憬鹣囡@微樣品的過程和顯微組織觀察的基本方法;(二)觀察不同條件下冷變形顯微組織;(三)總結(jié)不同再結(jié)晶退藝參數(shù)對(duì)再結(jié)晶組織的影響;二、實(shí)驗(yàn)原理(一)塑性變形后金屬材料的顯微組織變化1、滑移帶:由于晶體的塑性變形使試樣拋光表面產(chǎn)生高低不一的臺(tái)階,在高倍下觀察可知它是由更細(xì)的滑移線的組成。2、孿生:指一個(gè)發(fā)生在晶體內(nèi)部的均勻切邊過程,均勻切邊區(qū)中的晶體點(diǎn)陣類型不發(fā)生變化,而晶體取向卻變?yōu)榕c切變區(qū)和未切變區(qū)晶體呈鏡面對(duì)稱

2、的取向。3、晶粒形貌變化:變形度的增加,等軸晶將逐漸沿變形方向伸長(zhǎng)。變形量很大時(shí),晶粒變得模糊不清,形成狀組織,狀組織是由晶界和滑移線組成的。的分布方向即是材料流變伸展的方向。4、亞結(jié)構(gòu)的變化:經(jīng)嚴(yán)重冷變形后,位錯(cuò)密度急劇增加。對(duì)于層錯(cuò)能較高的金屬或合金,容易發(fā)生交滑移,形成胞狀亞結(jié)構(gòu),對(duì)于層錯(cuò)能較低的金屬,容易形成位錯(cuò)積(二)塑性變形后金屬宏觀性能的變化。1、冷變形后,強(qiáng)度(硬度)顯著提高,而塑性下降很快,產(chǎn)生了硬化現(xiàn)象,主要是位錯(cuò)密度升高所致;2、變形后,材料電阻率升高,磁導(dǎo)率、熱導(dǎo)率下降;3、變形焓升高,化學(xué)活性增大,腐蝕速率加快;(三)材料的回復(fù)1、回復(fù)的定義:是指冷變形金屬在退火時(shí)發(fā)

3、生組織性能變化的早期階段,具體對(duì)應(yīng)新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段。2、回復(fù)機(jī)制:(1)低溫回復(fù):點(diǎn)缺陷發(fā)生遷移,密度明顯下降;(2)中溫回復(fù):位錯(cuò)滑移并重新分布;(3)高溫回復(fù):位錯(cuò)可產(chǎn)生攀移,發(fā)生重新分布,并可產(chǎn)生多變化結(jié)構(gòu);3、回復(fù)性能變化(1) 電阻率明顯下降;(2) 內(nèi)應(yīng)力降低;(3)強(qiáng)度和硬度下降不多;(四)材料的再結(jié)晶1、再結(jié)晶的定義:冷變形后的金屬加熱到一定程度后,在原變形組織中重新產(chǎn)生無畸變的新晶粒,而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復(fù)到變形前的情況,此過程稱為再結(jié)晶。2、再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力:驅(qū)動(dòng)力來自應(yīng)變畸變能的下降。3、影響在結(jié)晶的因素:(1)變形度:變形度越大

4、,儲(chǔ)能增加,再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力越大,再結(jié)晶溫度越低,同時(shí)等溫退火時(shí)的再結(jié)晶速度越快,但當(dāng)變形量大到一定程度后,再結(jié)晶溫度基本穩(wěn)定。在給定溫度下,發(fā)生再結(jié)晶需要一個(gè)最小變形量(臨界變形度),低于此變形度,不再發(fā)生再結(jié)晶。同時(shí),變形度越大,得到的再結(jié)晶晶粒越細(xì)。(2)退火溫度:提高退火溫度可使再結(jié)晶速度顯著加快,臨界變形度數(shù)值變小,若再結(jié)晶過程已完成,隨后還有一個(gè)晶粒長(zhǎng)大階段。很明顯,溫度越高,晶粒越粗。(五)晶粒生長(zhǎng)1、晶粒生長(zhǎng)的定義:晶粒生長(zhǎng)是指再結(jié)晶之后的晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大,驅(qū)動(dòng)力來自總界面能的下降。2、正常晶粒長(zhǎng)大規(guī)律:在恒溫下,平均晶粒直徑與保溫時(shí)間的平方呈正比。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)金相樣品的1、取樣

5、與鑲嵌顯微試樣的選取應(yīng)根據(jù)研究目的,取其具有代表性的部位。例如,在檢驗(yàn)和分析失效零件的損壞時(shí),除了在損壞部位取樣外,還需要在距破壞較遠(yuǎn)的部位截取試樣,以便比較;在研究金屬鑄件組織時(shí),由于存在偏析現(xiàn)象,必須從表層到中心同時(shí)取樣進(jìn)行觀察;對(duì)軋制和鍛造材料,則應(yīng)同時(shí)截取橫向(垂直于軋制方向)及縱向(平行于軋制方向)的金相試樣,以便于分析比較表層缺陷及非金屬夾雜物的分布情況;對(duì)于一般熱處理后的零件,由于金相組織比較均勻,試樣的截取可在任一截面進(jìn)行。試樣的截取方法視材料的性質(zhì)不同而異,軟的金屬可用手鋸或鋸床切割,硬而脆的材料(如白口鑄鐵)則可用錘擊取下,對(duì)極硬的材料(如淬火鋼),則可采用砂輪片切割或電火

6、花線切割。對(duì)形狀特殊或常用的鑲嵌材料有細(xì)小不易握持的試樣,或?yàn)榱嗽嚇硬话l(fā)生倒角,可對(duì)試樣進(jìn)行鑲嵌。、低熔點(diǎn)合金等。2、磨制試樣的磨制一般分為粗磨和細(xì)磨兩道工序。粗磨的目的是為了獲得一個(gè)平整的表面。試樣截取后,將試樣的磨面用砂輪或銼刀制成平面,同時(shí)尖角倒圓。在砂輪上磨制時(shí),應(yīng)握緊試樣,不宜過大,并隨時(shí)用水冷卻,以防受熱引起金屬組織變化。經(jīng)粗磨后試樣表面雖較平整,但仍存在有較深的磨痕。細(xì)磨的目的就是為了消除這些磨痕,以得到平整而光滑的磨面,并為進(jìn)一步的拋光做好準(zhǔn)備。將粗磨好的試樣用水沖洗并擦干后,隨即依次用由粗到細(xì)的各號(hào)金相砂紙將磨面磨光。磨制時(shí)砂紙應(yīng)平鋪于厚板上,左手按住砂紙,右手握住試樣,使磨

7、面朝下并與砂紙接觸,在輕微作用下向前推行磨制,用力要均勻,平穩(wěn),否則會(huì)使磨痕過深,而且造成磨面的變形。注意試樣退回時(shí)不能與砂紙接觸,以保證磨面平整。這樣“單程單向”地反復(fù)進(jìn)行,直至磨面上舊的磨痕被去掉,新的磨痕均勻一致時(shí)為止。在調(diào)換下一號(hào)更細(xì)砂紙時(shí),試樣上磨屑和砂粒清除干凈,并轉(zhuǎn)動(dòng)90º,即與上一道磨痕方向垂直。3、拋光拋光的目的在于去除細(xì)磨時(shí)磨面上遺留下來的細(xì)微磨痕和變形層,以獲得光滑的鏡面。常用的拋光方法有機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光三種,本實(shí)驗(yàn)采用機(jī)械拋光。機(jī)械拋光是在的拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光盤上鋪以細(xì)帆布、呢絨、絲綢等。拋光時(shí)在拋光盤上不斷滴注拋光液。拋光液通常采用 Al2O3、

8、MgO 或 Cr2O3 等細(xì)粉末(粒度約為 0.55µm)在水中的懸浮液。機(jī)械拋光就是靠極細(xì)的拋光粉對(duì)磨面的機(jī)械作用來消除磨痕而使其成為光滑的鏡面。操作時(shí)將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上,并沿盤的邊緣到中心不斷做徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng),同時(shí),試樣自身略加旋轉(zhuǎn),以便試樣各部分拋光程度一致。拋光后的試樣應(yīng)用清水沖洗干凈,然后用4、浸蝕沖去殘留水滴,再用吹風(fēng)機(jī)吹干。拋光后的試樣磨面是一光滑鏡面,若直接放在顯微鏡下觀察,只能看到一片亮光,必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕g,才能使顯微組織正確地。目前,最常用的浸蝕方法是化學(xué)浸蝕法。本實(shí)驗(yàn)采用的浸蝕劑為硝酸。將拋光好的試樣磨面在化學(xué)浸蝕劑中浸蝕一定時(shí)間,在浸蝕后就形成

9、了凹凸不平的表面,在顯微鏡下,由于光線在各處的反射情況不同,就能觀察到金屬的組織特征。浸蝕時(shí),試樣磨面向上浸入一盛有浸蝕劑的容器內(nèi),待浸蝕適度后取出試樣,迅速用水沖洗,接著用沖洗,最后用吹風(fēng)機(jī)吹干,其表面需嚴(yán)格保持清潔。浸蝕時(shí)間要適當(dāng),一般試樣磨面發(fā)暗時(shí)就可停止,其時(shí)間取決于金屬的性質(zhì)、浸蝕劑的濃度以及顯微鏡下觀察時(shí)的放大倍數(shù)。(二)金相樣品的觀察在金相顯微鏡下觀察所試樣的顯微組織特征,分別拍攝放大倍數(shù)為 100、500 倍的并保存。500 倍不清晰是可使用景深疊加。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論(一)退火處理圖 1退火的不同變形度的 OM 組織對(duì)比(500X)(a) 60%變形(b) 80%變形可以看到,

10、晶粒沿變形方向伸長(zhǎng),變形量為 80%時(shí),由于變形量很大,晶粒變得模糊不清,形成的方向。組織,狀組織是由晶界和滑移線組成。的分布方向即是材料流變伸展(二)變形度和退火時(shí)間相同,退火溫度不同圖 2 變形量為 60%,時(shí)間為 0.5h,退火溫度不同的 OM 組織對(duì)比(500X)(a) 500(b) 600(a) 450(b) 500(c) 600(d) 800圖 3 變形量為 80%,時(shí)間為 0.5h,退火溫度不同的 OM 組織對(duì)比(500X): (c)11m(d)14m晶粒由上面兩圖可以看出當(dāng)變形程度和退火保溫時(shí)間一定時(shí),退火溫度越高,再結(jié)晶晶粒越大。(火溫度和退火時(shí)間相同,變形度不同(a) 60

11、%變形(b) 80%變形圖 4 退火溫度為 500,時(shí)間為 0.5h,變形度不同的 OM 組織對(duì)比(500X)(a) 60%變形(b) 80%變形圖 5 退火溫度為 600,時(shí)間為 0.5h,不同變形度的 OM 組織對(duì)比(500X) 晶粒: (a)16m(b)11m(a) 60%變形(b) 80%變形圖 6 退火溫度為 800,時(shí)間為 1h,不同變形度的 OM 組織對(duì)比(500X) 晶粒: (a)21m(b)19m分別比較圖 4-圖 6 的(a) 和 (b) 發(fā)現(xiàn),當(dāng)退火溫度和退火時(shí)間相同時(shí),變形度越大,晶粒越細(xì)小。(四)變形度和退火溫度相同,退火時(shí)間不同(a) 0.25h(b) 1h圖 7

12、變形量為 60%,退火溫度為 800,不同退火時(shí)間的 OM 組織對(duì)比(500X): (a)19m(b)21m晶粒(a) 0.5h(b) 1h圖 8 變形量為 80%,退火溫度為 800,不同退火時(shí)間的 OM 組織對(duì)比(500X): (a)14m(b)19m晶粒比較圖 7 (a) 和 (b) 或圖 8 (a) 和 (b) 可得,當(dāng)變形度和退火溫度相同時(shí),退火的時(shí)間越長(zhǎng),晶粒越大。結(jié)論:綜上,我們得到以下結(jié)論:(1) 經(jīng)再結(jié)晶后形成的晶粒,通常為等軸晶。(2) 退火時(shí)間為 0.5h 的情況下,60%變形量和 80%變形量的低碳鋼再結(jié)晶溫度都在500到 600。(3) 變形度越大(在超過臨界變形度的情況下),再結(jié)晶后晶粒越大。(4)退火溫度對(duì)剛完成再結(jié)晶時(shí)晶粒的影響比較弱,但對(duì)晶粒長(zhǎng)大過程有影響,溫度越高,晶界遷移速率越快,最終形成的晶粒越大。(5)退火時(shí)間越長(zhǎng),晶粒長(zhǎng)大越充分,晶粒越大。五、實(shí)驗(yàn)感想通過本次實(shí)驗(yàn),我們掌握了鑲嵌型金相顯微試樣的磨制工序,并熟練使用金相顯微鏡進(jìn)行不同放大倍數(shù)的拍照。通過收集到的金

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