实验名称：金属的塑性变形与再结晶实验类型：
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、实验步骤与实验结果（必填）
五、讨论、心得（必填）
一、实验目的
1.了解冷塑性变形对金属材料的内部组织与性能的影响；
2.了解变形度对金属再结晶退火后晶粒大小的影响。

二、实验原理
金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。

在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。

(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。

冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。

金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。

当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。

同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。

金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。

(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化
金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。

但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。

若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。

1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。

此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。

但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。

2．再结晶当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过晶核与长大方式进行再结晶。

冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。

金属的再结晶过程是在一定温度范围内进行的。

通常把变形程度在70%以上的冷变形金属经1h加热能完全再结晶的最低温度，定为再结晶渡。

实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。

金属的再结晶温度(T再)与其熔点(T熔)间的关系，大致可用下式表示：
T再≈0.4 T熔
3．晶粒长大冷变形金属再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。

但继续升高加热温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又会逐渐长大，使晶粒粗化。

(三) 变形程度对金属再结晶后晶粒度的影响
冷变形金属再结晶后晶粒度除与加热温度、保温时间有关外，还与金属的预先变形程度有关。

金属再结晶后的晶粒度与其预先变形程度间的关系如下图所示：
引起冷变形金属开始再结晶，并在再结晶后获得异常粗大晶粒的变形程度，称为临界变形程度。

一般钢铁的临界变形程度为5~10%，铜约为5%，铝约为2~3%。

由于粗大晶粒将显著降低金属的机械性能，故应避免金属材料在临界变形程度的范围内进行压力加工。

三、主要仪器设备
工业纯铝片、铝片拉伸机、浸蚀剂、金相显微镜、维式硬度计、小型实验用箱式炉、钢皮尺、划针、扳手、放大镜等。

四、实验步骤
（1）每组3~5人，取铝片7片。

注意必须保持铝片的平直，不使其弯曲。

（2）在铝片拉伸机上分别将铝片拉伸变形2%、3%、4%、6%、9%、12%和15%。

（3）测量硬度在HV-120维氏硬度计上测量原始材料和不同变形程度铝片的硬度值，并记录下来。

（4）进行再结晶退火把各种变形度的一组铝片，用线铁丝扎好后放入620℃的炉子中加热，并保温20min，然后取出于空气中冷却。

（5）浸蚀将冷却后的铝片逐个放入混合酸中浸蚀几到几十秒，立即取出用水冲洗干净，则在铝片上能显示出再结晶后的晶粒。

（6）计算不同变形度铝片的晶粒数及晶粒大小在小于6%变形度的绿偏上，用铅笔画出500mm2（50mm ×10mm）面积的方框，变形度在9%以上画出100mm2（10mm×10mm）面积的方框，分别数出方框内的晶粒数（变形度大的可以用放大镜），并计算出不同变形度的晶粒大小。

把数据记下来。

（7）测试不同塑性变形度下的铝片硬度。

汇总本组人员足够的测试数据，绘制不同塑性变形度与再结晶退火后的晶粒度之间的关系曲线，并说明之。

五、实验数据记录
六、实验结果分析
（1）画出硬度随冷变形度的关系曲线及硬度随冷变形变变化的原因。

根据实验获得的数据，绘制出硬度随冷变形度的关系曲线如下所示：
冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。

金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。

因此金属经冷塑性变形后，其硬度随冷变形变的增大而提高。

（2）画出冷变形度与再结晶退火后晶粒大小的关系曲线，解释产生这种关系的原因和确定工业纯铝的临界变形度的原则。

由图可见，当变形程度很小时，金属不发生再结晶，因而晶粒大小不变。

当达到某一变形程度后，金属开始发生再结晶，而且再结晶后获得异常粗大的晶粒。

随着变形程度的增加，由于各晶粒变形愈趋均匀，再结晶时形核率愈大，因而使再结晶后的晶粒逐渐变细。

确定工业纯铝的临界变形度的原则：测试时取的变形度范围要适度，以及注意做好各种试验环节。

（3）分析影响实验正确性的因素。

本实验结果与理论大致符合，其中存在的误差可能是有以下的因素引起的：
1)人为因素：在用铝片拉伸机将铝片拉伸变形时读数的误差，测量铝片的硬度值时读数的误差，数晶粒
数时肉眼读数的误差。

2)仪器系统误差：铝片拉伸机、金相显微镜、维式硬度计本身可能存在系统误差，进而影响实验结果。

3)材料的纯度：工业纯铝片的纯度对实验结果也会有所影响。

七、讨论、心得
通过实际动手操作，使理论联系实践，对金属塑性变形的基本方式以及冷塑性变形对金属组织与性能的影响的认识有所加深。