金属材料综合实验报告.doc

加工硬化对中碳钢组织和性能的影响
一实验目的:
通过金属材料实验全过程,根据给定的实验条件,自己设计实验方案,确定实验方法,选定实验器材,拟定实验操作程序,自己加以实现并对实验结果进行分析处理,是学生进一步加深对金属材料课程所学内容的理解,熟悉实验设备,掌握实验基本方法。提高动手能力和团队合作的意识,达到培养学生分析问题和进行科学研究能力的目的。
掌握金属材料塑性变形,热处理工艺,组织结构与性能之间的关系。
运用已学的金属材料理论知识,参考有关资料,以预定性能指标为依据,正确制定合理的实施方案。
二课程内容:
初步了解金属材料选择的原则,并选取实验材料;
掌握主要热处理工艺方法,熟悉主要热处理设备的结构与炉温的控制仪表;
熟练掌握金相试样的制备方法,能使用金相显微镜观察,分析金相显微组织;
掌握金属力学性能及其影响因素;
选择电子万能试验机及硬度计,了解其特征和使用方法。
了解镶嵌机的使用及操作规程。
三实验原理
金属塑性变形
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、单晶体金属的塑性变形
单晶体受力后,外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。
塑性变形有两种形式:滑移和孪生。在多数情况下,金属的塑性变形是以滑移方式进行的。

(一)滑移

1)滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。
滑移变形的特点:
⑴滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力。
⑵滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因为原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大,结合力最弱,产生滑移所需切应力最小。
沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。
⑶滑移时,晶体两部分的相对位移量是原子间距的
整数倍。
2)滑移带
滑移的结果在晶体表面形成台阶,称滑移线,若干条滑移线组成一个滑移带。
2 .滑移系
一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。
金属的塑性,面心立方晶格好于体心立方晶格,体心立方晶格好于密排六方晶格。
: ①外力错动→力偶使滑移面转动→滑移面∥拉伸轴。
②以滑移面的法线为转轴的转动→滑移方向∥最大切应力方向。
㈡孪生
孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。发生切变的部分称孪生带或孪晶,沿其发生孪生的晶面称孪生面,孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
与滑移相比:孪生使晶格位向发生改变;所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速;孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。
二、多晶体金属的塑性变形单个晶粒变形与单晶体相似。而
多晶体变形比单晶体复杂得多。
㈠晶界及晶粒位向差的影响
1、晶界的影响
当位错运动到晶界附近时,受到晶界的阻碍而堆积起
来,称位错的塞积。要使变形继续进行,则必须增加外
力,从而使金属的塑性变形抗力提高。
2、晶粒位向的影响
由于各相邻晶粒位向不同,当一个晶粒发生塑性变形时,为了保持金属的连续性,周围的晶粒若不发生塑性变形,则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相互约束,使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。
㈡多晶体金属的塑性变形过程
多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度,加上相邻晶粒的转动,使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动,从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒,当有大量晶粒发生滑移后,金属便显示出明显的塑性变形。
㈢晶粒大小对金属力学性能的影响
金属的晶粒越细,其强度和硬度越高。因金属晶粒越细,晶界总面积越大,位错障碍越多;需要协调的具有不同位向的晶粒越多,使金属塑性变形的抗力越高。
金属的晶粒越细,其塑性和韧性也越高。
因晶粒越细,单位体积内晶粒数目越多,参与变形的晶粒数目也越多,变形越均匀,使在断裂前
发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗的功也大,因而其韧性也比较好。
通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。
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