金属的塑性变形与再结晶

一、实验目的：

1、  了解显微镜下滑移线、变形孪晶和退火孪晶特征。

2、  了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化。

3、  讨论冷加工变形对再结晶晶粒大小的影响。

二、实验内容：

1、  观察工业纯铁冷变形滑移线，纯锌的变形孪晶，黄铜或纯铜的退火孪晶。

2、  观察工业纯铁经冷变形（0%、20%、40%、60%）后的显微组织。

3、  用变形度不同的工业纯铝片，退火后测定晶粒大小。

三、实验内容讨论：

1、显微镜下的滑移线与变形孪晶：

当金属以滑移和孪晶两种方式塑性变形时，可以在显微镜下看到变形结果。我们之所以能看到滑移线（叫滑移带更符合实际）是因为晶体滑移时，使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所致。滑移线的形状取决于晶体结构和位错运动，有直线形的，有波浪形的，有平行的，有互相交叉的，显示了滑移方式的不同。变形量越大，滑移线愈多、愈密。

在密排六方结构中，常可看到变形孪晶，这是因为此类金属结构难以进行滑移变形。孪晶可以看成是滑移的一种特殊对称形式，其结果使晶体的孪生部分相对于晶体的其余部分产生了位向的改变。由于位向不同，孪晶区与腐蚀剂的作用也不同于其他部分，在显微镜下，孪晶区是一条较浅或较深的带。在不同的金属中，变形孪晶的形状也不同，例如在变形锌中可看到孪晶变形区域，其特征为竹叶状，α—Fe则为细针状。除变形孪晶外，有些金属如黄铜在退火时也常常出现以平行直线为边界的孪晶带，这类孪晶称为退火孪晶。

滑移和孪晶的区别：制备滑移线试样时，是试样先经过表面抛光，然后再经过微量塑性变形。如果变形后再把表面抛光，则滑移线就看不出来了。制备孪晶试样时，是先经塑性变形，然后再抛光腐蚀，可见：（1）对于滑移线不管样品是否经过腐蚀均可看到，而孪晶只有在磨光腐蚀后才可看见。（2）滑移线经再次磨光即消失，而孪晶在样品表面磨光腐蚀后仍然保留着。滑移线和磨痕的区别在于前者是不会穿过晶界的。

2、冷变形后金属的显微组织和机械性能

冷加工变形后，晶粒的大小、形状及分布都会发生改变。晶粒沿外力方向被拉长（或缩短），当变形量很大时晶界已不明显，这时已分不出一颗颗晶粒，看到的只是纤维状组织。

在变形过程中，由于滑移面的转动及晶粒的破碎，晶格弯曲造成临界切应力的提高，均使继续变形发生困难，即产生了所谓加工硬化现象，即金属的强度随着变形度的增加而增加。

3、冷加工变形后的金属在加热时的变化

金属经变形后其组织处于不稳定状态，因而在随后加热过程中，进行回复，再结晶及晶粒长大三个过程。再结晶退火后金属被软化，即加工硬化被消除，再结晶后金属的机械性能取决于晶粒大小，而晶粒大小则受预先冷变形和再结晶退火温度所控制。

变形度对再结晶后晶粒大小的影响，特别显著。当金属的变形度越大时，再结晶后的晶粒越小。金属有一个能进行再结晶的最小变形度，此时可得到最大的晶粒。这个变形度叫临界变形度（铝约为2%），低于这个变形度，金属不会发生再结晶。

当变形度一定时，加热温度越高，再结晶进行得越快，再结晶后形成的新晶粒也越大。

四、实验要求：

1、实验材料及设备

（1）           抛光的工业纯铁试样——观察其滑移线。

（2）           常温下具有一定变形度的锌试样——观察变形孪晶。

（3）           变形度为40%的α黄铜（或纯铜）经750℃退火30分钟——观察退火孪晶。

（4）           变形度为0%、20%、40%、60%的工业纯铁试样一套，研究冷加工变形后的组织。

（5）           尺寸为150×15×0.5mm铝片五根，研究变形度对再结晶后的晶粒大小的影响。

（6）           金相显微镜。

（7）           拉伸试验机。

（8）           加热炉。

2、实验步骤：

（1）           把经抛光的工业纯铁，装在拉伸试验机上，当缓慢进行拉伸时，逐渐出现一些变形痕迹——滑移线；继续拉伸时滑移线的数量和宽度不断增加，由于滑移线一般不能穿越晶界，因而晶界被逐渐显露出来，在显微镜下进行观察。

（2）           观察锌的变形孪晶和纯铜的退火孪晶的特征。

（3）           观察工业纯铁冷变形（0%、20%、40%、60%）试样的组织。

（4）           测定变形度不同的纯铝片经退火后晶粒大小，建立“变形度与再结晶晶粒大小”曲线：

①       五人一组，一人一根纯铝片。

②       用软铅笔在试片中部划出100mm长度的计算距离。

③       试片两端打上编号，编号顺序见下表：

④       在拉伸机上分别将试样拉伸到所要求的尺寸。

⑤       变形的试片，全班集中起来，一起放入550℃的加热炉内。加热、保温30分钟。

⑥       试片冷却后，（可以水冷）进行宏观腐蚀，以显示晶粒大小。

用1︰1硝酸盐酸溶液浸蚀，当能清楚地看到晶粒时，即可用水冲洗。

⑦       数出一平方厘米的晶粒数（n）并计算晶粒大小(a)，填入下表中：

a=1/n（平方厘米）

⑧       从所得a即可作出“变形与再结晶晶粒大小”关系曲线。

五、实验报告：

1、    写出实验目的、内容。

2、    画出所观察样品，工业纯铁的滑移线，纯锌的变形孪晶，铜的退火孪晶的组织示意图。

3、    根据实验记录，建立纯铝片“变形度与再结晶后晶粒大小的关系曲线图。并给以简要的解释和讨论变形度对金属再结晶晶粒大小的影响。

第二篇：《金属与金属材料》的教学反思

《金属与金属材料》的教学反思

20xx年3月2日

一、指导思想

通过对初中化学《金属与金属材料》的教学，深感让学生认识身边的金属，了解身边的金属，熟习身边的金属对学好这节课十分重要，为了在整个教学中真正渗透新课程倡导的“探究式学习”，贯彻“一切为了学生发展”这一基本的价值取向，让每位学生都主动参与、乐于探究、勤于思考，培养学生获取新知识、分析和解决问题的能力，在教学设计中，我将教材中已有的预设方案改为学生自己设计，使学生充分体验探究的各个环节，更有利于培养学生的探究能力。

二、教学设计

从学生角色扮演入手，以学生已有知识和生活经验为基础，建构新的知识系统，通过学生自主讨论、自主实验，探究出判断金属活动性的依据和金属活动顺序。在教学中，注重构建具有个人意义的评价方式，让每位学生都能感到自己学有所得。最后，通过课堂延伸，强化了所学知识的价值。

三、课堂教学

在课堂教学中，注重了学生的主题地位，一是让学生找出身边的金属，让他们分析为什么铜比铁更稳定；二是将教材中的实验改为学生主动的探究性实验，给了学生更大的自主探究空间；三是灵活处理教材，重组教学内容，引导学生通过自己的探究得出常见金属的活动性顺序和金属的化学性质，更好地体现了学生的主体地位，使学生自主建构知识。

四、不足之处

不足之处是教学设计对学生的能力要求较高，比较适合于我所教的学习水平较高的学生，对于学习水平较低的学生，在自行探究判断金属活动性的依据这一环节时，大部分学生很难完成。因此，在这类班级中可将这一环节的学生活动改为教师指导学生实验，帮助学生建构新知识，提出猜想，便于学生由易到难的学习和理解。