实验五 金属的塑性变形与再结晶 实验报告
实验五金属的塑性变形与再结晶
一，实验目的
1、观察显微镜下滑移绒、变形孪晶与退火孪晶的特征；
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、讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概述
1 显微镜下的滑移线与变形挛晶
金属受力超过弹性极限后，在金属中特产生塑性变形。金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为滑移和孪晶两种。
所谓滑移时晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位相保持不变。把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。变形后的显微姐织是由许多滑移带(平行的黑线)所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：各晶粒内滑移带的方向不同(因晶粒方位各不相同)，各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多(即变形量大)，有的晶粒内滑移带少(即变形量小)；在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象(在面心立方晶格情况下很易发现)，即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。
另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属，如六方晶系镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的—部分以一定的晶面(孪晶面或双晶面)为对称面；与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。孪晶的结果是孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。对体心立方结构的a一F e，在常温时变形以滑移方式进行，而
在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶方式变形，而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。
2、变形程度对金属组织和性能的影响
变形前金属为等轴晶粒，轻微量变形后晶粒内即有滑移带出现，经过较大的变形后即发现晶粒被拉长，变形程度愈大，晶粒被拉得愈长，当变形程度很大时，则加剧剧了晶粒沿一定方向伸长，晶粒内部被许多的滑移带分割成细小的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。
由于变形的结果，滑移带附近晶粒破碎，产生较严重的晶格歪扭，造成临界切应力提高，使继续变形发生困难，即产生了所谓加工硬化现象。随变形程度的增加，金属的硬度、强度、矫顽力、电阻增加，而塑性和韧性下降，本实验的任务之一就是测定不同变形程度的a－Fe，的硬度变化，从而建立变形度对性能影响的关系曲线。
3、形变金属在加热后组织和性能的影响
加工硬化后的金属，由于晶粒破碎，晶格歪扭、位错密度、空位和间隙原子等缺陷的增加，使其内能增加，金属处于不稳定状态，有力求恢复到稳定状态的趋势加热则之创造了条件，促进这一过程的进行。
变形后的金属在较低温度加热时，金属内部的应力部分消除，歪曲的晶格恢复正常，但显微组织没有变化，原来拉长的晶粒仍然是伸长的。这个过程是靠原子在一个晶粒范围内的移动来实现的，称为回复。这时金属可部分地恢复舰械性能，而物理性能，如导电性，几乎全部恢复。
变形后金属加热到再结晶温度以上时，发生再结晶过程，显微组织发生显著变化。再结晶使金属中被拉长的晶粒消失，生成新的无内应力的等轴晶粒，机械性能完全恢复。如变形60％的a黄铜经270℃再结晶退火后，其组织是由许多细小的等轴晶粒及原来纤维状组织组，温度继续升高，纤维状组织全部消失为等轴晶粒，此后温度再升高，就发生积聚再结晶，温度愈高，晶粒愈大。
在a－黄铜组织内，经再结晶退火后能看到明显的退火孪晶，是与基体颜色不同、边很直的小块。退火孪晶的产生是再结晶过程中，面心立方结构的新晶粒界面在推移过程中发生层错观象所致。
对于立方晶系的金属，当变形度达到了70～80％以上时，最低(开始)的再
结晶温度与熔点有如下关系：
T再＝0.4T熔化(绝对温度计)
金属中有杂质存在时，最低的再结晶温度显著变化。在大多数情况下，杂质均使再结晶温度升高。
为了消除加工硬化现象，通常退火温度要比其最低再结晶温度高出100—200℃。
变形金属经过再结晶后的晶粒度，不仅会影响其强度和塑性，而且还会显著影响动载下的冲击韧性值。
再结晶后晶粒的大小，不仅与再结晶退火的温度有关，而且与再结晶退火前的变形度有关。在同一再结晶退火温度下，晶粒度的大小与预先变形程度的关系，如图5—1所示。
当变形度很小时，由于晶格歪扭程度很小，不足以引起再结晶，故晶粒大小不变。当变形度在2～10％范围内时，金属中变形极不均匀，再结晶时形核数量很少，再结晶后晶粒度很不均匀，晶粒极易相互并吞长大，这样的变形度称“临界变形度”。大于临界变形度后，随着变形度的增加，变形愈均匀，再结晶时的形核率便愈大，再结晶后的晶粒便愈细。
在进行冷塑性变形时，应尽量避免在临界变形度下变形，而采用较大的变形度，以获得较细小的品粒，临界变形度，因金属的本性及纯度而异，铁为7—15％，铝为2～4％。
三、实验任务
1、测定纯铝再结晶盾晶粒大小与变形度的关系9；
2、测量工业纯铁不同变形度(0％、20％、40％、60％)试样的硬度；
3、观察a－Fe，纯铝滑移带，锌的变形挛晶、a黄铜的退火孪晶的特征，并拍摄组织照片，分析形成原因。
四、实验方法指导
1、实验设备和材料
（1）金相显微镜；（2）手动拉伸机；（3）加热炉；（4）布氏硬度计或洛氏硬度计；（5）纯铝、纯铁滑移带试样；（6）常温下变形度为10％的锌变形孪晶试样；（7）变形度为40％的黄铜，经750℃退火30分钟的退火孪晶试样；（8）变形度为0％、20％、40％、60％的工业纯铁试样一套；
（9）尺寸为140X12X 0.5mm铝片一组六根。
2、实验步骤．
实验前学生应仔细阅读附录六，预习布氏硬度计和洛氏硬度计的原理，构造和操作，并阅读实验指导书。
（1）六人一小组，一人一纯铝片。
用软铅笔在铝片中部划出l00mm长度的计算距离，刻度线间距离的测量力求准确，试片两端打上编号，编号顺序见表5—1。
（2）在拉伸机上分别将试样拉到所要求的尺寸，拉伸时纯铝片的长度方向必须平行于拉伸方向。
（3）将变形后的试样集中起来，一起放入500—6Q0℃的炉中加热30分钟，试样冷却后(可用水冷)进行宏观腐蚀，以显示晶粒大小。
表5—1
腐蚀：
①用1：1的硝酸盐酸溶液浸蚀，当能清楚地用肉眼看到晶粒时，即可用水冲洗。
②腐蚀剂用纯铜50克，硝酸300cc，盐酸400cc和水300cc配成，或采用40％NaOH腐蚀。腐蚀后用自来水冲洗干净，擦干后即可看出晶粒。
（4）观察试样上晶粒的分布情况，统计lcm2面积中的晶粒数目。
（5）测量工业纯铁不同变形度的硬度HB。
（6）观察滑移带，变形孪晶、退火孪晶的特征，比较它们的区别和形成，拍摄出组织示意图。
五、实验报告要求
1、报告内容包括实验目的、任务和实验结果，
2、根据记录，建立纯铝片“变形度与再结晶后晶粒大小”的关系曲线，讨论变形度对纯铝片再结晶晶粒大小的影响；
3、根据实验结果，分析冷变形对纯铁性能(硬度)的影响；
4、思考题：
①在显微镜下为什么能看到滑移带？
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：各晶粒内滑移带的方向不同(因晶粒方位各不相同)，各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多(即变形量大)，有的晶粒内滑移带少(即变形量小)；在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象(在面心立方晶格情况下很易发现)，即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。
②滑移带与孪晶有何区别?
所谓滑移时晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位相保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属，如六方晶系镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的—部分以一定的晶面(孪晶面或双晶面)为对称面；与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
20＃变形前20＃变形后
45＃变形前45＃变形后
45＃变形后
铝片不同的变形量
弯扭组合变形实验报告
弯扭组合变形实验报告 水工二班 叶九三 1306010532 一、实验目的 1用电测法测定薄壁圆管弯扭组合变形时表面任一点的主应力值和主方向，并与理论值进行比较。 2测定分别由矩和扭矩引起的应力w σ和n τ，熟悉半桥和全桥的接线方法。 二、实验设备 仪器名称及型号：静态电阻应变仪 精度：1μm 三、试件尺寸及有关数据 试件材料：铝合金 弹性模量：70GPa 泊松比μ=0.33 应变片灵敏系数K=2.20 试件外径D=40mm 试件内径d=36mm 自由端端部到测点的距离L=300mm 臂长a=200mm 试件弯曲截面系数z W =2.16*610-3m 试件扭转截面系数P W =4.32*610-3m 四、实验数据与整理 1.实测数据 弯ε（W ε） 扭ε（n ε） 0ε 45ε 90ε 荷载F （N ） 读数με 增量με 读数με 增量με 读数με 增量με 读数με 增量με 读数με 增量με 0F 0 396 0 358 0 150 0 193 0 -19 1F 396 358 150 193 -19 393 363 150 194 -21 2F 789 721 300 387 -40 391 353 150 193 -20 3F 1180 1074 450 580 -60 394 357 149 192 -21 4F 1574 1431 599 772 -81 平均增量 393.50 357.75 150 193 -20 计算结果： εⅠ=218.7με εⅡ=-88.7με 0?=o 2.28
1σ=14.9MPa 2σ=-1.3MPa W E εσ?=*w =13.7725MPa ||1n n E εμ τ?+= =4.7072MPa 误差分析 w σ（MPa ） n τ（MPa ） I σ ∏σ 0? 实测值 13.7725 4.7072 14.9 -1.3 28.2 理论值 13.8889 4.6296 15.2 -1.4 33 相对误差% 0.84 1.68 1.9 7.1 14.5 思考题 1可以，因为主应力大小与方向是唯一的，不论应变片延哪个方向粘贴， 只要测出平面应力状态下的三要素，就可以计算出主应力的大小与主平 面方向。 2半桥自补偿法好，精度比半桥外补偿法高。 3不需要，因为采用的全桥测法已经将温度影响消除了。
热变形温度测试方法的总结(20130106)
一、外壳测试标准 参考《GB 20641-2006低压成套开关设备和控制设备空壳体的一般要求（GBT）》 9.8绝缘材料性能 9.8.1 热稳定性验证 根据GB/T 2423.2-2001所给出的方法进行试验。 对于没有技术意义，只用于装饰目的的部件不进行此项试验。 用下列试验进行检查： 将一个如同正常使用时一样安装的壳体放在加热箱中进行试验，加热箱带有混合大气和大气压力而且自然通风，如果加热箱的容积与壳体的尺寸不匹配，试验可在一个有代表性的壳体样品上进行。 1、加热箱内部的温度应为（70+2）℃。 2、壳体或样品应在加热箱放置7d（168h）。 3、建议使用电加热箱。 4、在加热箱的壁上留一个自然通风孔。 5、然后，将壳体或样品从加热箱移出，置于环境温度下，相对湿度在45%-55%之间，至少存放4d（96h）。 目测壳体或样品应没有可见的裂缝或无新裂缝，其材料不应变成粘性或油脂性，用下列方法进行。 判断： 在食指上裹一片干粗布，以5N力按压样品。 注：5N力可用下面方法获得：将样品放在天平的一个秤盘上，天平的另一称盘加载的质量等于样品的质量+500g，在食指上裹一片粗糙的干布按在样品上使天平平衡。 样品和壳体材料上应没有布的痕迹或样品和布不相粘连。
二、实验室塑料热稳定性测试方法 1、维卡热变形温度 《GB/T 1633-2000 热塑性塑料维卡软化温度的测定》 当匀速升温时，测定在第1章中给出的某一种负荷条件下标准压针刺人热塑性塑料试样表面1m m深时的温度。 2、马丁耐热温度 《GB 1035-70塑料耐热性（马丁）试验方法》 本方法是试样在等速升温环境中，在一定静弯曲力矩作用下，测定达到一定弯曲变形时的温度，以示耐热性。本方法不适用于耐热性低于60℃的塑料。 3、热变形温度 《GB/T 1634-2004 负荷变形温度的测定》 塑料试样放在跨距为100mm的支座上，将其放在一种合适的液体传热介质中，并在两支座的中点处，对其施加特定的静弯曲负荷，形成三点式简支梁式静弯曲，在等速升温条件下，在负载下试样弯曲变形达到规定值时的温度，为热变形温度。 三、分析：哪种实验室方法更贴近标准要求 马丁耐热，不用介质，不用针刺。
弯扭组合变形实验报告
薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验 一．实验目的 1．用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向； 2．测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的 应力。 二．实验仪器和设备 1．弯扭组合实验装置； 2．YJ-4501A/SZ 静态数字电阻应变仪。 三．实验原理 薄壁圆管受力简图如图1所示。薄壁圆管在P 力作用下产生弯扭组合变形。 薄壁圆管材料为铝合金，其弹性模量E 为72 2m GN , 泊松比μ为0.33。薄壁圆管截 图1 面尺寸、如图2所示。由材料力学分析可知，该截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩。Ⅰ-Ⅰ截面现有A 、B 、C 、D 四个测点，其应力状态如图3所示。每点处已按 –450、00、+450方向粘贴一枚三轴450应变花，如图4所示。 图2 图3 图4 四．实验内容及方法 1. 指定点的主应力大小和方向的测定 薄壁圆管A 、B 、C 、D 四个测点，其表面都处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变， 然后运用应变-应力换算关系求出主应力的大小和方向。若测得应变ε-45、ε0、ε45 ，则主应力大小的计算公式为 ()()()?? ? ???-+--±++-=--24502 0454******* 1211εεεεμεεμ μσσE
主应力方向计算公式为 ()()04545045 452εεεεεεα----= --tg 或 ()45 450454522εεεεεα+---=--tg 2. 弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应力的测定 a. 弯矩M 引起的正应力的测定 只需用B 、D 两测点00方向的应变片组成图5（a ）所示半桥线路，就可测得弯矩M 引的正应变 2 Md M εε= 然后由虎克定律可求得弯矩M 引起的正应力 2 Md M M E E εεσ= = b. 扭矩M n 引起的剪应力的测定 图5 用A 、C 两被测点-450、450方向的应变片组成图5（b ）所示全桥线路，可 测得扭矩M n 在450方向所引起的线应变 4 nd n εε= 由广义虎克定律可求得剪力M n 引起的剪应力 ()214nd nd n G E εμετ=+= c. 剪力Q 引起的剪应力的测定 用A 、C 两被测点-450、450方向的应变片组成图5（c ）所示全桥线路，可测得剪力Q 在450方向所引起的线应变 4 Qd Q εε= 由广义虎克定律可求得剪力Q 引起的剪应力 () 2 14Qd Qd Q G E εμετ=+= 五．实验步骤 1. 接通测力仪电源，将测力仪开关置开。 2. 将薄壁圆管上A 、B 、C 、D 各点的应变片按单臂（多点）半桥测量接线方法接至应变仪测量通道上。 3. 预加50N 初始载荷，将应变仪各测量通道置零；分级加载，每级100N ，加至450N ，记录各级载荷作用下应变片的读数应变，然后卸去载荷。 4. 按图5各种组桥方式，从复实验步骤3，分别完成弯矩、扭矩、剪力所引起应变的测定。 六．实验数据及结果处理
第五章 金属及合金的塑性变形 复习题
第五章《金属及合金的塑性变形》复习题 一、名词解释： 1.滑移、临界分切应力、取向因子、滑移系统、多滑移和交滑移、孪生、软取 向和硬取向、几何软化和几何硬化、弗兰克-瑞德位错源、细晶强化、霍尔佩奇（Hall-Petch）经验公式、加工硬化、纤维组织、形变织构。 二、填空题： 1．一个与其上的一个组成一个。 2．加工硬化现象是指，。3．加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是，。 4．金属塑性变形是的结果，滑移是的结果。所以，金属塑性变形的实质是。一切阻碍位错运动的因素都能提高金属的。5．金属塑性变形的基本方式是和。 6．单晶体拉伸时，滑移面和滑移方向逐渐趋于平行于方向；压缩时，滑移面逐渐趋于与压力轴线方向。 7．多晶体的塑性变形过程比单晶体更为复杂，其两个主要因素是和。 三、判断题： 1．金属结晶后，晶粒越粗大，其力学性能越好。（） 2．在体心立方晶格中，滑移面为｛110｝×6，而滑移方向为〈111〉×2，所以滑移系为12。（） 3．滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（） 4．因为BCC晶格与FCC晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变
形能力完全相同。（） 5．孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。（） 四、选择题： 1．多晶体金属的晶粒越细小，则其:（） a．强度越高、塑性越好；b．强度越低、塑性越差； c．强度越高、但塑性变差；d．强度越低、但塑性较好。 2．能使单晶体产生塑性变形的应力为：（） a．正应力；b．切应力；c．复合应力。 3．面心立方晶格的晶体在受力时的滑移方向：（） a．〈111〉；b．〈110〉；c．〈100〉。 4．体心立方与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，但其塑性变形能力是不同的，其原因是面心立方晶格的滑移方向较体心立方晶格的滑移方向：（）a．少；b．多；c．相等。 5．加工硬化使：（） a．强度增大，塑性降低；b．强度增大，塑性增大； c．强度减小，塑性增大；d．强度减小，塑性降低。 五、问答题： 1．晶粒大小对金属力学性能有何影响？常用的细化晶粒的方法有哪些？ 回答要点：晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性就越好。 细化晶粒的方法：1）增加过冷度；2）变质处理；3）附加振动。 2．晶格结构分别为密排六方、体心立方、面心立方的Zn、α-Fe、Cu的塑性在通常情况下不同，说明谁好谁差并解释产生的主要原因。 回答要点：Zn为密排六方晶格，α-Fe为体心立方晶格，Cu 为面心立方晶格，所以Zn的塑性最差，α-Fe其次，Cu的塑性最好。因为密排六方晶格的滑移系最少，而体心立方晶格与面心立方晶格虽然滑移系相同，但前者的滑移方
习题1热变形参考答案
一、基本概念 恒载荷蠕变：拉伸时，作用在样品上的载荷恒定不变，即拉伸力保持不变的变形过程。 恒应力蠕变：拉伸时，塑性变形后，截面不断减小，但作用在样品上的应力恒定，载荷在一直变化的变形过程。 恒应变速率变形：在拉伸试验过程中，样品的变形速率保持恒定（此时要保证夹头速率不断增加）。 恒拉伸速度变形：在拉伸试验过程中，样品的拉伸速率保持恒定，即夹头移动速率恒定（应变速率是减小的）。 变形速度激活能：金属发生塑性变形时，是一个热激活的过程，在此过程中金属原子发生剧烈的热运动，这需要原子跨越一个能量“门槛值”而需要的能量就称为变形激活能 时效成形：时效成形是将零件成形和人工时效处理相结合的新型成形工艺.它能够改善合金的微观组织,提高材料强度,降低残余内应力水平,增强耐应力腐蚀能力,延长零件使用寿命。 应变硬化：常温下钢经过塑性变形后，内部组织将发生变化，晶粒沿着变形最大的方向被拉长，晶格被扭曲，从而提高了材料的抗变形能力。这种现象称为应变硬化或加工硬化。 应变速率硬化：当应变速率提高后，材料的屈服强度及拉伸极限强度都会增加。 二、问答 1. 请论述多晶体热变形激活能的理论意义，并介绍其在控制应力的蠕变变形实验中的测试方法。 答：变形激活能反应材料热变形的难易程度，也是材料在热变形过程中重要的力学性能参数。通过对激活能值的分析可以推断回复机制，激活能控制塑性变形速率,动态回复和动态在结晶，激活能Q 越大，变形速率越小，材料越难变形，高温塑性变形的显著特点就是变形速 度受热激活过程控制，即遵从Arrhenius 方程： )(e x p ..)(e x p ),(..0 0RT Q RT Q y -=-=εεσεε 1等温法： 采用将多个样品在相同应力和不同温度条件下蠕变，测量蠕变曲线在亚稳态阶段的斜率，表示成)l og(?ε和1/T 的函数关系的形式，并将结果表示在)l og(?ε和1/T 坐标上，和实验点吻合最好的直线的斜率即为Q 值 。 2时间补偿法：在蠕变稳态阶段 )()e x p()e x p()e x p(......00000θεεεεεεf RT Q t d t RT Q d t RT Q t t =??????-=-==-=?? )exp(RT Q t -=θ 可见若将ε 表示为补偿时间θ的函数，则不同温度和相同应力条件下得到的蠕变曲线相互重合，求以此来求Q 值。也可将不同温度下达到给定变形ε所需时间的对数表示成 1/T 的函数，所得直线的斜率即Q 值。 3变温法：
第五章 金属合金的塑性变形 -
第五章金属及合金的塑性变形与断裂一名词解释 固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构 固溶强化：固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高，应力－应变曲线升高，塑性下降的现象； 应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况； 孪生：金属塑性变形的重要方式。晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。形成孪晶的过程称为孪生； 临界分切应力：金属晶体在变形中受到外力使某个滑移系启动发生滑移的最小
分切应力； 变形织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构。 二填空题 1．从刃型位错的结构模型分析，滑移的 移面为{111}，滑移系方向为<110>，构成12 个滑移系。P166. 3. 加工硬化现象是指随变形度的增 大，金属强度和硬度显著 提高而塑性和韧性显著下降的现象 ，加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的
根本原因是位错密度提高，变形抗 力增大。 4．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界、晶格位向差。 5．金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，冷变形后金属的 强度增大，塑性降低。6．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好，而高温下使用的金属材 料以粗一些晶粒为好。对于在高温下工作的金属材料，晶粒应粗一些。因为在高温下原子沿晶界 的扩散比晶内快，晶界对变形的阻 力大为减弱而致 7．内应力可分为宏观内应力、微观内应力、点阵畸变三种。 三判断题 1．晶体滑移所需的临界分切应力实测值比理论值小得多。（√） 2 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑
第四章 塑性变形(含答案)
第四章塑性变形（含答案） 一、填空题（在空白处填上正确的内容） 1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。 答案：滑移面、滑移方向、好（强） 2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。 答案：熔点、低 3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。答案：滑移 4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。 答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异） 5、生产中消除加工硬化的方法是________。 答案：再结晶退火 6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。答案：晶粒长大 7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。 答案：第三类（超微观） 8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。 答案：再结晶退火 9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。 答案：加工硬化 10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。答案： 269℃ 11、常温下，金属单晶体塑性变形方式有________和________两种。 答案：滑移、孪生 12、金属产生加工硬化后会使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。答案：提高、提高、降低、降低 13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。答案：平行（于）、垂直（于） 14、金属单晶体塑性变形有________和________两种不同形式。 答案：滑移、孪生 15、经过塑性变形的金属，在随后的加热过程中，其组织、性能和内应力将发生一系列变化。大致可将这些变化分为________、________和________。 答案：回复、再结晶、晶粒长大 16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。 答案：再结晶温度
热变形温度测定
热变形温度测定 实验目的 了解高分子材料弯曲负载热变形温度测定的基本原理。 掌握高分子材料弯曲负载热变形温度的测定方法。 实验原理 测定高分子材料试样浸在一种等速升温的合适液体传热介质中，在简支梁式的弯曲负载作用下，试样弯曲变形达到规定值时的温度，即弯曲负载热变形温度。 液体传热介质在试验过程中与试样相容性好，即不造成溶胀、软化、开裂等影响的液体。通常选用硅油比较合适。温度计及形变测定仪应定期进行校正。 热变形温度适用于控制质量和作为鉴定新材料热性能的一个指标，不代表使用温度。 本方法适用于在常温下是硬质的模塑材料和板材。 实验主要原材料及设备 实验原料PS 666D 样条尺寸 长：120mm 宽：10mm 高：15mm 实验仪器 RW-3塑料热变形温度测试仪 由架、负荷压头、硅码、中点形变测定 仪、温度计及可程序升温的保温浴槽组成，其 基本结构如图所示。 实验条件 在试样高度变化时相对应形变量的变化表中查出本实验的相对变形量为0.21mm 应加砝码质量由下式计算： W=2σbh 3l—R—T W:砝码质量,g σ:试样最大弯曲正应力，N b：试样宽度,mm h：试样高度,mm l：两支座中心距离,mm R：负载杆、压头质量,g T：变形测量的附加力，N 计算的砝码质量为2626g 选择A+C+D三个砝码 实验步骤 1.测量试样中心附近的高度h 和宽度b 精确至0 ．05mm 。 2.把试样对称地放在试样支座上，高度方向(h ＝15mm ) 必须垂直放置，拧紧负载杆和压头的固定螺钉，压头对正试样中心。 3.插入温度计，使水银球在试样中心点附近约3mm 以内、但不能触及试样或压头。 4.把装好试样的支架小心放入保温液槽内，试样应在距液面35mm 以下。加上砝码，
弯扭组合变形实验报告
创作编号： BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验 一．实验目的 1．用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向； 2．测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。 二．实验仪器和设备 1．弯扭组合实验装置； 2．YJ-4501A/SZ静态数字电阻应变仪。 三．实验原理 薄壁圆管受力简图如图1所示。薄壁圆 管在P力作用下产生弯扭组合变形。 薄壁圆管材料为铝合金，其弹性模量E 为722 GN, 泊松比μ为0.33。薄壁圆管截图1 m 面尺寸、如图2所示。由材料力学分析可知，该截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩。Ⅰ-Ⅰ截面现有A、B、C、D四个测点，其应力状态如图3所示。每点处已按–450、00、+450方向粘贴一枚三轴450应变花，如图4所
示。 图2 图3 图4 四．实验内容及方法 1. 指定点的主应力大小和方向的测定 薄壁圆管A 、B 、C 、D 四个测点，其表面都处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变， 然后运用应变-应力换算关系求出主应力的大小和方向。若测得应变ε-45、ε0、ε45 ，则主应力大小的计算公式为 ()()()?? ? ???-+--±++-=--24502 04545 45231212 11εεεεμ εεμμσσE 主应力方向计算公式为 ()() 04545045 452εεεεεεα----= --tg 或 () 4545045 4522εεεεεα+--- =--tg 2. 弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应力的测定 a. 弯矩M 引起的正应力的测定 只需用B 、D 两测点00方向的应变片组成图5（a ）所示半桥线路，就可测得弯矩M 引的正应变 2 Md M εε= 然后由虎克定律可求得弯矩M 引起的正应力 2 Md M M E E εεσ= = b. 扭矩M n 引起的剪应力的测定 图5 用A 、C 两被测点-450、450方向的应变片组成图5（b ）所示全桥线路， 可测得扭矩M n 在450方向所引起的线应变 4 nd n εε= 由广义虎克定律可求得剪力 M n 引起的剪应力 ()2 14nd nd n G E εμετ= += c. 剪力Q 引起的剪应力的测定 用A 、C 两被测点-450、450方向的应变片组成图5（c ）所示全桥线路，
05 金属材料热处理 第五章 金属及合金的塑性变形 教案
第五章 金属及合金的塑性变形 一、教学目的 1 阐明金属塑性变形的主要特点及本质； 2 指出塑性变形对金属组织和性能的影响； 3 揭示加工硬化的本质与意义。 二、 教学内容 （1）拉伸曲线及其所反映的常规机械性能指标； （2）塑性变形的宏观变形规律与微观机制； （3）加工硬化的本质及实际意义； （4）塑性变形对金属与合金组织、性能的影响： （5）金属材料的强化机制。 三、 重点与难点 重点： （1）塑性变形的宏观变形规律与微观机制 （2）晶体缺陷对塑性变形的影响； （3）金属塑性变形后的组织与性能； （4）加工硬化的本质及实际意义，残余应力； 难点： （1）塑性变形的位错机制 （2）形变织构与纤维组织的差别 §5-1 金属的变形特性 一、应力-应变曲线 拉伸曲线：表示金属在拉伸时伸长量与外力的关系曲线。 应力-应变曲线：为了对不同长短、粗细的试样进行比较，将拉伸曲线中的纵、横坐标分别改为应力（σ=P/A0）和应变（ε=（l-l0）/l0），即为应力-应变曲线。
由于拉伸时，横截面积每时每刻都在改变，而计算应力是一直用原始横截面积A 0，故所得应力不是真实应力，因此也称为名义应力-应变曲线。 二、真应力-应变曲线 当拉伸一个l 0长的均匀圆柱体时，其真应变εT 应按每一瞬时的长度（l 1，l 2，l 3，…）计算： 022*******ln )(0l l l dl l l l l l l l l l l l T ==+?+?+=∑∫?L ε （1） 该式表明，采用真应变时，总应变与逐步递增的应变之和相等，但按工程应变计算时，两者并不相等。例如：两试样一次拉伸l 0→l 2或分两次拉伸l 0→l 1→l 2，若按真应变计算，存在： 02 1201ln ln ln l l l l l l =+ 若按工程应变计算，则： 002112001l l l l l l l l l ?≠?+? 在拉伸试样出现颈缩之前，真应变εT 与工程应变ε之间有以下关系： 1,10000+=?=?=εεl l l l l l l 则Q )1ln(ln 0+==∴εεl l T （2） 此外，真应力σT 的计算定义为： A P T =σ （3） 同样，计算真应力时，由于有：A 0l 0=A l =常数，故： )1(0000+====εσσl l A P A A A P A P T （4） 二、弹性变形与弹性模量 在应力-应变曲线的起始弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，且具有可逆性，即遵循虎克定律。 在拉伸条件下，弹性范围内的真应力与真应变关系为σT =C εT ，其中比例常数C 为拉伸曲线的起始斜率，称为弹性模量，它反映材料抵抗弹性变形的能力。由于工程应力-应变曲线与真应力-应变曲线在弹性区基本一致，故习惯上用σ=E ε表示，而切变条件下，该关系为：τ=G γ。其中，E 和G 分别为正弹性模量和切变弹性模量，两者关系为： )1(2ν+=E G （5） 式中，ν为泊松比，表示单轴拉伸时横向缩短与纵向伸长的比值，一般金属多在0.30~0.35之间。 当晶体发生弹性变形时，外力所做的功W 相当于应力-应变曲线的弹性直线
金属的塑性变形与再结晶
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：
实验四 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定
实验四 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定 实验内容： 构件在弯扭组合作用下，根据强度理论，其强度条件是[]r σσ≤。计算当量应力r σ，首先要确定主应力，而主应力的方向是未知的，所以不能直接测量主应力。通过测定三个不同方向的应变，计算主应变，最后计算出主应力的大小和方向。本实验测定应变的三个方向分别是-45°、0°和45°。 实验目的与要求： 1、用电法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向 2、进一步熟悉电阻应变仪的使用，学会1/4桥法测应变的实验方法 设计思路： 为了测量圆管的应力大小和方向，在圆管某一截面的管顶B 点、管底D 点各粘贴一个45°应变花，测得圆管顶B 点的-45°、0°和45°三个方向的线应变45ε-、 0ε、45ε。 应变花的粘贴示意图 实验装置示意图 关键技术分析： 由材料力学公式： 得 从以上三式解得 主应变
根据广义胡克定律 1、实验得主应力 大小 ___ ___ ___145452()2(1)E σεεσμ-+?= ± ?-?实实方向 _________ ___ 04545 45452( )/(2) tg αεεεεε-- =+ --实 2、理论计算主应力 3、误差 实验过程 1.测量试件尺寸、力臂长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。附表1 2.拟定加载方案。先选取适当的初载荷P 0(一般取P o =lO ％P max 左右)。估算P max (该实验载荷范围P max <400N)，分4～6级加载。 3．根据加载方案，调整好实验加载装置。 4．加载。均匀缓慢加载至初载荷P o ，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。 5．作完试验后，卸掉载荷，关闭电源， 整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。 6.实验装置中，圆筒的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切勿超载，不能用力扳动圆筒的自由端和力臂。
第三章 金属的塑性变形与再结晶
第三章 金属的塑性变形与再结晶 塑性变形是塑性加工（如锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压等）的基础。大多数钢和有色金属及其合金都有一定的塑性，因此它们均可在热态或冷态下进行塑性加工。 塑性变形不仅可使金属获得一定形状和尺寸的零件、毛坯或型材，而且还会引起金属内部组织与结构的变化，使铸态金属的组织与性能得到改善。因此，研究塑性变形过程中的组织、结构与性能的变化规律，对改进金属材料加工工艺，提高产品质量和合理使用金属材料都具有重要意义。 第一节 金属的塑性变形 一、单晶体的塑性变形 单晶体塑性变形的基本方式是滑移和孪生。 1畅滑移 滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（即滑移面）发生相对的滑动。 滑移是金属塑性变形的主要方式。 图3－1 单晶体滑移示意图单晶体受拉伸时，外力F 作用在滑移面上的应力f 可分解为正 应力σ和切应力τ，如图３－１所示。正应力只使晶体产生弹性伸 长，并在超过原子间结合力时将晶体拉断。切应力则使晶体产生弹 性歪扭，并在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑 移。 图３－２所示为单晶体在切应力作用下的变形情况。单晶体未 受到外力作用时，原子处于平衡位置（图３－２ａ）。当切应力较小 时，晶格发生弹性歪扭（图３－２ｂ），若此时去除外力，则切应力消 失，晶格弹性歪扭也随之消失，晶体恢复到原始状态，即产生弹性变 形；若切应力继续增大到超过原子间的结合力，则在某个晶面两侧 的原子将发生相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍（图３－２ｃ）。此时如果使切应力消失，晶格歪扭可以恢复，但已经滑移的原子不能回复到变形前的位置，即产生塑性变形（图３－２ｄ）；如果切应力继续增大，其他晶面上的原子也产生滑移，从而使晶体塑性变形继续下去。许多晶面上都发生滑移后就形成了单晶体的整体塑性变形。 一般，在各种晶体中，滑移并不是沿着任意的晶面和晶向发生的，而总是沿晶体中原子排列最紧密的晶面和该晶面上原子排列最紧密的晶向进行的。这是因为最密晶面间的面间距和最密晶向间的原子间距最大，因而原子结合力最弱，故在较小切应力作用下便能引起它们之间的相对 3 3
金属的塑性变形与再结晶-材料科学基础学习知识-实验-06
实验六金属的塑性变形与再结晶 （Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）实验学时：2 实验类型：综合 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 1．观察显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特征； 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．讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。 二、概述 1．显微镜下的滑移线与变形孪晶 金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。 所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。 把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：① 各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；② 各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③ 在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。） 另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。 孪晶的结果是：孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。（注：孪晶是材料内部晶体结构上的变化，样品制备过程不会造成孪晶的消失。） 对体心立方结构的Fe -α，在常温时变形以滑移方式进行；而在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶方式变形；而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。 2．变形程度对金属组织和性能的影响
中文ASTM D 648塑料热变形温度
ASTM D 648-07 塑料侧立式弯曲负荷下变形温度的标准测试方法 1 范围 1.1本试验方法适用于测试在特定的条件下试样发生特定变形时的温度。 1.2 本试验方法适用于测试在常温下刚性或者半刚性的，厚度在3mm[1/8in]或以上的模具成型或者薄片的试样。 注1：薄片厚度少于3mm [0.125in]但大于1mm [0.040in]可以用几片薄片复合试样来测试，但最小厚度为3mm。一种制备复合试样的方式是用砂纸把薄片的面打磨平，用胶水粘合。施加载荷的方向需垂直于每个薄片的边缘。 1.3 在SI的单位的评估值将视为标准。给定值仅提供一些信息。 1.4 本标准无意涉及所有使用过程中的安全问题。本标准是帮助用户建立适当的安全标准和卫生管理办法，并且在规定的期限内使用。 注2：这个测试方法描述为本测试办法的B方法，在技术上，方法Ae和Be分别与ISO 75-1 和ISO 75-2，1993，等价。 2 参考文献 2.1 ASTM标准D 618 测试用塑料调质实施规范。 D 883 塑料相关术语。 D 1898 塑料抽样实施规范。 D 5947 固体塑料试样外形尺寸测试方法。 E1 在液体中的玻璃温度计ASTM说明。 E77 温度计的检查和检验测试方法。 E608/E608M 矿物隔热，金属屏蔽的基体金属热电偶。 E691 为测定试验方法精密度开展的实验室间研究的实施规范。 E1137/E1137M 工业用铂阻尼式温度计。 2.2 ISO标准ISO 75-1 塑料-负荷变形温度的测定-第1部分：通用试验方法。 ISO 75-2 塑料-负荷变形温度的测定-第2部分：塑料和硬橡胶。 2.3 NIST文件NBS特别出版250-22。 3 术语 3.1 通常-本测试方法定义的塑料是跟D 883 中标准一样，除非另外说明。 4 检测方法简介 4.1 将矩形截面的试样按侧立式方式，放在载荷作用在中间的简支梁上，载荷的最大压力为0.455Mpa [66psi] 或1.82Mpa [264psi]（注3）。将试样在有载荷的作用下，浸入升温速度为2 士0.2℃/min的传热介质中。测试试样的变形量为0.25mm [0.010in]时介质的温度。记录下试样在弯曲载荷作用下的温度作为变形温度。
实验四 弯扭组合变形时的应力测定
实验四弯扭组合变形时的应力测定 一、实验目的 1．用电测法测定平面应力状态下的主应力大小及其方向，并与理论值进行比较。 2．测定弯扭组合变形杆件中的弯矩和扭矩分别引起的应变，并确定内力分量弯矩和扭矩的实验值。 3．进一步掌握电测法和电阻应变仪的使用。 了解半桥单臂，半桥双臂和全桥的接线方法。 二、实验仪器 1．弯扭组合实验装置。 2．YJ-28-P10R静态数字应变仪, 或者YJ-31电阻应变仪。 三、实验原理和方法 弯扭组合变形实验装置如图5-1所示，它由薄壁管1、扇臂2、钢索3、手轮4、加 图4-1 弯扭组合实验装置
载支座5、加载螺杆6、载荷传感器7、钢索接头8、底座9、电子秤10和固定支架11组成。钢索一端固定在扇臂端，另一端通过加载螺杆、载荷传感器与钢索接头固定，实验时转动手轮，加载螺杆和载荷传感器都向下移动，钢索受拉，载荷传感器就有电信号输出，此时电子秤数字显示出作用在扇臂的载荷值，扇臂端的作用力传递到薄壁管上，使管产生弯扭组合变形。 薄壁圆管材料为铝，其弹性模量E=70GPa、泊松比μ=0.33,管的平均直径D0=37mm,壁厚t=3mm。 Ⅰ-Ⅰ 图4-2 图4-3 A、B、C、D点应力状态
薄壁圆管弯扭组合变形受力如简图4-2所示。Ⅰ-Ⅰ截面为被测位置，该截面上的内力有弯矩和扭矩。取其前、后、上、下的A 、B 、C 、D 为被测的四个点，其应力状态见图4-3（截面Ⅰ-Ⅰ的展开图）。每点处按-450 、0、+450 方向粘贴一片450 的应变花，将截面Ⅰ-Ⅰ展开如图4-4（a ）所示。 四、 实验内容和方法 1．确定主应力大小及方向： 弯扭组合变形薄壁圆管表面上的点处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变后，可算出主应变的大小和方向，再应用广义胡克定律即可求出主应力的大小和方向。 主应力 ()()()?? ?? ??-+--±++-= ?+?-?+?-24502045454522.12 1211εεεεμεεμ μσE (1) 主方向 ()() 0454*******a εεεεεεα----= ?+?-? -?+n t (2) 式中：045-ε、0ε、045+ε分别表示与管轴线成045-ε、0ε、045+ε方向的线应变 2． 单一内力分量或该内力分量引起的应变测定： (1)弯矩M 及其所引起的应变测定 （a ）弯矩引起正应变的测定： 用上、下（即B 、D 两点）两测点两片方向的应变片组成图8-4b 所示半桥测量线路，测得B 、D 两处由于弯矩引起的正应变 2 ds M εε= (3) 式中：ds ε——应变仪的读数应变 M ε——由弯矩引起的轴线方向的应变 (b)弯矩M 的测定：
工业纯铝的塑性变形与再结晶实验方案
实验方案金属的塑性变形与再结晶 一，实验目的 1、观察显微镜下滑移线、变形孪晶的特征； 2、了解金属经冷加工变形后显微组织及性能的变化； 二、概述 1 显微镜下的滑移线与变形挛晶 金属受力超过弹性极限后，在金属中特产生塑性变形。金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为滑移和孪晶两种。 所谓滑移时晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动实质为位错沿滑移面运动的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位相保持不变。把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。变形后的显微姐织是由许多滑移带所组成。 另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属，如六方晶系镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的—部分以一定的晶面为对称面；与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。孪晶的结果是孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。 2、变形程度对金属组织和性能的影响 变形前金属为等轴晶粒，轻微量变形后晶粒内即有滑移带出现，经过较大的变形后即发现晶粒被拉长，变形程度愈大，晶粒被拉得愈长，当变形程度很大时，则加剧剧了晶粒沿一定方向伸长，晶粒内部被许多的滑移带分割成细小的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。 由于变形的结果，滑移带附近晶粒破碎，产生较严重的晶格歪扭，造成临界切应力提高，使继续变形发生困难，即产生了所谓加工硬化现象。随变形程度的增加，金属的硬度、强度、矫顽力、电阻增加，而塑性和韧性下降。 3、形变金属在加热后组织和性能的影响 变形后的金属在较低温度加热时，金属内部的应力部分消除，歪曲的晶格恢
塑料热变形温度测试实验
塑料热变形温度测试实验 一、实验目的 1.掌握塑料热变形温度的测试原理和测试方法； 2.测定热塑性塑料的热变形温度。 二、实验原理 负荷热变形温度是衡量塑料耐热性的主要指标之一，现在世界各国的大部分塑料产品的标准中，都有负荷变形温度这一产品质量控制指标。塑料热变形温度测定的是在规定的载荷大小、施力方式、升温速度下到达规定的变形值的温度，它不是材料的最高使用温度。 1.仪器 图1 负荷变形温度测定典型设备 负荷热变形温度侧定仪由试样支架、负荷压头、砝码、中点形变测定仪、温度计及能恒速升温的加热浴箱组成，其基本结构如图1所示。试样支架两支点的距离即跨度，通常为100±2mm，负荷压头位于支架的中央，支架及负荷压头与试样接触的部位是半径 3.0mm±0.2mm的圆角。加热浴箱中的液体热介质，应选取在试验过程中对试样不造成溶胀、软化、开裂等影响的液体，对于大部分塑料，选用硅油较合适。温度计及形变测定仪应定期进行校正。 2.试样
试样为一矩形样条，可采用两种放置方式：平放式和侧立式。对于平放试验，要求使用尺寸为80mm ×10mm ×4mm 的试样，对侧立试样没有严格的规定。使用80mm ×10mm ×4mm 的ISO 样条具有以下优点：试样的热膨胀对试验结果的影响较小；斜角不会影响试验结果，不会以侧棱为底立住试样；可以更严格地规定模塑参数和试样尺寸。平放方式是实验优选。实验跨度设定为：平放64±1mm ，侧立100±2mm 。 3. 测定 这个试验方法的最大特点是试样尺寸可以在一定范围内变化，因此在侧定之前，先要精确侧量试样的尺寸，再根据试样实际的尺寸计算出负荷力的大小，计算公式为： 2 23bd F L σ= 式1 式中：F ——负荷，N ； σ——试样表面承受的弯曲正应力，MPa ； b ——试样宽度，mm ； d ——实验厚度，mm ； L ——支座间距离（跨度），mm 。 施加的弯曲正应力σ应为下列三者之一：1.80MPa （A 法），0.45MPa （B 法），8.00MPa （C 法）。测量b 和d 时，应精确到0.1mm ；测量L 时，应精确到0.5mm 。根据计算出来的负荷力，调节试样的负荷，实验设备中的负载杆及变形测量装置的附加力都应计入总负荷之中。因此，应加砝码重量W ： 12/W F g m m =-- 式2 式中：W ——应加砝码重量，g ； F ——由式1计算所得的负荷力，N ； g ——重力加速度，9.8N/g ； m 1——负载杆、压头和托盘等的质量，g ； m 2——变形测量装置的附加重量，g 。 其后按规定进行升温，当试样中点的变形量达到规定值时，选取的温度即为