第三篇金属压力加工(第一章金属的塑性变形)课件.ppt

1、1.1.金属的塑性变形金属的塑性变形2.2.锻锻 造造3.3.板料冲压板料冲压讲授学时：讲授学时：8 8 学时学时 利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加工，又称金属压力加工，又称“金属塑性加工金属塑性加工”。 金属压力加工的基本方式有以下几种：轧制、拉拔、挤压金属压力加工的基本方式有以下几种：轧制、拉拔、挤压、锻造及板料冲压。、锻造及板料冲压。 轧制：金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得轧制：金属

2、坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。各种产品的加工方法。轧板轧板、轧圆钢轧圆钢、冷轧丝杠冷轧丝杠视频。视频。 轧制产品：各种截面形状的型材、板材、无缝管材等。轧制产品：各种截面形状的型材、板材、无缝管材等。 拉拔：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。拉拔：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 冷拔加工冷拔加工视频。视频。 挤压：金属坯挤压：金属坯料在挤压模内被挤料在挤压模内被挤出模孔而变形的加出模孔而变形的加工方法。挤压可获工方法。挤压可获得各种复杂截面的得各种复杂截面的型材或零件。型材或零件。动画动画 类型分：正挤压类型分：正挤压空心件空心件和和实心

3、件实心件以及以及反挤压反挤压的动画演示。的动画演示。 锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工方法。方法。锻自由造锻自由造视频。视频。 板料冲压：金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形板料冲压：金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形的加工方法。的加工方法。板料冲压板料冲压视频。视频。 应用：应用： 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料 轧轧制、挤压和拉拔等方法制成。制、挤压和拉拔等方法制成。 承受重载的机件等许多毛坯承受重载的机件等许多毛坯( (机床主轴、重要齿轮）机床主

4、轴、重要齿轮） - - 锻锻造方法制造。造方法制造。 板料冲压广泛用于汽车、电器、仪表等方面。板料冲压广泛用于汽车、电器、仪表等方面。学习目的及要求学习目的及要求：1.1.了解变形机理；了解变形机理；2.2.掌握金属常温下塑性变形时组织性能变化；掌握金属常温下塑性变形时组织性能变化；3.3.掌握加工硬化现象的利与弊及如何消除；掌握加工硬化现象的利与弊及如何消除；4.4.了解影响可锻性的因素。了解影响可锻性的因素。重点及难点：重点及难点：1.1.加工硬化、再结晶；加工硬化、再结晶；2.2.纤维组织。纤维组织。金属材料经过压力加工之后，其内部组织发生很大变化，金属材料经过压力加工之后，其内部组织发

5、生很大变化，金属的性能得到改善和提高。金属的性能得到改善和提高。因此，为正确选用压力加工方法、合理设计其零件，必须了因此，为正确选用压力加工方法、合理设计其零件，必须了解金属塑性变形的实质、规律和影响因素等。解金属塑性变形的实质、规律和影响因素等。 第一节第一节 金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质 弹性变形：弹性变形： 金属在外力作用下，其内部必将产生应力。当外力停止作用金属在外力作用下，其内部必将产生应力。当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失，金属的这种变形称为弹性变形后，应力消失，变形也随之消失，金属的这种变形称为弹性变形 塑性变形：塑性变形： 外力增大到使金属的内应力超过该金外力

6、增大到使金属的内应力超过该金属的屈服点之后，即使外力停止作用，金属的屈服点之后，即使外力停止作用，金属的变形也并不消失，这种变形称为属的变形也并不消失，这种变形称为塑性塑性变形变形。 1. 1. 单晶体内的变形单晶体内的变形 塑性变形的实质：是在晶体内沿一定晶面产生相对滑移的结塑性变形的实质：是在晶体内沿一定晶面产生相对滑移的结果。果。动画演示动画演示。 2. 2. 多晶体（实际金属）的变形多晶体（实际金属）的变形 实际晶体内部存在大量缺陷。其中，以位错对金属塑性变形实际晶体内部存在大量缺陷。其中，以位错对金属塑性变形的影响最为明显。的影响最为明显。多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形动画。动画。

7、 滑移：滑移： 是通过位错运动实现的。是通过位错运动实现的。塑性变形主要通过塑性变形主要通过“滑移滑移”方方式进行，式进行，无数个滑移便形成宏无数个滑移便形成宏观的塑性变形。观的塑性变形。 可知，由于通常使用的金属都是大量微小晶粒组成的多晶可知，由于通常使用的金属都是大量微小晶粒组成的多晶体。因此，体。因此，其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个晶粒其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个晶粒产生变形的综合效果，同时，晶间也变形。产生变形的综合效果，同时，晶间也变形。 自由锻错移变形：自由锻错移变形：视频视频。地毯的皱折移动与位错：。地毯的皱折移动与位错：视频视频。 纯铝试件的拉伸试验及

8、位错模型：纯铝试件的拉伸试验及位错模型：视频视频。 电子显微镜下的位错运动：电子显微镜下的位错运动：视频视频。金属受外力金属受外力晶内晶内- -滑移滑移晶间晶间- -滑动、转动滑动、转动宏观塑性变形宏观塑性变形 弹复现象：弹复现象： 金属内部有了应力就会发生弹性变形。应力增大到一定程度金属内部有了应力就会发生弹性变形。应力增大到一定程度后使金属产生塑性变形。当外力去除后，弹性变形将恢复，后使金属产生塑性变形。当外力去除后，弹性变形将恢复，称称“弹复弹复”现象。现象。 - - 弹复对工件的变形和质量影响很大，金属压力加工时，应弹复对工件的变形和质量影响很大，金属压力加工时，应采取措施防止。采取措

9、施防止。 实际金属：实际金属： 1 1）冷变形强化（加工硬化）：）冷变形强化（加工硬化）：a a、金属的力学性能随其内部组织变化而发生明显变化。、金属的力学性能随其内部组织变化而发生明显变化。变形变形，金属的强度及硬度，金属的强度及硬度而塑性和韧性而塑性和韧性。这种现象称。这种现象称为为冷变形强化冷变形强化，又称，又称加工硬化加工硬化。原因：碎晶块和附近晶格扭曲阻碍滑移。原因：碎晶块和附近晶格扭曲阻碍滑移。 金属在常温下经过塑性变形后，内部组织和性能将发生两种金属在常温下经过塑性变形后，内部组织和性能将发生两种变化：变化： 1 1、组织变化：、组织变化： 晶粒沿最大变形的方向伸长；晶粒沿最大变

10、形的方向伸长； 晶格与晶粒发生扭曲；晶格与晶粒发生扭曲； 晶粒间产生碎晶。晶粒间产生碎晶。 2 2、性能变化（加工硬化）、性能变化（加工硬化） 是随变形程度的增加，强度、硬是随变形程度的增加，强度、硬度增加，而塑性、韧性下降的现象。度增加，而塑性、韧性下降的现象。b b、金属回复温度：、金属回复温度：冷变形强化冷变形强化是一种不稳定现象，具有自发的回复到稳定状态是一种不稳定现象，具有自发的回复到稳定状态的倾向。但在室温下不易实现。的倾向。但在室温下不易实现。当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子得以当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子得以回复正常排列，消除了晶格扭曲，致使

11、加工硬化得到部分消除。回复正常排列，消除了晶格扭曲，致使加工硬化得到部分消除。这一过程称为这一过程称为“回复回复”。这时的温度称为回复温度，即这时的温度称为回复温度，即 T T回回=(0.25=(0.250.3)T0.3)T熔熔c c、金属再结晶温度、金属再结晶温度当温度继续升高到该金属熔点绝对温度当温度继续升高到该金属熔点绝对温度0.40.4倍时，金属原子获倍时，金属原子获得更多热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结得更多热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，从而消除了全部冷变形强化现象。构结晶成新的晶粒，从而消除了全部冷变形强化现象。这个过程这个过

12、程称为再结晶。称为再结晶。这时的温度称为再结晶温度，即这时的温度称为再结晶温度，即T T再再=0.4 T=0.4 T熔熔金属强化：金属强化：金属的冷变形强化（冷作硬化）是强化金属的重要手段，尤金属的冷变形强化（冷作硬化）是强化金属的重要手段，尤其是对无同素异构转变的金属是唯一强化金属的方法。其是对无同素异构转变的金属是唯一强化金属的方法。但强化金属的同时，给金属的继续加工带来了困难，因此但强化金属的同时，给金属的继续加工带来了困难，因此要经过再结晶使金属重新获得塑性，因此塑性变形工艺过程中经要经过再结晶使金属重新获得塑性，因此塑性变形工艺过程中经常应用到再结晶退火工艺。常应用到再结晶退火工艺。

13、再结晶退火：再结晶退火：就是将冷作硬化以后的金属重新加热到再结晶温度以上某一就是将冷作硬化以后的金属重新加热到再结晶温度以上某一温度让其发生再结晶，继而消除冷作硬化现象，以利于继续进行温度让其发生再结晶，继而消除冷作硬化现象，以利于继续进行塑性加工。塑性加工。加工硬化与再结晶的应用：加工硬化与再结晶的应用：视频视频。2 2）热变形）热变形( (热加工热加工) ) T T加工加工 T T再再 时，变形产生的加工硬化被时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的相同晶粒组织，而无任何加工硬化再结晶的相同晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，

14、这种变形称为痕迹，这种变形称为热变形热变形。即冷变形强化和再结晶过程同时存在。即冷变形强化和再结晶过程同时存在。热变形结果：热变形结果：无加工硬化无加工硬化加工硬化和再结晶同时进行；加工硬化和再结晶同时进行；所以，经热变形的金属虽然没有加所以，经热变形的金属虽然没有加工硬化，但是其机械性能仍明显提高。工硬化，但是其机械性能仍明显提高。可把粗大、不均匀结构可把粗大、不均匀结构 细化。细化。细化晶粒细化晶粒铸态晶粒被破碎；铸态晶粒被破碎；致密组织致密组织缩松、气孔被压合；缩松、气孔被压合；形成纤维组织形成纤维组织杂质分布状态被杂质分布状态被改变。改变。 纤维组织的利用原则：纤维组织的利用原则：1

15、1）纤维组织：）纤维组织：铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织纤维组织。纤维组织视频纤维组织视频。2 2）具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相同。）具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能的方向金属的变形程度越大，纤维组织

16、就越明显，机械性能的方向性也就越显著。性也就越显著。实例：不同工艺及加工方法不同实例：不同工艺及加工方法不同a a）当采用棒料直接经）当采用棒料直接经切削加工切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部制造螺钉时，螺钉头部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着纤维方的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱。向，故螺钉的承载能力较弱。原则：原则：使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。纤维方向垂直

17、。b b）当采用同样棒料经局部）当采用同样棒料经局部镦粗方法镦粗方法制造螺钉时，纤维不被切制造螺钉时，纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。断且连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。金属的可锻性金属的可锻性 金属的可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品金属的可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。难易程度的工艺性能。 一、金属的本质（内因）一、金属的本质（内因） 1 1、化学成分的影响、化学成分的影响 一般情况下，纯金属的可锻性比合金好；碳钢一般情况下，纯金属的可锻性比合金好；碳钢C%C% ，可锻性可锻性 ；钢中含有形成碳化物的元

18、素（铬、钼、钨、钒）时，；钢中含有形成碳化物的元素（铬、钼、钨、钒）时，可锻性可锻性 可锻性常用金属的可锻性常用金属的塑性塑性( ( ) )和和变形抗力变形抗力( ( y y) )综合评定。综合评定。 , , y y 可锻性可锻性 ，反之差。，反之差。 变形抗力变形抗力( ( y y) )：指在压力加工过程中变形金属作用于施压：指在压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力。工具表面单位面积上的压力。 y y，变型中所消耗的能量，变型中所消耗的能量。 可知，金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。可知，金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。 2 2、金属组织的影响、金属组织的影

19、响 纯金属及固溶体的可锻性好，而碳化物的可锻性差。纯金属及固溶体的可锻性好，而碳化物的可锻性差。 组织组成：组织组成： 单相比多相好，如单相比多相好，如 A A比比P P 好。故好。故锻造温度多选在锻造温度多选在 A A 区。区。 变形温度变形温度 ，, , y y ，可锻性可锻性 （但不能过烧）。（但不能过烧）。 过烧：过烧：是指加热温度过高，被是指加热温度过高，被锻金属的晶界因含合金元素或杂质量锻金属的晶界因含合金元素或杂质量高、熔点低而先发生熔化。高、熔点低而先发生熔化。锻造时即锻造时即发生开裂，故一定不能过烧。发生开裂，故一定不能过烧。 二、加工条件（外因）二、加工条件（外因） 1 1

20、、变形温度的影响、变形温度的影响 提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施，并提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施，并对生产、产品质量及金属的有效利用等均有极大的影响。对生产、产品质量及金属的有效利用等均有极大的影响。 2 2、变形速度的影响、变形速度的影响 变形速度：变形速度： 即单位时间的变形速度。它对可锻性的影响是矛盾的。即单位时间的变形速度。它对可锻性的影响是矛盾的。 1 1、a a点左：变形速度点左：变形速度 ， , , y y ，可锻性可锻性 2 2、a a点右：变形速度点右：变形速度 ，热效应现象越明显，热效应现象越明显， y y ，可锻可锻性性 。 热效应现

21、象除在高速锤等热效应现象除在高速锤等设备的锻造较明显外，设备的锻造较明显外，一般压力一般压力加工，不易出现。加工，不易出现。 3 3、应力状态的影响、应力状态的影响 金属经受不同方法变形时，所产生的应力性质（压应力或拉金属经受不同方法变形时，所产生的应力性质（压应力或拉应力）和大小是不同的。应力）和大小是不同的。 实践可知：实践可知：三个方向应力中，受压应力数目三个方向应力中，受压应力数目 ， ，可锻可锻性性 ，拉应力的数目，拉应力的数目 ， , ,可锻性可锻性 。 综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于变形条件。变形条件。 因此，压力加工过程中，应要创造最有利的变形条件，充分因此，压力加工过程中，应要创造最有利的变形条件，充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，发挥金属的塑性，降低变形抗力，使功耗最少，变形进行的充分使功耗最少，变形进行的充分，达到加工的目的。，达到加工的目的。