1、材料成型工艺学（中）材料成型工艺学（中）1ppt课件 第一篇第一篇 挤压挤压2ppt课件一、概述一、概述1 简介简介 压力加工：借助外力使金属产生压力加工：借助外力使金属产生塑性变形塑性变形进而形成各种进而形成各种尺寸、形状和用途的零件和半成品。（不同于机加工）尺寸、形状和用途的零件和半成品。（不同于机加工） 工业中广泛使用的零件一般通过下列方法获得：工业中广泛使用的零件一般通过下列方法获得：铸造铸造，如轧机牌坊；，如轧机牌坊；铸造后机加工铸造后机加工，如轧辊；，如轧辊；铸造后压力加工铸造后压力加工，如钢轨；，如钢轨；铸造后压力加工再机加工铸造后压力加工再机加工，如螺栓等。，如螺栓等。重要用途
2、的零件一般均需通过压力加工。重要用途的零件一般均需通过压力加工。3ppt课件压力加工的主要方法有：压力加工的主要方法有： 轧制；轧制；挤压与拉拔挤压与拉拔；锻造与冲压（锻压）；锻造与冲压（锻压）主要产品有：主要产品有： 板、带、条、箔；轧制板、带、条、箔；轧制 管、棒、型、线管、棒、型、线；挤压与拉拔；挤压与拉拔 各种零件如车轴、饭盒、洗衣机筒等；锻造与冲压各种零件如车轴、饭盒、洗衣机筒等；锻造与冲压4ppt课件1）挤压与拉拔产品简介）挤压与拉拔产品简介 A 管材管材 按按截面形状截面形状分：圆管、型管如方、六角形管等；分：圆管、型管如方、六角形管等； 按按合金种类合金种类分：铝管、铜管、钢管
3、等；分：铝管、铜管、钢管等； 按按生产方法生产方法分：挤制管、拉制管、焊管、铸管、无缝分：挤制管、拉制管、焊管、铸管、无缝管等；管等； 按按用途用途分：空调管、压力表管、波导管、锅炉管、输分：空调管、压力表管、波导管、锅炉管、输油管、冷凝管、天线管等；油管、冷凝管、天线管等； 按按性能性能分：分：M（退火态）、（退火态）、R（热态）、（热态）、Y（硬态）、（硬态）、Y2（半硬态）、（半硬态）、C（淬火态）、（淬火态）、CZ（淬火自然时效态）、（淬火自然时效态）、CS（淬火人工时效态）等；（淬火人工时效态）等； 此外此外：盘管、蚊香管等。：盘管、蚊香管等。5ppt课件B 棒、线材棒、线材 棒材：
4、棒材：D6mm；分类与管材类似；大多是半成品，进；分类与管材类似；大多是半成品，进一步加工成各种零件，如弹簧，螺栓、螺母等；一步加工成各种零件，如弹簧，螺栓、螺母等； 线材：线材： D6mm；多以盘状供货，广泛应用于仪器仪；多以盘状供货，广泛应用于仪器仪表、电子电力部门，如电线电缆等。表、电子电力部门，如电线电缆等。C 型材型材 非圆截面材，又称经济断面材（可提高材料的利用非圆截面材，又称经济断面材（可提高材料的利用率）；铝、钢型材较多；率）；铝、钢型材较多； 许多型材只能用压力加工法生产许多型材只能用压力加工法生产，如钢轨、变断面型，如钢轨、变断面型材等。材等。6ppt课件2）产品的生产方法
5、）产品的生产方法产品的生产一般可分两步产品的生产一般可分两步; 坯料制取（开坯）坯料制取（开坯）：充分利用金属在高温时的塑性对：充分利用金属在高温时的塑性对其进行其进行大变形量大变形量加工，如热挤、热轧、热锻加工，如热挤、热轧、热锻 制品的获得制品的获得：进行目的在于控制形状、尺寸精度、提：进行目的在于控制形状、尺寸精度、提高综合性能的各种冷加工，如冷轧、拉拔、冲压高综合性能的各种冷加工，如冷轧、拉拔、冲压 目前研究：近终形成形技术、短流程生产技术目前研究：近终形成形技术、短流程生产技术A 管材管材管管材材无缝管无缝管有有缝缝管管挤压挤压斜轧穿孔斜轧穿孔铸造铸造轧轧制制带带弯形弯形焊接焊接拉拔
6、拉拔轧管轧管拉拔拉拔成成品品7ppt课件 挤压挤压：生产灵活、产品质量好，适用于品种、规格多、：生产灵活、产品质量好，适用于品种、规格多、产量小（产量小（有色金属有色金属）的场合，但成本高、成品率低；）的场合，但成本高、成品率低； 斜轧穿孔斜轧穿孔：生产率、成品率高；成本低；但制品形状尺：生产率、成品率高；成本低；但制品形状尺寸精度差；尺寸规格受限制；多用于产量大的钢坯生产，寸精度差；尺寸规格受限制；多用于产量大的钢坯生产，有色金属厂基本没有；有色金属厂基本没有； 铸造铸造：产品的尺寸规格少、质量差、性能低；主要用于：产品的尺寸规格少、质量差、性能低；主要用于生产大尺寸、性能要求不高的产品，如
7、下水管；生产大尺寸、性能要求不高的产品，如下水管； 轧管轧管：道次变形量大，几何损失少，适于难变形合金，：道次变形量大，几何损失少，适于难变形合金，能缩短工艺流程，也是提供长管坯的主要方法（使盘管生能缩短工艺流程，也是提供长管坯的主要方法（使盘管生产得以实现），但形状、尺寸精度差；产得以实现），但形状、尺寸精度差； 拉拔拉拔：是获得精确尺寸、优质表面和性能的主要方法；：是获得精确尺寸、优质表面和性能的主要方法； 焊管焊管：效率高、成本低，但性能、质量差。：效率高、成本低，但性能、质量差。先进工艺先进工艺：挤压：挤压 轧管轧管 （圆盘）拉拔（圆盘）拉拔 联合拉拔联合拉拔8ppt课件B 棒、型、线
8、材棒、型、线材棒、型、线棒、型、线挤压挤压连铸连轧连铸连轧型轧型轧拉拔拉拔成品成品 挤压挤压：适用于多品种、多规格、复杂断面；：适用于多品种、多规格、复杂断面； 连铸连轧连铸连轧：生产率、成品率高、能耗低（利用余热直接：生产率、成品率高、能耗低（利用余热直接轧制）；但品种、规格单一；轧制）；但品种、规格单一； 型轧型轧：适于单一品种、大批量产品的生产。：适于单一品种、大批量产品的生产。发展方向：发展方向： 中小棒材：挤压（轧制）圆盘坯料后联合拉拔出成品；中小棒材：挤压（轧制）圆盘坯料后联合拉拔出成品； 线材：多模、高速方向发展。线材：多模、高速方向发展。9ppt课件2 基本概念基本概念 挤压挤
9、压：对放在容器（挤压筒）内的坯料一端施以压力，使：对放在容器（挤压筒）内的坯料一端施以压力，使之从特定的空隙（模孔）中流出而成型的塑性加工方法。之从特定的空隙（模孔）中流出而成型的塑性加工方法。欲完成挤压需有：欲完成挤压需有： 1）产生动力的装置：）产生动力的装置： 挤压机挤压机 2）传递动力、容纳坯）传递动力、容纳坯料、控制制品尺寸和形料、控制制品尺寸和形状的工具：状的工具：轴、筒、模、穿孔针、轴、筒、模、穿孔针、垫片、模座、锁键垫片、模座、锁键P）轴轴筒筒垫片垫片坯料坯料制品制品模模模座模座锁锁键键穿孔针穿孔针 过程过程：清理筒、装模、落锁键、送锭、放垫片、挤压、：清理筒、装模、落锁键、送
10、锭、放垫片、挤压、抬锁键、切压余、冷却（润滑）工具、重复下一次。抬锁键、切压余、冷却（润滑）工具、重复下一次。10ppt课件1）正向挤压）正向挤压特点：特点：1）存在较大的外摩擦（高温、）存在较大的外摩擦（高温、高压），导致能耗大、变形高压），导致能耗大、变形不均匀（组织性能不均）不均匀（组织性能不均）,制制品表面质量好；品表面质量好；2）操作方便、适用范围广，操作方便、适用范围广，是目前最广泛应用的方法。是目前最广泛应用的方法。3 基本方法基本方法 根据变形温度分：根据变形温度分：热挤压、冷挤压和温挤压；热挤压、冷挤压和温挤压；根据变形特征分：根据变形特征分：正（向）挤压、反（向）挤压、连续
11、正（向）挤压、反（向）挤压、连续方法有很多，但方法有很多，但最基本的方法有以下两种最基本的方法有以下两种：挤压等。挤压等。制品流出的方向与挤压杆的运动方向相同。制品流出的方向与挤压杆的运动方向相同。11ppt课件2）反向挤压反向挤压制品流出的方向与挤压杆的运动方向相反。制品流出的方向与挤压杆的运动方向相反。）固定固定）空空心心锭锭12ppt课件特点特点： 1）变形局限在模孔附近，大部分坯料与挤压筒间没）变形局限在模孔附近，大部分坯料与挤压筒间没有相对运动，因此外摩擦小，能耗低、变形均匀（组织有相对运动，因此外摩擦小，能耗低、变形均匀（组织性能均匀）；性能均匀）； 2）操作不方便、制品的尺寸范围
12、小；）操作不方便、制品的尺寸范围小； 3）制品表面质量差。）制品表面质量差。此外还有：卧式挤压、立式挤压等。此外还有：卧式挤压、立式挤压等。注注： 1）冷、热变形应以合金的）冷、热变形应以合金的再结晶温度再结晶温度界定，如界定，如Sn、Pb在室温变形也无硬化，属热变形；在室温变形也无硬化，属热变形； 2）冷、热挤压是挤压的两大分支，冶金工业中主要冷、热挤压是挤压的两大分支，冶金工业中主要应用热挤压，常称挤压；机械工业主要应用冷挤压。应用热挤压，常称挤压；机械工业主要应用冷挤压。13ppt课件4 基本特点基本特点1）优点）优点 A 可最大限度提高材料的变形能力可最大限度提高材料的变形能力，因此，
13、因此 可加工脆性材料；一次可进行大变形可加工脆性材料；一次可进行大变形B 可提高材料的焊合性，因此可提高材料的焊合性，因此 可生产复合材料；粉末挤压；舌模挤压可生产复合材料；粉末挤压；舌模挤压C 材料与工具的密合性高，因此材料与工具的密合性高，因此 可生产复杂断面制品；选择坯料自由度大可生产复杂断面制品；选择坯料自由度大D 生产灵活（只需更换筒、模即可生产不同生产灵活（只需更换筒、模即可生产不同的制品），制品性能高。的制品），制品性能高。14ppt课件2）缺点）缺点 A 工具消耗大，产品成本高工具消耗大，产品成本高 工作条件：高温、高压、高摩擦，工具消耗大，原工作条件：高温、高压、高摩擦，工具
14、消耗大，原料成本高，占制品成本料成本高，占制品成本35以上以上B 生产率低生产率低 挤压速度低、辅助工序多挤压速度低、辅助工序多C 成品率低成品率低 固有的几何损失多（压余、实心头、切头尾），不固有的几何损失多（压余、实心头、切头尾），不能通过增大锭重来减少能通过增大锭重来减少D 制品组织性能不均匀。制品组织性能不均匀。15ppt课件二、挤压时金属流动的规律二、挤压时金属流动的规律 挤压时金属的流动规律，即筒内各部分金属挤压时金属的流动规律，即筒内各部分金属体积的相互转移规律对制品的组织、性能、表面体积的相互转移规律对制品的组织、性能、表面质量以及工具设计有重要影响。因此研究挤压时质量以及工具
15、设计有重要影响。因此研究挤压时金属的流动规律以及影响因素，可改善挤压过程、金属的流动规律以及影响因素，可改善挤压过程、提高制品的性能和质量。提高制品的性能和质量。 挤压时金属的流动规律十分复杂，且随挤压挤压时金属的流动规律十分复杂，且随挤压方法以及工艺条件的变化而变化，现以生产中广方法以及工艺条件的变化而变化，现以生产中广泛使用的泛使用的简单挤压（单孔模正挤圆棒）简单挤压（单孔模正挤圆棒）过程为例过程为例进行分析。进行分析。16ppt课件1、简单挤压时金属流动的规律、简单挤压时金属流动的规律 按流动特性和挤压力的变化规律，可将挤压过程分为：按流动特性和挤压力的变化规律，可将挤压过程分为： 填充
16、挤压阶段填充挤压阶段：金属在挤压杆（力）的作用下首先充满：金属在挤压杆（力）的作用下首先充满挤压筒和模孔（挤压筒和模孔（金属主要径向流动金属主要径向流动），挤压力急剧升高；），挤压力急剧升高； 基本挤压阶段基本挤压阶段：又称：又称层流层流挤压阶段，金属不发生紊乱挤压阶段，金属不发生紊乱流动，即锭外（内）层金属流动，即锭外（内）层金属出模后仍在外（内）层，挤出模后仍在外（内）层，挤压力稳中有降；压力稳中有降； 终了挤压阶段终了挤压阶段：又称：又称紊流紊流挤压阶段，金属发生紊乱流挤压阶段，金属发生紊乱流动，即外层进入内层，挤压动，即外层进入内层，挤压力上升。力上升。挤压杆行程挤压杆行程挤挤压压力力
17、 填充阶段填充阶段基本阶段基本阶段终了阶段终了阶段17ppt课件1）填充挤压阶段）填充挤压阶段 P 挤压时，为便于将锭坯放挤压时，为便于将锭坯放入筒中，常使锭坯外径小于入筒中，常使锭坯外径小于筒内径筒内径115mm，因此在挤，因此在挤压力的作用下，锭坯首先压力的作用下，锭坯首先径径向流动向流动充满挤压筒，同时有充满挤压筒，同时有少量金属流入模孔。少量金属流入模孔。杆、垫杆、垫片、锭坯开始接触到锭坯充片、锭坯开始接触到锭坯充满挤压筒的阶段称为填充挤满挤压筒的阶段称为填充挤压阶段压阶段。A 必要性必要性 a 操作要求；操作要求； b 实心锭挤管，实心锭挤管， 否则穿孔针弯曲导致否则穿孔针弯曲导致管
18、材偏心管材偏心 ； c 制品要求横向性能，制品要求横向性能， 如航空用型材必须如航空用型材必须有一定的镦粗变形（有一定的镦粗变形（2530） 18ppt课件 ，且可看成是主应力，但由且可看成是主应力，但由于模孔的存在，导致于模孔的存在，导致 分布不分布不均匀，体现在：均匀，体现在：径向上径向上：中心小，两边大，差：中心小，两边大，差异由前向后逐渐减小。异由前向后逐渐减小。轴向上轴向上： 对着模孔部分：由前向后增大对着模孔部分：由前向后增大 对着模壁部分：由前向后减小对着模壁部分：由前向后减小B 应力分析应力分析 作用于坯料上的作用于坯料上的外力外力： 挤压力：挤压力： P ； 模端面反力：模端
19、面反力： N ； 摩擦摩擦力：力： T应力状态应力状态类似于自由体镦粗，类似于自由体镦粗，为为三向压应力三向压应力，即，即 、 、 TNNPTTT LrL19ppt课件C 变形（应变）分析变形（应变）分析 应变状态应变状态：一向压缩（轴向）、二向延伸（径向、周向）：一向压缩（轴向）、二向延伸（径向、周向）变形过程变形过程：开始出鼓形，：开始出鼓形， 断面首先充满挤压筒；继续加断面首先充满挤压筒；继续加 力，力， 断面充满挤压筒；最后，断面充满挤压筒；最后， 断面充满挤断面充满挤 压筒。压筒。 PPP20ppt课件D 坯料端面变形分析坯料端面变形分析 填充挤压时，部分金填充挤压时，部分金属会流入
20、模孔，但此部属会流入模孔，但此部分金属并不是发生塑性分金属并不是发生塑性变形后流入模孔的，而变形后流入模孔的，而是是被剪出被剪出的，其的，其组织是组织是铸态组织铸态组织，必须切下，必须切下（棒材头）。（棒材头）。 原因原因：轴向应力：轴向应力 在径向上的分布是不均匀的，且在径向上的分布是不均匀的，且在模孔周围最大，这种应力突变会产生很大的切应力，在模孔周围最大，这种应力突变会产生很大的切应力，当此切应力达到材料的剪切极限时，对着模孔部分的金当此切应力达到材料的剪切极限时，对着模孔部分的金属便沿模孔被剪出。属便沿模孔被剪出。 LPNNL21ppt课件E 填充阶段应注意的问题填充阶段应注意的问题
21、a 尽量减小变形量尽量减小变形量（锭坯与挤压筒的间隙），否则易（锭坯与挤压筒的间隙），否则易造成：制品性能不均匀；棒材头大，即切头大；低塑性造成：制品性能不均匀；棒材头大，即切头大；低塑性材料易出现表面裂纹。此阶段的变形量用材料易出现表面裂纹。此阶段的变形量用填充挤压系数填充挤压系数表征，定义填充挤压系数为：表征，定义填充挤压系数为：锭筒FFkt一般一般10. 105. 1tk b 锭坯的长度与直径比小于锭坯的长度与直径比小于34，即，即L/D L在在 区有：区有： r L轴向应力轴向应力 分布分布： 轴向上：由前向后逐渐增大；轴向上：由前向后逐渐增大； 径向上：由中心向边部逐渐增大。径向上：
22、由中心向边部逐渐增大。PNNNT LL24ppt课件C 变形（应变）分析变形（应变）分析 应变状态应变状态：二向压缩（径向、周向）、一向延伸（轴向）：二向压缩（径向、周向）、一向延伸（轴向）变形规律（应变分布）变形规律（应变分布）：可由此阶段坐标：可由此阶段坐标网格网格变化分析。变化分析。nl1nlnl 1nlnn 1n1n a 纵向（水平方向）网格在进、出模孔发生方向相纵向（水平方向）网格在进、出模孔发生方向相反的两次弯曲，弯曲程度由内向外逐渐增大，说明变反的两次弯曲，弯曲程度由内向外逐渐增大，说明变形是不均匀的。分别连接两次弯曲的弯折点可得两个形是不均匀的。分别连接两次弯曲的弯折点可得两个
23、曲面，一般将此两曲面与模孔锥面或死区界面所围成曲面，一般将此两曲面与模孔锥面或死区界面所围成的区域叫变形区压缩锥，或简称的区域叫变形区压缩锥，或简称变形区变形区。 25ppt课件nl1nlnl 1nlnn 1n1n b 在变形区中，横向（垂直方向）网格的中心朝前，在变形区中，横向（垂直方向）网格的中心朝前，且越接近模孔弯曲越大，说明且越接近模孔弯曲越大，说明中心质点的流速大于外层中心质点的流速大于外层质点的流速质点的流速，且差异越接近模孔越大。这是因为：，且差异越接近模孔越大。这是因为： 外摩擦影响：外层大，中心小；外摩擦影响：外层大，中心小； 断面温度分布：一般外层低，中心高；断面温度分布：
24、一般外层低，中心高； 模孔的存在使中心质点的流动阻力小于外层质点。模孔的存在使中心质点的流动阻力小于外层质点。 26ppt课件nl1nlnl 1nlnn 1n1n c 制品的网格也有畸变，表现在：制品的网格也有畸变，表现在： 横向线的弯曲程度以及弯曲顶点的间距由前向后逐横向线的弯曲程度以及弯曲顶点的间距由前向后逐渐增大，说明渐增大，说明变形变形（延伸变形和剪切变形）（延伸变形和剪切变形）由前向后逐由前向后逐渐增大渐增大。 中心网格变成近似矩形，外层网格变成平行四边形，中心网格变成近似矩形，外层网格变成平行四边形，说明外层质点不仅承受了纵向延伸，还承受了附加的剪说明外层质点不仅承受了纵向延伸，还
25、承受了附加的剪切变形，且切变形，且剪切变形由中心向外层逐渐增大剪切变形由中心向外层逐渐增大。27ppt课件 变形规律总结变形规律总结： 径向上：外层大，中心小；径向上：外层大，中心小； 轴向上：后端大，前端小；轴向上：后端大，前端小； 变形差异：由前向后逐渐增加；变形差异：由前向后逐渐增加； 流动速度：中心大，外层小；流动速度：中心大，外层小； 总体看流动平稳（层流）。总体看流动平稳（层流）。变变形形前前后后外层外层中心中心28ppt课件D 挤压筒内金属分区挤压筒内金属分区 死区（前端难变形区）死区（前端难变形区）变形区变形区后后端端难难变变形形区区剧烈滑移区剧烈滑移区 前端难变形区前端难变形
26、区 又称又称死区死区，位于筒、模交界处的环，位于筒、模交界处的环形区域，是由于筒、模的形区域，是由于筒、模的摩擦和冷却摩擦和冷却，使此部分金属不，使此部分金属不易变形形成的。易变形形成的。死区在基本挤压阶段基本不参与流动死区在基本挤压阶段基本不参与流动。 死区死区的顶部能阻碍锭坯的表面缺陷进入变形区而流入的顶部能阻碍锭坯的表面缺陷进入变形区而流入制品，因此制品，因此能提高制品的表面质量能提高制品的表面质量。 影响死区大小的因素：模角、摩擦、挤压温度等，随影响死区大小的因素：模角、摩擦、挤压温度等，随这些参数的增大，死区增大，如平模挤压时死区大。这些参数的增大，死区增大，如平模挤压时死区大。29
27、ppt课件 后端难变形区后端难变形区 位于垫片端面附近，是由于筒、垫位于垫片端面附近，是由于筒、垫片的摩擦和冷却，使此部分金属不易变形形成的，在基片的摩擦和冷却，使此部分金属不易变形形成的，在基本挤压末期，此区域逐渐变成一小楔形区。本挤压末期，此区域逐渐变成一小楔形区。 在变形区中，有一个在变形区中，有一个剧烈滑移区剧烈滑移区，处于死区和快速，处于死区和快速流动区之间。变形越不均匀，此区越大，因此随挤压过流动区之间。变形越不均匀，此区越大，因此随挤压过程的进行，此区不断扩大。程的进行，此区不断扩大。 剧烈滑移会导致晶粒过渡破碎，易导致制品表面出现剧烈滑移会导致晶粒过渡破碎，易导致制品表面出现微
28、裂纹和组织粗大（粗晶环），导致制品性能下降。微裂纹和组织粗大（粗晶环），导致制品性能下降。死区（前端难变形区）死区（前端难变形区）变形区变形区后后端端难难变变形形区区剧烈滑移区剧烈滑移区30ppt课件3）终了挤压阶段：）终了挤压阶段： 筒内筒内锭坯长度减小到接近变形区高度时的流动阶段锭坯长度减小到接近变形区高度时的流动阶段。 nl1nlnl 1nlnn 1n1n主要特征主要特征： A 挤压力升高；（死区参与流动、温度低）挤压力升高；（死区参与流动、温度低） B 金属径向流速增加，金属回流（紊流）（维持体积金属径向流速增加，金属回流（紊流）（维持体积不变规律）。不变规律）。 实际生产中，在此阶段
29、停止挤压（留压余）实际生产中，在此阶段停止挤压（留压余）。31ppt课件2、正挤管材时金属流动的特点、正挤管材时金属流动的特点 1） 金属流动比挤压棒材时均匀。主要是由于穿孔金属流动比挤压棒材时均匀。主要是由于穿孔针的摩擦和冷却，使内部质点的流动阻力增大；针的摩擦和冷却，使内部质点的流动阻力增大； 2） 穿孔时强烈的内摩擦易导致制品内表面出现裂穿孔时强烈的内摩擦易导致制品内表面出现裂纹，因此一般润滑穿孔针。纹，因此一般润滑穿孔针。 P）轴轴筒筒垫片垫片坯料坯料制品制品模模模座模座穿孔针穿孔针32ppt课件3、反挤压时金属流动的特点、反挤压时金属流动的特点 1） 变形区小且集中在模孔附近，金属流
30、动均匀；变形区小且集中在模孔附近，金属流动均匀； 2） 死区小，制品表面质量差；死区小，制品表面质量差； 3） 挤压力小且在基本挤压阶段不变。挤压力小且在基本挤压阶段不变。 行程行程挤挤压压力力 填充阶段填充阶段 基本阶段基本阶段 终了阶段终了阶段正挤正挤反挤反挤）33ppt课件4、影响挤压时金属流动规律的因素、影响挤压时金属流动规律的因素 1） 摩擦与润滑摩擦与润滑 挤压时的摩擦有：筒、模、垫片穿挤压时的摩擦有：筒、模、垫片穿孔针与坯料间的摩擦，一般主要指筒、坯料间的摩擦。孔针与坯料间的摩擦，一般主要指筒、坯料间的摩擦。润滑润滑时摩擦力小，金属时摩擦力小，金属流动均匀流动均匀； 2） 金属强
31、度金属强度 强度高流动均匀强度高流动均匀。（强度高，摩擦小；。（强度高，摩擦小；变形热大，温度分布均匀）；变形热大，温度分布均匀）； 3） 温度温度 有坯料温度和工具预热温度。有坯料温度和工具预热温度。 坯料温度高，流动不均匀坯料温度高，流动不均匀。（温度高，强度低，变形。（温度高，强度低，变形不均匀；温度高，出炉后冷却使锭温度梯度大，变形不不均匀；温度高，出炉后冷却使锭温度梯度大，变形不均匀；一般温度高导热性能下降，锭温度梯度大，变形均匀；一般温度高导热性能下降，锭温度梯度大，变形不均匀）；不均匀）； 工具预热温度高，流动均匀工具预热温度高，流动均匀。（使锭温度分布均匀）。（使锭温度分布均匀
32、）34ppt课件 模模主要有平模（主要有平模（ ）和）和锥模（锥模（ 8590时，变形均匀，性能均匀；时，变形均匀，性能均匀； 当变形程度当变形程度 6时，变形较均匀，但性能低。时，变形较均匀，但性能低。变形程度变形程度变变形形不不均均匀匀性性60606 6858536ppt课件三、挤制品的组织、性能和主要缺陷三、挤制品的组织、性能和主要缺陷1、挤制品的组织、挤制品的组织1） 挤制品组织的不均匀性挤制品组织的不均匀性 A 特征特征 一般情况，前端、中心晶粒粗大，后端、一般情况，前端、中心晶粒粗大，后端、边部晶粒细小。边部晶粒细小。 头部头部 中部中部 尾部尾部37ppt课件 B 原因原因 a
33、变形特点变形特点决定的决定的 挤压时变形的分布规律是前端、挤压时变形的分布规律是前端、中心变形小，后端、外层变形大，导致晶粒的破碎程度中心变形小，后端、外层变形大，导致晶粒的破碎程度由前向后、由里向外逐渐增大；由前向后、由里向外逐渐增大； b 温度分布规律温度分布规律决定的决定的 坯料的温度分布规律一般坯料的温度分布规律一般是前端、中心高，后端、外层低，即前端、中心在高温是前端、中心高，后端、外层低，即前端、中心在高温下变形，而后端、外层在低温下变形；下变形，而后端、外层在低温下变形； 注：注： a 挤压软铝合金时，坯料、筒间温差不大，热量不易挤压软铝合金时，坯料、筒间温差不大，热量不易散失，
34、温度分布规律与上述相反。散失，温度分布规律与上述相反。 b 合金在相变温度下变形，会引起组织不均。如合金在相变温度下变形，会引起组织不均。如HPb59-1，在，在720以上为均匀的以上为均匀的 相，若在挤压过程中相，若在挤压过程中温度低于温度低于720，则会析出，则会析出 相，导致组织不均相，导致组织不均。38ppt课件2） 挤制品的层状组织挤制品的层状组织 A 特征特征 断口呈现出与木质折断口呈现出与木质折断后相似的形貌，分层的断口凸断后相似的形貌，分层的断口凸凹不平并带有裂纹；分层面近似凹不平并带有裂纹；分层面近似平行于轴线；一般出现在前端。平行于轴线；一般出现在前端。 B 原因原因 a
35、根本原因是坯料中存在有根本原因是坯料中存在有大量的气孔、缩孔或在晶界上分大量的气孔、缩孔或在晶界上分布有未溶解的第二相或杂质等，在挤压时被拉长，从而布有未溶解的第二相或杂质等，在挤压时被拉长，从而出现层状组织；出现层状组织； b 与变形特点有关与变形特点有关 挤压初期流动平稳，形成的杂挤压初期流动平稳，形成的杂质膜不易破坏，后期变形逐渐紊乱，杂质膜破坏，层状质膜不易破坏，后期变形逐渐紊乱，杂质膜破坏，层状组织不明显。组织不明显。 39ppt课件 c 与铸造条件有关与铸造条件有关 冷却速度大，柱状晶明显，缺陷、冷却速度大，柱状晶明显，缺陷、夹杂物易集中分布，层状组织明显；反之不明显。夹杂物易集中
36、分布，层状组织明显；反之不明显。 d 与合金成分有关与合金成分有关 出现层状组织的合金不多，在铜出现层状组织的合金不多，在铜合金中主要是含合金中主要是含Al的青铜的青铜QAl10-3-1.5和和QAl10-4-4以及以及含含Pb的黄铜的黄铜HPb59-1；铝合金中主要是；铝合金中主要是LD2和和LD4，而，而LY11、LY12、LC4中较少、主要是由于这些合金中易出中较少、主要是由于这些合金中易出现氧化物夹杂。现氧化物夹杂。 C 对性能的影响对性能的影响 对纵向性能影响不大，使横向性能对纵向性能影响不大，使横向性能显著下降。有层状组织的衬套，承受的内压降低显著下降。有层状组织的衬套，承受的内压
37、降低30。 D 防止措施防止措施 a 主要从铸锭着手，如降低冷却强度以缩小柱状晶区，主要从铸锭着手，如降低冷却强度以缩小柱状晶区，分散杂质；分散杂质； b 增大变形程度，以增加紊流区，进而破坏杂质膜。增大变形程度，以增加紊流区，进而破坏杂质膜。40ppt课件3） 挤制品的粗晶组织挤制品的粗晶组织 某些合金某些合金在挤压时或在随后的热处理时，会形成异常在挤压时或在随后的热处理时，会形成异常粗大的晶粒组织，这种组织称为粗晶粒或粗晶组织。粗大的晶粒组织，这种组织称为粗晶粒或粗晶组织。 易出现粗晶组织的主要是某些铝合金，如易出现粗晶组织的主要是某些铝合金，如纯铝纯铝、软铝软铝在挤压后即出现；而在挤压后
38、即出现；而锻铝锻铝、硬铝硬铝在挤压后的淬火时出现。在挤压后的淬火时出现。 A 分布规律分布规律 由前端外层向后端外层逐渐扩大，严重由前端外层向后端外层逐渐扩大，严重时可扩展至整个断面，象带锥度的圆管，又称时可扩展至整个断面，象带锥度的圆管，又称粗晶环粗晶环。 铸造组织铸造组织细晶组织细晶组织粗晶组织粗晶组织死区死区粗晶组织粗晶组织细晶组织细晶组织41ppt课件 B 形成机理形成机理 出现粗晶组织的根本原因是在挤压时或出现粗晶组织的根本原因是在挤压时或在挤压后的淬火时发生了在挤压后的淬火时发生了集聚再结晶集聚再结晶，因此凡是能降低，因此凡是能降低再结晶温度、促进再结晶过程的因素均易导致粗晶环。再
39、结晶温度、促进再结晶过程的因素均易导致粗晶环。 a 与变形特点有关与变形特点有关 挤压时挤压时 对于纯铝、软铝合金而言，挤压速度快，变形热大，对于纯铝、软铝合金而言，挤压速度快，变形热大，制品出模后温度应较高，因此外层、后端优先发生再制品出模后温度应较高，因此外层、后端优先发生再结晶和集聚再结晶，形成粗晶组织。结晶和集聚再结晶，形成粗晶组织。 b 与合金成分有关与合金成分有关 易出现粗晶环的合金中均含有易出现粗晶环的合金中均含有Mn、Cr等过渡族元素，等过渡族元素，这些元素的特点是：溶入基体中能提高再结晶温度，以第这些元素的特点是：溶入基体中能提高再结晶温度，以第二相如二相如MnAl6、CrA
40、l7在晶界析出时能阻碍晶粒长大。在晶界析出时能阻碍晶粒长大。外层、后端变形大外层、后端变形大中心、前端变形小中心、前端变形小外层、后端再结晶温度低外层、后端再结晶温度低中心、前端再结晶温度高中心、前端再结晶温度高42ppt课件 挤压时，由于中心质点流动速度快，导致挤压时，由于中心质点流动速度快，导致边部产生拉边部产生拉附加应力附加应力，促进，促进Mn、Cr元素的析出，降低再结晶温度，元素的析出，降低再结晶温度，但因析出的第二相能阻碍晶粒长大，因此含这些元素的合但因析出的第二相能阻碍晶粒长大，因此含这些元素的合金在挤压后是一次再结晶组织，不出现粗晶组织。金在挤压后是一次再结晶组织，不出现粗晶组织
41、。 挤压后淬火时，为了得到均匀的单相固溶体组织，加挤压后淬火时，为了得到均匀的单相固溶体组织，加热热温度高温度高、时间长时间长，在这种条件下，析出的第二相重新溶，在这种条件下，析出的第二相重新溶入基体，阻碍晶粒长大的作用消失，因此一次再结晶后的入基体，阻碍晶粒长大的作用消失，因此一次再结晶后的晶粒吞并周围的晶粒并迅速长大，形成粗晶组织。晶粒吞并周围的晶粒并迅速长大，形成粗晶组织。 注注： 1）有关粗晶形成机理还有待进一步研究；）有关粗晶形成机理还有待进一步研究； 2）粗晶组织降低性能，应尽量避免，生产中应检查。）粗晶组织降低性能，应尽量避免，生产中应检查。43ppt课件2、挤制品的性能、挤制品
42、的性能1） 挤制品性能的不均性挤制品性能的不均性 a 制品前端、内部强度低、制品前端、内部强度低、塑性高；后端、外层相反；塑性高；后端、外层相反；（纯铝、软铝分布规律相反）（纯铝、软铝分布规律相反） b 各向异性，纵向性能高于各向异性，纵向性能高于横向性能；横向性能； c 性能差异随变形程度不同性能差异随变形程度不同而不同。而不同。当变形程度当变形程度 80时时，性能均匀，性能均匀且较高。因此挤压时变形程度且较高。因此挤压时变形程度应应80。 b外层外层内层内层bb1-1-外层外层2-2-内层内层44ppt课件2） 挤压效应挤压效应 某些工业用铝合金某些工业用铝合金，在经过同一热处理后（淬火、
43、时，在经过同一热处理后（淬火、时效），挤制品与其它压力加工制品相比，在效），挤制品与其它压力加工制品相比，在纵向上具有纵向上具有较高的强度和较低的塑性较高的强度和较低的塑性，这一现象叫挤压效应。，这一现象叫挤压效应。 易出现挤压效应的合金：锻铝、硬铝易出现挤压效应的合金：锻铝、硬铝 A 特征特征 出现在制品出现在制品内部内部（外部因粗晶环而消失）；（外部因粗晶环而消失）；组织是组织是未再结晶未再结晶的加工组织。的加工组织。 B 形成机理形成机理 a 与形成的与形成的织构织构有关有关 挤压时，金属处于两压一拉的挤压时，金属处于两压一拉的变形状态且流动平稳，晶粒皆沿挤压方向被拉长，形成变形状态且流
44、动平稳，晶粒皆沿挤压方向被拉长，形成较强的纵向织构，即大多数晶粒的某一晶向（较强的纵向织构，即大多数晶粒的某一晶向（111）均）均按挤压方向取向，导致纵向强度升高。按挤压方向取向，导致纵向强度升高。45ppt课件 b 与合金成分有关与合金成分有关 出现挤压效应的合金也都含出现挤压效应的合金也都含Mn、Cr元素，由于挤压时中心质点流速快，因此元素，由于挤压时中心质点流速快，因此内部产生压内部产生压附加应力附加应力，不利于，不利于Mn、Cr元素的析出，使再结晶温度升元素的析出，使再结晶温度升高，可认为高，可认为挤压后制品内部是过饱和的、未再结晶的加工挤压后制品内部是过饱和的、未再结晶的加工组织组织
45、。在挤压后的淬火加热时，内部过饱和的固溶体继续。在挤压后的淬火加热时，内部过饱和的固溶体继续析出，析出的第二相弥散分布在晶界上，阻碍晶粒长大析出，析出的第二相弥散分布在晶界上，阻碍晶粒长大（阻碍再结晶过程），因此热处理后，制品的内部仍保留（阻碍再结晶过程），因此热处理后，制品的内部仍保留着未再结晶的加工组织，导致强度升高。着未再结晶的加工组织，导致强度升高。 c 与强烈的三向压应力状态有关与强烈的三向压应力状态有关 挤压时强烈的三向挤压时强烈的三向压应力状态使晶界、晶内破坏较少，有利于缺陷的愈合，压应力状态使晶界、晶内破坏较少，有利于缺陷的愈合，使强度升高。使强度升高。 注注 要得到类似的强化
46、效应，关键不在于采用什么加工要得到类似的强化效应，关键不在于采用什么加工方法，而在于通过什么途径使合金在热变形以及随后的热方法，而在于通过什么途径使合金在热变形以及随后的热处理过程中，仍然保留有未再结晶的加工组织。处理过程中，仍然保留有未再结晶的加工组织。46ppt课件粗晶与挤压效应总结粗晶与挤压效应总结： 均出现在含均出现在含Mn、Cr元素的铝合金中；元素的铝合金中； 粗晶粗晶出现在出现在外层外层， 挤压效应挤压效应出现在出现在内层内层； 粗晶粗晶产生的根本原因是发生了产生的根本原因是发生了集聚再结晶集聚再结晶； 挤压效应挤压效应产生的根本原因是产生的根本原因是未发生再结晶未发生再结晶。47
47、ppt课件挤压后挤压后外层是粗晶组织外层是粗晶组织结果结果 形成机理形成机理：铸造时冷速快导致：铸造时冷速快导致铸锭是过饱和组织铸锭是过饱和组织； 挤压时挤压时淬火加热时淬火加热时中心是未再结晶的加工组织中心是未再结晶的加工组织外层的第二相溶解，阻碍作用消失外层的第二相溶解，阻碍作用消失中心的第二相析出，阻碍再结晶中心的第二相析出，阻碍再结晶外层是平衡的一次再结晶组织外层是平衡的一次再结晶组织中心是过饱和的未再结晶组织中心是过饱和的未再结晶组织外层易再结晶；第二相易析出，阻碍再结晶过程外层易再结晶；第二相易析出，阻碍再结晶过程中心不易再结晶；第二相不易析出，进一步提高再结晶温度中心不易再结晶；
48、第二相不易析出，进一步提高再结晶温度外层变形大；流速慢外层变形大；流速慢中心变形小；流速快中心变形小；流速快中心再结晶温度高；压附加应力中心再结晶温度高；压附加应力外层再结晶温度低；拉附加应力外层再结晶温度低；拉附加应力48ppt课件3、挤制品的主要缺陷、挤制品的主要缺陷1） 挤制品裂纹挤制品裂纹 A 特征特征 出现在制品出现在制品表面表面，外形大致相同，呈，外形大致相同，呈周期周期性性分布，又称周期性裂纹。分布，又称周期性裂纹。 裂纹一般出现裂纹一般出现在在高温塑性差高温塑性差的的合金中，如锡磷合金中，如锡磷青铜、锡黄铜、青铜、锡黄铜、硬铝等合金。硬铝等合金。49ppt课件 B 形成原因形成
49、原因 变形不均所产生的变形不均所产生的轴向拉附加应力轴向拉附加应力作用结果。作用结果。 挤压时中心质点流速快，中心产生轴向拉附加应力，挤压时中心质点流速快，中心产生轴向拉附加应力，当此力与基本应力叠加后的工作应力达到合金的强度极当此力与基本应力叠加后的工作应力达到合金的强度极限时，就会产生裂纹。由于在表面的拉附加应力最大，限时，就会产生裂纹。由于在表面的拉附加应力最大，故裂纹首先在表面产生。故裂纹首先在表面产生。 棒材直径棒材直径拉应力拉应力压应力压应力附附加加应应力力分分布布流动速度流动速度裂纹轨迹裂纹轨迹裂裂纹纹加加深深速速度度50ppt课件 裂纹的产生一方面在裂纹的尖角处产生应力集中，促
50、裂纹的产生一方面在裂纹的尖角处产生应力集中，促进裂纹的扩展，另一方面也消除了此局部的拉附加应力，进裂纹的扩展，另一方面也消除了此局部的拉附加应力，因此当裂纹扩展到一定深度后不再向内扩展。因此当裂纹扩展到一定深度后不再向内扩展。 随着变形的进行，合金又会由于拉附加应力的产生而随着变形的进行，合金又会由于拉附加应力的产生而形成裂纹，因而裂纹呈周期性分布。形成裂纹，因而裂纹呈周期性分布。 C 消除措施消除措施 a 使变形均匀，消除轴向拉附加应力，如润滑等；使变形均匀，消除轴向拉附加应力，如润滑等； b 提高基本应力，如施加反压力、增加定径带长度、提高基本应力，如施加反压力、增加定径带长度、增加变形程
