1、第五章第五章 金属塑性变形物理基础金属塑性变形物理基础 5.1、金属塑性变形的机理及特点、金属塑性变形的机理及特点5.1.1、概率、概率 晶体、单晶体、多晶体、亚结构晶体、单晶体、多晶体、亚结构？塑性塑性变形变形滑移滑移孪生孪生扩散扩散蠕变蠕变不对称不对称变变向向晶界晶界滑移滑移5.1、金属塑性变形的机理及特点、金属塑性变形的机理及特点5.1.2、塑性变形机理、塑性变形机理体心立方滑移面与滑移方向体心立方滑移面与滑移方向 1、滑移面、滑移方向、密排面（方向）、滑、滑移面、滑移方向、密排面（方向）、滑移系、移系、滑移线（带）滑移线（带）？2、临界分切应力临界分切应力、最大分切应力最大分切应力？3
2、、变形时晶粒的、变形时晶粒的转动转动？一、滑移变形机理一、滑移变形机理5.1、金属塑性变形的机理及特点、金属塑性变形的机理及特点孪生区域孪生区域 1、滑移与孪生交替发生、滑移与孪生交替发生？4、滑移线形态滑移线形态，单滑移、多滑移、交滑移。，单滑移、多滑移、交滑移。二、孪生变形机理二、孪生变形机理 2、孪生的位错，其、孪生的位错，其柏式矢量柏式矢量小于一个原小于一个原子子间距间距？5.1、金属塑性变形的机理及特点、金属塑性变形的机理及特点 当变形条件既不利于滑移，又不利于孪生当变形条件既不利于滑移，又不利于孪生时晶体以时晶体以不对称变向协调变形不对称变向协调变形？三、不对称三、不对称变向变向
3、各种变形一般不是单独进行，往往是配合、各种变形一般不是单独进行，往往是配合、顺次进行。顺次进行。5.1、金属塑性变形的机理及特点、金属塑性变形的机理及特点 扩散蠕变扩散蠕变？四、其它变形机理四、其它变形机理 晶界滑移晶界滑移？5.1、金属塑性变形的机理及特点、金属塑性变形的机理及特点5.1.3、合金的塑性变形、合金的塑性变形 一、单相固溶体一、单相固溶体塑性变形塑性变形 与纯金属多晶体比较与纯金属多晶体比较？特点（固溶强化特点（固溶强化柯柯式气团式气团）？5.1、金属塑性变形的机理及特点、金属塑性变形的机理及特点 二、二、多相合金多相合金塑性变形塑性变形协调变形协调变形 1、取向因子、取向因子
4、？2、独立、独立滑移系滑移系？3、晶界的折中协、晶界的折中协调性调性？特点：特点：各晶粒变形的不同时性；协调性；晶各晶粒变形的不同时性；协调性；晶间、晶内、晶界附近的不均匀性。更加复杂，间、晶内、晶界附近的不均匀性。更加复杂，但仍是滑移、孪生的协同作用结果。但仍是滑移、孪生的协同作用结果。5.2、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律5.2.1、冷塑性变形中组织和性能变化冷塑性变形中组织和性能变化 1、冷塑性变形中、冷塑性变形中组织变化组织变化 晶粒形状变化、产生晶粒形状变化、产生亚结构亚结构、形成织构、形成织构？关于热加工与冷加工关于热加工与冷加工？如如拉
5、伸系数拉伸系数太小（形成织构）容易产生太小（形成织构）容易产生“制耳制耳”？5.2、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律 2、冷塑性变形中、冷塑性变形中性能变化性能变化 加工硬化加工硬化？5.2、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律5.2.2、热塑性变形中组织和性能变化热塑性变形中组织和性能变化组织组织性能性能改善改善组织组织焊合焊合缺陷缺陷纤维纤维组织组织破碎碳破碎碳化物与化物与夹杂夹杂改善改善偏析偏析5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.1、金属塑性和塑性指标金属塑性和塑性指标
6、塑性：材料在外力作用下稳定塑性：材料在外力作用下稳定发生永久变形发生永久变形而不破坏其而不破坏其完整性完整性的的能力能力。1、塑性指标、塑性指标 拉伸拉伸%100%1000000AAAlllkk5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为 镦粗试验镦粗试验%10000HHHkc 扭转试验扭转试验 扭转断裂前扭转角度扭转断裂前扭转角度与扭转圈数与扭转圈数n表示。表示。5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.2、金属的化学成分及组织对塑性的影响金属的化学成分及组织对塑性的影响 1、金属的化学成分、金属的化学成分(碳与杂质影响碳与杂质影响)对塑
7、性对塑性的影响的影响碳与杂碳与杂质影响质影响CPOSNH5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为 2、金属的化学成分（合金影响）对塑性、金属的化学成分（合金影响）对塑性的影响的影响合金合金影响影响SiMnCrNiwV5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为 3、金属的组织对塑性的影响、金属的组织对塑性的影响组织组织影响影响相组相组成成晶粒晶粒度度铸造铸造组织组织5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.3、变形温度对塑性的影响变形温度对塑性的影响影响影响机理机理回复回复再结晶再结晶原子原子动能动能扩散扩散蠕变蠕
8、变组织组织变化变化晶间晶间滑移滑移化合化合物分解物分解如图如图5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.4、变形速率对塑性的影响变形速率对塑性的影响如图如图 水压机变形速率：水压机变形速率：110cm/s 机械压力机变形速率：机械压力机变形速率：30100cm/s 锻锤变形速率：锻锤变形速率：500900cm/s 1、应变热效应、应变热效应与温度效应与温度效应影响影响变形变形温度温度变形变形速率速率变形变形程度程度5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为如图如图 2、变形速率对塑性的影响机理、变形速率对塑性的影响机理变形变形速率速率应力
9、应力回复再回复再结晶结晶温度温度效应效应塑性塑性塑性塑性塑性塑性5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为如图如图 3、变形速率对塑性的影响、变形速率对塑性的影响、变形速率对塑性的影响的一般趋势、变形速率对塑性的影响的一般趋势？、变形速率对具有韧脆转变金属塑性的、变形速率对具有韧脆转变金属塑性的影响影响？、变形速率对工、变形速率对工艺性能艺性能 的影响的影响？影响影响摩擦摩擦因素因素热量热量惯性惯性流动流动爆炸、电磁爆炸、电磁、电液成型、电液成型5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.5、变形力学条件对塑性的影响变形力学条件对塑性的影响
10、 1、应力状态的影响、应力状态的影响？如书上图如书上图5-205-26 2、应变状态的影响、应变状态的影响？三向压应力状态塑性最好三向压应力状态塑性最好。应力应变状态应力应变状态平砧与平砧与V形砧圆钢应力状态形砧圆钢应力状态 两向压缩一向伸长主应变状态塑性最好两向压缩一向伸长主应变状态塑性最好。5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.6、其它因素对塑性的影响其它因素对塑性的影响 1、不连续变形对塑性的影响、不连续变形对塑性的影响？如书上图如书上图5-275-28 2、尺寸因素对塑性的、尺寸因素对塑性的影响影响、组织因素对塑性的影响、组织因素对塑性的影响？、表面
11、因素对塑性的影响、表面因素对塑性的影响？5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为 3、周围介质因素对塑性的、周围介质因素对塑性的、表层脆性相对塑性的影响、表层脆性相对塑性的影响？、表层腐蚀层因素对塑性的影响、表层腐蚀层因素对塑性的影响？、表层吸附油层层因素对塑性的影响、表层吸附油层层因素对塑性的影响？5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.7、提高金属塑性的途径提高金属塑性的途径影响影响均组均组织织变形变形温度温度变形变形速率速率均变均变形形三向三向压压5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑性变形5.4.1、超塑性变形概念超塑性变形概念
12、（前已讲述）（前已讲述）超塑性超塑性变形变形：材料在超塑性状态下的塑性材料在超塑性状态下的塑性变形变形。细晶超塑性：细晶超塑性：是指金属在特定条件下，即低变形速度（是指金属在特定条件下，即低变形速度（=10-210-4/s）；一定的变形温度（）；一定的变形温度（Tm/2）；晶粒均匀）；晶粒均匀细小（晶粒平均尺寸细小（晶粒平均尺寸0.20.5）；其相对延伸率）；其相对延伸率超过超过100%的特性。的特性。5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑性变形5.4.2、超塑性种类超塑性种类 1、细晶超塑性、细晶超塑性 2、相变超塑性、相变超塑性 3、快速变形超塑性（低碳钢、快速变形超塑性（低碳钢F+A组织）
13、组织）4、消除应力退火过程中变形超塑性、消除应力退火过程中变形超塑性机机理理不不详，详，很很少少应应用用5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑性变形5.4.3、细晶细晶超塑性的力学特征超塑性的力学特征 1、流动应力、流动应力mK真实应力真实应力MPa。K材料常数材料常数MPa.sm应变速率敏感系数应变速率敏感系数 应变速率应变速率1/s5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑性变形 2、应变速率敏感指数物理意义、应变速率敏感指数物理意义mKm=0.020.2普通金属普通金属。m=0.31超塑性金属。超塑性金属。如图如图 m大小的大小的影响影响?5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑性变形5.4.4、影
14、响、影响细晶细晶超塑性的主要因素超塑性的主要因素 、低变形速度（、低变形速度（=10-210-4/s）。）。、一定的变形温度（、一定的变形温度（T=Tm/2）。）。、晶粒均匀细小（晶粒平均尺寸、晶粒均匀细小（晶粒平均尺寸0.20.5）。）。5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑性变形5.4.5、细晶细晶超塑性变形时组织变化与力学性能变化超塑性变形时组织变化与力学性能变化 、不改变、不改变等轴性等轴性。、不形成、不形成亚结构亚结构、位错、滑移线。、位错、滑移线。、有晶界滑移痕迹、空洞。、有晶界滑移痕迹、空洞。1、细晶、细晶超塑性变形时组织变化超塑性变形时组织变化5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑
15、性变形 、不存在织构与各向异性。、不存在织构与各向异性。、无畸变与残余应力。、无畸变与残余应力。、有些合金有加工软化现象。、有些合金有加工软化现象。、有些合金有很高疲劳强度。、有些合金有很高疲劳强度。2、细晶、细晶超塑性变形时力学性能变化超塑性变形时力学性能变化5.4、金属的超塑性变形、金属的超塑性变形5.4.6、细晶细晶超塑性变形机理超塑性变形机理 晶界滑移、晶粒转动、扩散蠕变、位错运动、晶界滑移、晶粒转动、扩散蠕变、位错运动、再结晶等综合作用结果。再结晶等综合作用结果。如阿希贝如阿希贝（Ashby）与弗拉尔与弗拉尔(Verrall)提出提出的晶界滑移与扩散蠕变联合机理（的晶界滑移与扩散蠕变
16、联合机理（A-V机理）。机理）。如图如图，与书上图，与书上图5-315.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦5.5.1、金属塑性成形中摩擦特点金属塑性成形中摩擦特点 金属塑性成形金属塑性成形时零件与工模具之间存在摩擦，时零件与工模具之间存在摩擦，此摩擦有此摩擦有不利于成型不利于成型与与有利于成型有利于成型两方面特性。两方面特性。1、塑性变形摩擦、塑性变形摩擦 2、高压下摩擦、高压下摩擦 3、实际接触面积大、实际接触面积大 4、不断产生新接触面、不断产生新接触面 5、高温状态摩擦、高温状态摩擦5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦5.5.2、摩擦对塑性成型过程的影响
17、摩擦对塑性成型过程的影响 1、摩擦对塑性成型过程的有利作用摩擦对塑性成型过程的有利作用 利用利用摩擦摩擦控制流动方向；控制流动方向；开式模开式模以飞边保以飞边保证冲型；证冲型；保证轧制保证轧制顺利进行；拉伸顺利进行；拉伸防折皱防折皱。2、摩擦对塑性成型过程的不利作用摩擦对塑性成型过程的不利作用 妨碍冲型妨碍冲型，甚至产生裂纹；模具磨损；耗，甚至产生裂纹；模具磨损；耗能、增大设备吨位；能、增大设备吨位；妨碍脱模妨碍脱模。5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦5.5.3、塑性成型过程中摩擦分类与机理塑性成型过程中摩擦分类与机理 1、塑性成型过程中摩擦分类塑性成型过程中摩擦分类摩擦分
18、类摩擦分类干摩擦干摩擦边界摩擦边界摩擦流体摩擦流体摩擦5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦 2、塑性成型过程中摩擦机理塑性成型过程中摩擦机理摩擦机理摩擦机理凹凸说凹凸说吸附说吸附说粘着说粘着说5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦5.5.4、接触表面摩擦切应力数学表达式接触表面摩擦切应力数学表达式 1、库仑摩擦条件库仑摩擦条件库仑定律库仑定律 塑性成型摩擦的定量描述是塑性塑性成型摩擦的定量描述是塑性成型成型力学力学中最不成熟的问题之一。中最不成熟的问题之一。nf 摩擦切应力摩擦切应力。法向正应力。法向正应力。库仑摩擦因数。库仑摩擦因数。还原还原nf 正应力正应
19、力 极限为被加工金属的拉伸屈服极极限为被加工金属的拉伸屈服极限限 。5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦 1、库仑摩擦条件库仑摩擦条件nf 摩擦切应力摩擦切应力。法向正应力。法向正应力。库仑摩擦因数。库仑摩擦因数。nf 摩擦切应力摩擦切应力 能否随正应力能否随正应力 增大无限地增增大无限地增大大？fnnS5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦 2、常摩擦力条件常摩擦力条件SfmK 摩擦切应力。摩擦切应力。拉伸屈服极限。拉伸屈服极限。摩擦因子。摩擦因子。修正修正摩擦因子摩擦因子。抗剪屈服强度。抗剪屈服强度。讨论？讨论？Sfm10 m32mm、Kmfmax1有有如
20、如 最大摩擦最大摩擦力条件力条件K并并讲讲解解与与比比较较 本条件认为，接触面上摩擦切应力本条件认为，接触面上摩擦切应力 与被与被加工金属的剪切强度加工金属的剪切强度 成正比。成正比。fK5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦5.5.5、影响、影响摩擦因数的主要因数摩擦因数的主要因数 1、金属种类与成分金属种类与成分 金属表面硬度、强度、吸附性、原子扩散金属表面硬度、强度、吸附性、原子扩散能力、导热性、氧化速度、氧化膜性质、零件能力、导热性、氧化速度、氧化膜性质、零件-模具分子间结合力等模具分子间结合力等？2、零件零件-模具表面状态模具表面状态 表面粗糙度、加工刀纹方向表面粗糙
21、度、加工刀纹方向？5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦 3、接触表面压力接触表面压力 表面压力对摩擦因数的影响表面压力对摩擦因数的影响？4、变形温度变形温度 如图如图 5、变形速度变形速度 摩擦因数随摩擦因数随变形速度增加有下降趋势。变形速度增加有下降趋势。5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦5.5.6、塑性成形中的润滑塑性成形中的润滑 1、塑性成形对润滑剂的要求塑性成形对润滑剂的要求 、良好耐压性、良好耐压性、良好耐热性、良好耐热性、能有效冷却模具、能有效冷却模具 塑性成形中润滑的作用：提高模具寿命与产品塑性成形中润滑的作用：提高模具寿命与产品质量；提高零
22、件冲型能力降低设备成本质量；提高零件冲型能力降低设备成本。、无腐蚀作用、无毒无腐蚀作用、无毒 、使用清理方便。使用清理方便。5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦 2、常用润滑剂常用润滑剂润滑剂润滑剂液体液体润滑剂润滑剂固体固体润滑剂润滑剂液体液体润滑剂润滑剂动植物油动植物油矿物油矿物油5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦 2、常用润滑剂常用润滑剂固体固体润滑剂润滑剂石墨石墨MoS2玻璃玻璃珐琅珐琅无机盐无机盐5.5、金属塑性成形中的外摩擦、金属塑性成形中的外摩擦 3、润滑添加剂润滑添加剂 提高润滑作用，防止腐蚀，稳定润滑剂性能。提高润滑作用，防止腐蚀，稳定润
23、滑剂性能。3、塑性成形、塑性成形润滑方法润滑方法方法方法压缩空压缩空气喷溅气喷溅流体流体润滑润滑磷化磷化皂化皂化镀软镀软金属金属本章结束本章结束请认真复习并做完作业请认真复习并做完作业p225：8、10、12、17刃型位错示意图刃型位错示意图 还原还原线缺(位错线)正常晶格正常晶格孪晶图孪晶图 还原还原孪晶带体心立方滑移面与滑移方向体心立方滑移面与滑移方向滑移面与滑移方向示意图滑移面与滑移方向示意图 还原还原滑移带滑移带 还原还原原子间距a沿滑移方向移动距离(na)临界分切应力临界分切应力 还原还原FFF剪剪 切切 面面F FF F滑滑 移移方方 向向横横 切切 面面 积积 S S最大分切应力
24、最大分切应力 还原还原cosmcoscoscos/cosSF90m2sin2cossincos/90cosSFSFmcossincoscoscoscos2sin21coscos拉伸滑移时的晶体转动拉伸滑移时的晶体转动 还原还原孪晶图孪晶图 还原还原孪晶带孪生面与孪生方向孪生面与孪生方向xyz孪生面与孪生方向孪生面与孪生方向 还原还原xyza/2a/2-a孪生面（111）孪生方向211同时启动的滑移系同时启动的滑移系 还原还原单滑移单滑移多滑移多滑移交滑移交滑移孪孪 生生 面面（1 11 11 1）孪孪 生生 方方 向向孪 生 区 域孪生面区域孪生面区域 孪生面与孪生方向孪生面与孪生方向 还原还
25、原211孪生面区域孪生面区域 还原还原孪孪 生生 面面（1 11 11 1）孪孪 生生 方方 向向孪 生 区 域211刃型位错示意图刃型位错示意图 还原还原 孪生面区域孪生面区域 线缺(位错线)关于柏式矢量关于柏式矢量 还原还原12345678123451234512345671234567812345671234512345b不对称变向不对称变向 还原还原位 移协协 调调 变变形形 区区 域域孪孪 晶晶孪孪 晶晶多晶体协调变形示意图多晶体协调变形示意图 还原还原位错源位错源B BA AC C剪剪切切面面F FF F滑滑移移方方向向横横切切面面积积S S最大分切应力最大分切应力 击击 还原还原
26、mmFF则：如图：90m2sin2cossincos/90coscos/SFSFSFmm时，切应力最大。45当cos/SFcos/SFm剪剪切切面面F FF F滑滑移移方方向向横横切切面面积积S S最大分切应力最大分切应力 还原还原mmFF则：如图：90m2sin2cossincos/90coscos/SFSFSFmm时，切应力最大。45当cos/SFcos/SFm体心立方滑移面与滑移方向体心立方滑移面与滑移方向还原还原柯式气团柯式气团 还原还原多相合金多相合金 还原还原冷塑性变形组织、性能变化冷塑性变形组织、性能变化 还原还原 性能性能细小等轴晶粒亚结构普通晶粒塑性强度晶粒大小内应力性能晶粒
27、大小与内应力组织纤维、板状结构织构晶粒形貌晶粒形貌 还原还原正常晶粒亚结构钎维组织拉伸示意图拉伸示意图d3d2d1D多工序拉深多工序拉深 还原还原第一次拉深系数：第一次拉深系数：m1=d1/D第一次拉深系数：第一次拉深系数：m2=d2/D第一次拉深系数：第一次拉深系数：m3=d3/D总的拉深系数：总的拉深系数：m总总=m1*m2*m3拉伸时出现的拉伸时出现的“制耳制耳”还原还原拉伸件加工硬化示意图拉伸件加工硬化示意图 还原还原1234晶粒形貌晶粒形貌正常晶粒亚结构钎维组织回复、再结晶、晶粒长大回复、再结晶、晶粒长大 还原还原 组织晶粒大小与内应力性能内应力晶粒大小强度塑性回复再结晶晶粒长大焊合
28、缺陷焊合缺陷 还原还原塑性变形组织、性能变化塑性变形组织、性能变化 还原还原细小等轴晶粒亚结构普通晶粒塑性强度晶粒大小内应力性能晶粒大小与内应力组织纤维、板状结构织构相组成相组成 还原还原晶粒度晶粒度 还原还原 将钢显微组织在显微镜上放大将钢显微组织在显微镜上放大100倍，然后在此放倍，然后在此放大显微组织上，一平方英寸（大显微组织上，一平方英寸（6.45cm2）范围内有）范围内有n个个晶粒。晶粒。则则n=2NN晶粒度号数晶粒度号数铸锭宏观组织示意图铸锭宏观组织示意图 还原还原表面细晶粒区柱状晶区中心等轴晶区铸锭宏观组织变形温度对塑性的影响变形温度对塑性的影响 还原还原塑性T0-200200
29、400 600 800 1000 1200 1400高高温温脆脆热热脆脆蓝蓝脆脆低低温温脆脆)(回复、再结晶、晶粒长大回复、再结晶、晶粒长大 还原还原 组织晶粒大小与内应力性能内应力晶粒大小强度塑性回复再结晶晶粒长大Fe-Fe3C二元合金相图（组织、相区）二元合金相图（组织、相区）还原还原4.31227LQKPS(0.77)GNJFEDCBA1538F(0.0008%)+A+LF+AP+Fe3CP+FLeL+AALeFPFe3CL6.69%FeP+LeLe+Fe3CA+LeLe+Fe3CL+Fe3C0220多相合金多相合金 还原还原变形速率对塑性的影响变形速率对塑性的影响 还原还原 还原还原2
30、塑性应变速率abcde变形温度对塑性的影响变形温度对塑性的影响 还原还原塑性T0-200200 400 600 800 1000 1200 1400高高温温脆脆热热脆脆蓝蓝脆脆低低温温脆脆)(变形速率对塑性的影响变形速率对塑性的影响 还原还原塑性应变速率abcde单元体单元体 应力应变状态应力应变状态 321312平砧与平砧与V形砧圆钢应力状态形砧圆钢应力状态 还原还原尺寸因素对塑性的影响尺寸因素对塑性的影响 还原还原塑性临界体积体积Mg-Al共晶合金共晶合金 与与 曲线曲线 还原还原0.30.60.91001m1/minMPa/4105101101210310210m拉伸件加工硬化示意图拉伸
31、件加工硬化示意图 还原还原1234拉伸变形不改变晶粒等轴性拉伸变形不改变晶粒等轴性 还原还原A-V机理机理晶粒形貌晶粒形貌 还原还原正常晶粒亚结构钎维组织开式锻模开式锻模还原还原冲孔连皮锻件紧固楔铁紧固楔铁下模上模下砧锤头锻件B1A1开式与闭开式与闭式模锻式模锻开式模锻与闭式模锻的区别开式模锻与闭式模锻的区别开式模锻即有飞边模锻开式模锻即有飞边模锻(见图见图31)。其。其模锻过程可分为自由镦锻模锻过程可分为自由镦锻见图见图32(a)、模膛充满模膛充满见图见图32(b)和打靠和打靠见图见图32(c)三个阶段。开式模锻模具的三个阶段。开式模锻模具的分模面分模面与模具运动方向垂直与模具运动方向垂直，
32、模锻过程中分模，模锻过程中分模面之间的距离逐渐减小，在模锻的第二面之间的距离逐渐减小，在模锻的第二阶段阶段(充满阶段充满阶段)形成横向飞边，依靠飞形成横向飞边，依靠飞边的阻力使金属充满模膛。因此，飞边边的阻力使金属充满模膛。因此，飞边金属的损耗是不可避免的。金属的损耗是不可避免的。1、开式模锻、开式模锻 闭式模锻闭式模锻 闭式模锻闭式模锻(见图见图33)即无飞边模即无飞边模锻。其过程可分为如下三个阶段锻。其过程可分为如下三个阶段(见图见图3-4)。、自由镦锻阶段、自由镦锻阶段见图见图34(a)即从毛坯与上模模膛表面即从毛坯与上模模膛表面(或冲头或冲头表面表面)接触开始到坯料金属与模膛接触开始到
33、坯料金属与模膛最宽处侧壁接触为止的阶段。在最宽处侧壁接触为止的阶段。在这一阶段中，金属充满模膛中某这一阶段中，金属充满模膛中某些容易充满的部分。些容易充满的部分。闭式模锻闭式模锻 、充满阶段、充满阶段见图见图3-4(L)即从即从毛坯金属与模膛最宽处侧壁接触毛坯金属与模膛最宽处侧壁接触开始到金属完全充满模膛为止的开始到金属完全充满模膛为止的阶段。在这一阶段，坯料金属的阶段。在这一阶段，坯料金属的流动受到模壁阻碍，毛坯各个部流动受到模壁阻碍，毛坯各个部分处于不同的三向压应力状态。分处于不同的三向压应力状态。随着坯料变形的增大，模壁的侧随着坯料变形的增大，模壁的侧向压力也逐渐增大，直到模膛完向压力也
34、逐渐增大，直到模膛完全充满。全充满。闭式模锻闭式模锻 结束阶段结束阶段见图见图34(c)即多即多余金属被挤出到上、下模的间隙余金属被挤出到上、下模的间隙中形成少量纵向毛刺，锻件达到中形成少量纵向毛刺，锻件达到预定的高度的阶段。预定的高度的阶段。开式模锻与闭式模锻的区别开式模锻与闭式模锻的区别 按模具运动方向区分按模具运动方向区分：闭式模锻：闭式模锻模具的模具的分模面与模具运动方向平分模面与模具运动方向平行，在模锻过程中分模面之间的行，在模锻过程中分模面之间的间隙保持不变间隙保持不变，在模锻的第二阶，在模锻的第二阶段段(充满阶段充满阶段)不形成飞边，即不形成飞边，即模膛模膛的充满不需依靠飞边的阻
35、力的充满不需依靠飞边的阻力。如。如果毛坯体积过大，则在模锻的第果毛坯体积过大，则在模锻的第三阶段会出现少量的三阶段会出现少量的纵向毛刺纵向毛刺。开式模锻与闭式模锻的区别开式模锻与闭式模锻的区别 按坯料精确度区分按坯料精确度区分：从变形过程：从变形过程可以看出，可以看出，闭式模锻时要求毛坯体闭式模锻时要求毛坯体积比较精确积比较精确。如果毛坯体积过大，。如果毛坯体积过大，在锤上模锻时上、下模的承击面不在锤上模锻时上、下模的承击面不能接触能接触(打靠打靠)，不但会使锻件高度，不但会使锻件高度尺寸达不到要求，而且会使模膛压尺寸达不到要求，而且会使模膛压力剧烈上升，导致模具迅速破坏。力剧烈上升，导致模具
36、迅速破坏。在曲柄压力机上模锻时，轻则造成在曲柄压力机上模锻时，轻则造成闷车，严重时则导致模具和没备损闷车，严重时则导致模具和没备损坏。坏。闭式模锻与开式模锻闭式模锻与开式模锻相比，除了没有飞边外，还有相比，除了没有飞边外，还有如下特点如下特点 原文原文 、开式模锻时模壁对变形金属的侧向压力较闭式模、开式模锻时模壁对变形金属的侧向压力较闭式模锻时小，虽然两者的坯料金属都处于三向受压状态，但锻时小，虽然两者的坯料金属都处于三向受压状态，但剧烈程度不同。从应力状态对金属塑性的影响来看，闭剧烈程度不同。从应力状态对金属塑性的影响来看，闭式模锻比开式模锻好，它适用于低塑性金属的锻造。式模锻比开式模锻好，
37、它适用于低塑性金属的锻造。如如图图、开式模锻时金属流线在飞边附近汇集。锻件切边后，、开式模锻时金属流线在飞边附近汇集。锻件切边后，流线末端外露，会使零件的力学性能降低。采用无飞边流线末端外露，会使零件的力学性能降低。采用无飞边模锻可使锻件有良好的力学性能。因此，对应力腐蚀敏模锻可使锻件有良好的力学性能。因此，对应力腐蚀敏感的材料感的材料(如高强度铝合金如高强度铝合金)和各向异性对力学性能有较和各向异性对力学性能有较大影响的材料大影响的材料(如非真空熔炼的高强度钢如非真空熔炼的高强度钢)，采用闭式模，采用闭式模锻更能保证锻件的质量。锻更能保证锻件的质量。如图如图 流线末端流线末端开式模锻与闭式模
38、锻示意图开式模锻与闭式模锻示意图 还原还原刚性锻模刚性锻模 还原还原冲孔连皮锻件紧固楔铁紧固楔铁下模上模下砧锤头锻件B1A1流线末端外露流线末端外露 还原还原斜扎斜扎 还原还原拉伸示意图拉伸示意图 还原还原法兰侧壁摩擦力作用摩擦力作用 摩擦力作用摩擦力作用 还原还原內芯妨內芯妨碍脱模碍脱模还原还原干摩擦与边界摩擦干摩擦与边界摩擦 还原还原流体摩擦流体摩擦 还原还原库仑定律库仑定律 还原还原221rqqkF 库仑定律库仑定律F Frq1q2最大切应力屈服准则最大切应力屈服准则 如图如图smaxfKminmaxmin,3max,1smaxmaxmaxminmax31r32nf 第三强度理论（最大切
39、应力理论）。第三强度理论（最大切应力理论）。0.5 fmaxsK sr313 纯剪切时有纯剪切时有 如图如图 则则s21max畸变能密度理论屈服准则畸变能密度理论屈服准则minmaxmin,3max,1s2minmax2min2maxr40021nf 第四强度理论（畸变能密度理论）第四强度理论（畸变能密度理论）ssmax0.57730.577 sr231232221421 纯剪切时有纯剪切时有 则则 还原还原0.50.577 fmaxsK 应力状态图与应力园应力状态图与应力园 还原还原纯剪切时纯剪切时：摩擦因素随温度变化规律摩擦因素随温度变化规律 还原还原T0nf 摩擦切应力摩擦切应力。法向正应力。法向正应力。库仑摩擦因数。库仑摩擦因数。
