1、第三章第三章 金属的塑性成形（压力加工）金属的塑性成形（压力加工）概概 述述 5 5模型锻造模型锻造一、金属塑性成形一、金属塑性成形金属材料在金属材料在外力外力作用下产生作用下产生塑性变形塑性变形，获得具有一定，获得具有一定形形状、尺寸和力学性能状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。的毛坯或零件的生产方法。二、金属塑性成形的基本生产方式二、金属塑性成形的基本生产方式 1 1轧制轧制 2 2挤压挤压3 3冷拔冷拔4 4自由锻造自由锻造6 6板料冲压板料冲压轧制轧制 挤压挤压冷拔冷拔上砥铁下砥铁坯料自由锻造自由锻造模型锻造模型锻造冲裁冲裁弯曲弯曲1 1）零件大小不受限制；）零件大小不受限制；2
2、 2）生产批量不受限制。）生产批量不受限制。三、塑性成形（压力加工）的特点三、塑性成形（压力加工）的特点1 1制件力学性能高制件力学性能高1 1）组织致密；）组织致密；2 2）晶粒细化；）晶粒细化；3 3）压合铸造缺陷；）压合铸造缺陷；4 4）使纤维组织合理分布。）使纤维组织合理分布。2 2节约材料节约材料1 1）力学性能高，承载能力提高；）力学性能高，承载能力提高；2 2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。3 3生产率高生产率高4 4适用范围广适用范围广1-1 1-1 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 第一节第一节 金属塑性
3、成形工艺原理金属塑性成形工艺原理 一、金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质1.1.单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形1 1）滑移：）滑移：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。位错是晶体位错是晶体中普遍存在的一中普遍存在的一种线缺陷，它对种线缺陷，它对晶体的生长、相晶体的生长、相变、塑性变形、变、塑性变形、断裂以及其它物断裂以及其它物理、化学性质具理、化学性质具有重要影响。位有重要影响。位错理论是现代物错理论是现代物理冶金和材料科理冶金和材料科学的基础。学的基础。刃型位错刃型位错螺型位错螺型位错实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。实
4、际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。2 2）孪生：）孪生：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。2.2.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形晶内变形晶内变形晶间变形晶间变形滑移滑移孪生孪生滑动滑动转动转动多晶体塑性变形的实质：多晶体塑性变形的实质：晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶粒之间发生滑晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶粒之间发生滑移和转动。移和转动。多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形二、塑性变形后金属的组织和性能二、塑性变形后金属的组织和性能1.1.冷变形及其影响冷变形及其影响1 1）组织变化的特征：）组织变化的特征：晶粒沿变形最大方向伸长；
5、晶粒沿变形最大方向伸长；晶格与晶粒均发生畸变；晶格与晶粒均发生畸变；晶粒间产生碎晶。晶粒间产生碎晶。2 2）性能变化的特征：）性能变化的特征：加工硬化：加工硬化：随着变形程度随着变形程度的增加，其的增加，其强强度和硬度不断度和硬度不断提高，塑性和提高，塑性和韧性不断下降。韧性不断下降。有利：强化金属材料有利：强化金属材料不利：进一步的塑性变形带来困难不利：进一步的塑性变形带来困难020406080%变形程度36032028024020016012080407006005004003002001000220180160140120延 伸率%冲 击韧度/J cm-2HB强度极 限/MPa强度极 限
6、布氏硬度延 伸率%冲 击韧度2.2.回复回复T回回=(0.25 0.3)T熔熔3.3.再结晶再结晶T再再=(0.350.4)T熔熔(K)(K)4.4.热变形及其影响热变形及其影响1 1）不产生加工硬化）不产生加工硬化T T再再冷变形冷变形热变形热变形以上以上以下以下动态再结晶：动态再结晶：2 2）使组织得到改善，提高了力学性能）使组织得到改善，提高了力学性能 细化晶粒；细化晶粒；压合了铸造缺陷；压合了铸造缺陷；组织致密。组织致密。3 3）形成纤维组织）形成纤维组织一、一、金属的纤维组织与锻造比金属的纤维组织与锻造比 在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿在热变形过程中，材料内部的
7、夹杂物及其它非基体物质。沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。（1 1）在）在平行平行于纤维组织的方向上：材料的于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高抗拉强度提高（2 2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高抗剪强度提高 1-2 1-2 金属的纤维组织与可锻性金属的纤维组织与可锻性锻造比：锻造比：Y=S坯坯/S锻锻Y=H坯坯/H锻锻拔长：拔长：镦粗：镦粗：一般，一般，Y=25 Y=25 时，在变形金时，在变形金属中开始形成纤维组织，纵向的属中开始形成纤维组织，纵向的强度、塑性和韧性提高
8、；横向强度、塑性和韧性提高；横向（垂直纤维方向）同类性能下降，（垂直纤维方向）同类性能下降，力学性能出现各向异性。力学性能出现各向异性。Y5 Y5 时，时，力学性能不再提高，各向异性则力学性能不再提高，各向异性则进一步增加。进一步增加。二、金属的可锻性二、金属的可锻性指金属材料在塑性变形（压力加工）时成形的难易程度。指金属材料在塑性变形（压力加工）时成形的难易程度。1.1.可锻性的衡量指标可锻性的衡量指标1 1）塑性：）塑性：2 2）变形抗力：）变形抗力：材料的材料的塑性越好塑性越好，其可锻性越好。，其可锻性越好。材料的材料的变形抗力越小变形抗力越小，其可锻性越好。其可锻性越好。2.2.影响可
9、锻性的因素影响可锻性的因素1 1）金属的本质）金属的本质化学成分：化学成分：合金元素越低，材料的可锻性越好。合金元素越低，材料的可锻性越好。组织状态：组织状态：晶粒越细小、等轴化，可锻性越好。晶粒越细小、等轴化，可锻性越好。2 2）变形条件）变形条件变形温度：变形温度：应力状态：应力状态：变形速度：变形速度：v塑塑性、性、变变形形抗抗力力塑性塑性变形抗力变形抗力cvT T温温越高，材料的可锻性越好。越高，材料的可锻性越好。V V变变越小，材料的可锻性越好。越小，材料的可锻性越好。三向压应力三向压应力塑性最好、变形抗力最大。塑性最好、变形抗力最大。三向拉应力三向拉应力塑性最差、变形抗力最大。塑性
10、最差、变形抗力最大。三、锻造温度范围三、锻造温度范围始锻温度：始锻温度：终锻温度：终锻温度：过热、过烧过热、过烧 缺陷缺陷加工硬化加工硬化例如例如45#钢钢:1200 800注意事项：注意事项：锻造温度的上限锻造温度的下限锻造温度范围：锻造温度范围：始锻温度和终锻温度之间的一段温度间隔。始锻温度和终锻温度之间的一段温度间隔。四、金属的变形规律四、金属的变形规律1.1.体积不变定律体积不变定律2.2.最小阻力定律最小阻力定律在压力加工过程中，只要金属的密度不发生变化，变形前在压力加工过程中，只要金属的密度不发生变化，变形前后的体积就不会产生变化，这一规律称为体积不变定律。后的体积就不会产生变化，这一规律称为体积不变定律。即：在塑性变形中即：在塑性变形中V=0如果金属在变形过程中其质点有向各方向移动的可能性时，如果金属在变形过程中其质点有向各方向移动的可能性时，则金属的各质点将向着阻力最小的方向移动。则金属的各质点将向着阻力最小的方向移动。最短法线法则示意图最短法线法则示意图 谢谢 谢谢
