第一章 金属塑性变形.ppt

第三篇金属压力加工,概述金属在外力的作用下产生塑性变形，得到预定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加工方法，又称压力加工、塑性成形。各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定的塑性，可在热态或冷态下进行压力加工。,f1,根据受力和变形特点，锻压成形有以下几种形式,1．轧制金属坯料依靠摩擦力，在两个回转轧辊的间隙中连续通过轧辊而受压变形，以获得各种产品的加工方法。,f4,２．拉拔将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。,f2-f3,３．挤压金属坯料在挤压模内受压，被挤出模孔而变形的加工方法。按金属流动方向与凸模运动方向的异同，可分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压四种；按坯料的挤压温度不同，可分为冷挤压、热挤压、温挤压。,正挤压,反挤压,f5-f6,4．锻造金属坯料在上、下抵铁间或模膛内受冲击力（使用锻锤）或压力（使用压力机）而变形的加工方法。按是否使用锻模分为自由锻、模锻两大方法。,自由锻,模锻,f7,5．板料冲压金属板料在冲模间受压产生分离或变形的加工方法。,第一章金属塑性变形,第一节金属塑性变形的实质金属是由晶粒（单晶体）组成的多晶体，塑性变形先在晶面方向有利于滑移的晶粒内开始，然后不利于滑移的晶粒向有利变形的方向转动，多晶体间协调变形，使滑移继续进行。,塑性变形的实质就是组成金属多晶体的许多单晶体，产生晶内变形（滑移）的综合效果，而晶粒间则产生滑动和转动。,τ,τ,,,,1、单晶体滑移变形在切向力的作用下，晶体的一部分与另外一部分发生相对滑移，造成晶体的塑性变形，当外力继续作用时，晶体还将在另外的滑移面上滑移，使变形继续进行,金属,,晶体,,单晶体（理想金属）,多晶体（实际金属）,1、单晶体的塑性变形,问题金属材料为什么能产生塑性变形塑性变形的实质,1、单晶体的塑性变形,,位错,切应力,滑移面,主要方式滑移变形,,,,,2、多晶体的塑性变形,,晶内变形晶粒内部的滑移变形,晶间变形晶粒间的移动和转动,晶粒位向与受力变形关系,第二节塑性变形后金属的组织和性能,一、加工硬化,产生原因滑移面上产生了微小碎晶，晶格畸变。（内应力），使滑移阻力增大，进一步变形困难,金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降的现象冷变形强化,二、加工硬化的消除方法（1）回复将金属加热到一定温度，原子获得能量，震动加剧，部分原子回复到正常排列位置，减轻了晶格扭曲（图c），消除了部分加工硬化。回复的温度为T回0.25～0.3T熔（2）再结晶若温度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质为结晶核重新结晶成新的晶粒（图d），从而完全消除加工硬化。再结晶的温度为T再0.4T熔,2、回复和再结晶,保持加工硬化，消除内应力。如冷卷弹簧进行去应力退火。,消除加工硬化，提高塑性。在结晶速度取决于加热温度和变形程度。在结晶是一个形核、长大过程。,a）原始组织b）塑性变形后的组织c）回复后的组织d）再结晶组织,再结晶退火就是将金属加热到再结晶温度以上，使金属重新结晶，再次获得良好的塑性。金属在高温下受力变形，硬化与再结晶同时存在，但加工硬化随即被再结晶消除。,金属的回复与再结晶,三、冷变形与热变形,冷变形再结晶温度以下的塑性变形。热变形再结晶温度以上的塑性变形,冷变形,,加工硬化,冲压、冷弯、冷挤、冷轧,热变形,,再结晶,锻造、热挤、轧制,四、纤维组织1．锻造比用来表示金属的变形程度。1）拨长锻造比纵向长度变大,F,,,2）镦粗锻造比锻造比越大，表示金属的变形程度越大。,HO,H,2．纤维组织金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质沿着变形方向被拉长，呈纤维形状，这种结构称纤维组织。锻造比越大，纤维组织就越明显。,纤维组织具有各向异性的特点，使金属材料平行于纤维方向的塑性、韧性提高，抗拉强度增加；垂直于纤维方向的塑性、韧性下降，但抗剪能力提高。纤维组织稳定性很高，即使用热处理也不能消除，只有通过锻压使金属变形，才能改变纤维组织的方向和形状。,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。,第三节金属的可锻性,*金属的可锻性用塑性和变形抗力来综合衡量。材料的塑性大、变形抗力小，则可锻性就好。金属的可锻性取决于金属本质和加工条件,,,1、化学成分的影响,纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。,2、金属组织的影响,纯金属及固溶体如奥氏体的可锻性好。而碳化物如渗碳体的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好,一、金属的本质内因,,,,变形温度高，材料变形抗力减小，塑性提高，可锻性变好。但需注意，温度过高将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废，所以要严格控制始锻、终锻温度。始锻温度开始锻造的温度，在固相线以下200℃左右，碳钢一般在1200℃左右。终锻温度结束锻造的温度，在A1线以上，碳钢一般在800～750℃之间。,1、变形温度的影响,二、加工条件的影响外因,,,2、变形速度的影响,当变形速度低于临界速度时，变形速度越大，加工硬化现象也越显著和剧烈，使得变形抗力上升，塑性下降，导致可锻性下降。当变形速度高于临界速度时，变形速度越大，可锻性越好，这时金属内部变形剧烈，晶粒间摩擦加剧，一部分塑性变形功转化为热能，使金属温度升高（称为热效应现象），消除了加工硬化现象，使可锻性提高。不同金属材料，临界速度也不同。一般在塑性加工中，变形速度都低于临界速度，只有在高速锤等设备上锻造时，才会有热效应现象。,,,3、应力状态的影响,压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。,