刘亚欣—金属工艺学—第3部分—塑性加工

应变速度 u =dε/dt 应变速度u 应变速度u 塑性↓.变形抗力↑ 塑性↓.变形抗力↑ ↓.变形抗力 热能↑→塑性↑ 变形抗力↓ 热能↑→塑性↑，变形抗力↓ ↑→塑性 ε— ε—变形程度
§1.3 金属的可锻性
二、加工条件 3.应力状态影响 3.应力状态影响 三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。
纯金属的可锻性比合金好；有些元素可使可锻性显著下降（如铬，钨，钒 等）。钢的含碳量越低，可锻性越好，
⒉金属组织的影响
组织不同，可锻性有很大差异： 纯金属、固溶体（如奥氏体）可锻性好； 碳化物可锻性差； 铸态柱状组织和粗晶粒可锻性不如晶粒细小均匀。
§1.3 金属的可锻性
二、加工条件 ⒈变形温度的影响
金属工艺 金属工艺学 工艺学
刘亚欣
规格严格、 规格严格、功夫到家
课程体系
讲授金属零件工艺方法的技术基础课。 讲授金属零件工艺方法的技术基础课。
热加工，是在较高的温度下将金属软化或熔化处理后再冷却至 热加工，是在较高的温度下将金属软化或熔化处理后再冷却至 常温的成形技术（再结晶温度） 常温的成形技术（再结晶温度）
单晶体滑移变形
本质： 本质： 原子 晶体 金属 观点1： 观点 ：晶体内部产生整体滑移
§1.1 金属塑性变形的实质
滑移面
在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定的晶面产生相对滑 在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分， 该面称为滑移面。 移，该面称为滑移面。
滑移面两侧晶体刚性整体相对运动，所需外力比实测数据大很多， 滑移面两侧晶体刚性整体相对运动，所需外力比实测数据大很多，
§1.2 塑性变形对金属组织和性能影响
金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。 组织将发生变化 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； 晶粒产生碎晶。 ⑶ 晶粒产生碎晶。 力学性能变化： 组织变化 力学性能变化： 冷作硬化(见图3 冷作硬化(见图3－4) 现象：强度、硬度上升， ＊ 现象：强度、硬度上升， 而塑性、韧性下降。 而塑性、韧性下降。 原因： ＊ 原因： 滑移面附近的晶粒碎晶块， 滑移面附近的晶粒碎晶块， 晶格扭曲畸变， 晶格扭曲畸变， 增大滑移阻力， 增大滑移阻力， 使滑移难以进行。 使滑移难以进行。
欲讲授的知识
1、金属材料基本知识 2、热加工：
铸造 塑性加工：锻、冲、轧等。 焊接
3、冷加工（切削加工）：
切削、机床、常用切削方法 特种加工 典型表面加工 工艺过程及零件结构工艺性分析
第三部分
金属塑性加工
塑性加工
利用外力使金属产生塑性变形， 利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有 一定形状、尺寸和力学性能的原材料、 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金属塑性加工。 或零件的生产方法称为金属塑性加工。
§1.2 塑性变形对金属组织和性能影响
纤维组织：变形程度越大，纤维组织越明显。 纤维组织：变形程度越大，纤维组织越明显。 越大
塑性加工中常用锻造比y来表示变形程度。 塑性加工中常用锻造比 来表示变形程度。 来表示变形程度 拔长时锻造比y 拔长时锻造比 拔=A/A0 镦粗时锻造变形方向可以自由流动，不受限制。 金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。 自由流动 设备： 自由锻设备 锻锤；液压机： 自由锻设备：锻锤；液压机：
§2.1 锻造方法
1. 自由锻工序 ⑴ 基本工序 镦粗：适于饼块类，盘套类 拔长：适于轴类、杆类 拔长、镦粗经常交替反复使用。 有时一头镦粗，另一头拔长。 （通孔、盲孔）冲孔，常用方法：镦粗—冲孔 镦粗—冲孔—扩孔 弯曲：工件轴线产生一定曲率。 扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。 错移：坯料的一部分相对于另一部分平移 错开的工序，例如曲轴。 切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。 ⑵ 辅助工序： 在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。 ⑶ 精整工序： 完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸和形状精度的工序。 ⒉ 锻件分类及基本工序方案（表3-1 锻件分类及所需锻造工序）
回复
再结晶
§1.2 塑性变形对金属组织和性能影响
＊ 再结晶： 再结晶：
当加热温度T 当加热温度T再： T再=0.4T熔 原子获得更多热能， 原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心构成新晶 因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。 粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。 作用：再结晶后清除了全部加工硬化 清除了全部加工硬化。 作用：再结晶后清除了全部加工硬化。 再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。 再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。 加工硬化的利用、 ●加工硬化的利用、消除 利用：冷加工后使材料强度↑硬度↑ 如冷拉钢， ＊利用：冷加工后使材料强度↑硬度↑。如冷拉钢，不能 热处理强化的金属材料。 热处理强化的金属材料。 消除：再结晶退火（P29）650— ＊消除：再结晶退火（P29）650—750℃ 塑性加工中加工硬化使继续进行塑性变形困难， 塑性加工中加工硬化使继续进行塑性变形困难，应消除
锻造温度范围： 锻造温度范围： 以合金状态图为依据 3-8 始锻温度 ：碳钢比AE线低200C°左右 碳钢比AE线低200C AE线低200C° 800C° 若强行锻造， 终锻温度 ：800C°过低难于锻造 ，若强行锻造，将导 致锻件破裂报废。 致锻件破裂报废。
§1.3 金属的可锻性
二、加工条件 2.应变速度的影响 2.应变速度的影响
所以，很多塑性加工方法在高温下进行， 所以，很多塑性加工方法在高温下进行，温度超过再结晶温度
§1.2 塑性变形对金属组织和性能影响
● 冷变形和热变形 冷变形：在再结晶温度以下的变形； 以下的变形 ＊ 冷变形：在再结晶温度以下的变形； 冷变形后金属强度、硬度较高，低粗糙度值。但变形程度不宜 过大，易裂。 热变形：再结晶温度以上变形。 以上变形 ＊ 热变形：再结晶温度以上变形。 变形具有强化作用，再结晶具有强化消除作用。在热变形时无 加工硬化痕迹。 金属塑性加工大多属热变形，具有再结晶组织。 金属塑性加工大多属热变形，具有再结晶组织。 热加工后组织性能变化： 热加工后组织性能变化： 粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。 ⒈粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。 铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。 ⒉铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。 晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界分布， ⒊晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界分布， 形成纤维组织 流线）。 纤维组织（ 形成纤维组织（流线）。
在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向与纤维方向重合，最大 切应力的方向于纤维方向垂直
§1.3 金属的可锻性 金属的可锻性
●可锻性：材料在锻造过程中经受住塑性变形而不开裂的能力。 在锻造过程中经受住塑性变形而不开裂的能力 可锻性：材料在锻造过程中经受住塑性变形而不开裂的能力。 ●可锻性的衡量：塑性（断面收缩率ψ，伸长率δ）；变形抗力。 可锻性的衡量：塑性（断面收缩率ψ 伸长率δ）；变形抗力 变形抗力。 塑性好，变形抗力小则可锻性好。 塑性好，变形抗力小则可锻性好。 可锻性取决于：金属本质和加工条件。 可锻性取决于：金属本质和加工条件。 一、金属的本质 ⒈化学成分的影响
对金属进行加热和冷却的过程可人为干预或控制，称为热处理。 热加工常见的分类有：凝固成形（铸造）、连接技术（焊接）、 塑性成形（锻造和冲压）。 热加工成形过程中，模具起着极其重要的作用，从而又衍生出了 模具设计和加工技术。
冷加工，通常指金属的切削加工： 冷加工，通常指金属的切削加工：
即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层， 从而使工件获得一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。 车削、铣削、刨削、磨削、镗削、拉削、钻削和插削等加工方法。
§1.2 塑性变形对金属组织和性能影响
回复与再结晶
＊ 回复： 回复：
一定温度后具有自发恢复 冷作硬化是一种不稳定的现象。加热到一定温度后具有自发恢复 冷作硬化是一种不稳定的现象。加热到一定温度后 到稳定状态的倾向。 到稳定状态的倾向。 回复温度： 氏温标) 0.25—0.3） 回复温度：T回(用K氏温标) T回=（0.25—0.3）T熔 使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，晶内残余应力消除 使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，
多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形）
晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 晶间变形：晶粒之间的相互位移 转动。 位移或 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。
在外力作用下，有的晶粒处于利于塑性变形位置，则首先塑性变形。 在外力作用下，有的晶粒处于利于塑性变形位置，则首先塑性变形。有 的处于不利于塑性变形的位置，则暂时不变形。晶粒间会移动、转动， 的处于不利于塑性变形的位置，则暂时不变形。晶粒间会移动、转动， 这种利与不利位置在变化，塑性变形不断进行。 这种利与不利位置在变化，塑性变形不断进行。图3-3
第二章
锻
造
§2.1 锻造方法
锻造：在加压设备及工（模）具作用下，是坯料、铸件产生局部或全部 锻造：在加压设备及工（模）具作用下，是坯料、铸件产生局部或全部 的塑性变形，获得一定几何尺寸、形状、质量的锻件的加工方法。 的塑性变形，获得一定几何尺寸、形状、质量的锻件的加工方法。 分为: 分为:自由锻、模锻 一、自由锻 • 利用通用工具、或锻造设备上低 利用通用工具、 铁间变形而获得锻件的方法。 铁间变形而获得锻件的方法。 自由锻是生产大型锻件和特大型锻 件唯一成型的方法。 件唯一成型的方法。
塑性加工
塑性加工的种类有：锻造、挤压、板料冲压、轧制、 塑性加工的种类有：锻造、挤压、板料冲压、轧制、拉拔等
锻造
挤压
轧制