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第三篇金属压力加工(第一章金属的塑性变形)资料

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第一章 金属塑性变形

第一章 金属塑性变形

图：冷变形金属在加热时组织 和性能的变化示意图
3）晶粒长大 冷变形金属刚刚结束再 结晶时的晶粒是比较细 小、均匀的等轴晶粒， 如果再结晶后不控制其 加热温度或时间，继续 升温或保温，晶粒之间 便会相互吞并而长大。
原因：晶体内部的各种缺陷（特别是位错）的运动更 容易产生滑移，而且位错运动所需切应力远远小于刚 性的整体滑移所需的切应力。当位错运动到晶体表面 时，晶体就产生了塑性变形。
未变形
位错运动
塑性变形
图：晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图
2. 多晶体金属的塑性变形
多晶体的塑性变形与单晶体的相同处，在于它也是 以滑移和孪生为其塑性变形的基本方式。但多晶体是由 许多形状、大小、取向各不相同的晶粒所组成，这就使 多晶体的变形过程增加了若干复杂因素，具有区别于单 晶体塑性变形的特点。
首先，多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和位向不 同的晶粒的影响；其次，任何一个晶粒的塑性变形都不 是处于独立的自由变形状态，需要其周围的晶粒同时发 生相适应是变形来配合，以保持晶粒之间的结合和整个 物体的连续性。因此，多晶体的塑性变形要比单晶体的 情况复杂得多。
多晶体塑性变形的特点： • 1、各晶粒变形的不同时性； • 2、各晶粒变形的相互协调性； • 3、多晶体的塑性变形也具有不均匀性。
重要齿轮、连杆、炮管、枪管等； 板料冲压-汽车制造、电器、仪表及日用品。
第一章 金属的塑性变形
第一节 金属塑性变形的实质 金属在外力作用下产生塑 性变形的实质是晶体内部 的原子产生滑移。 1. 单晶体金属的塑性变形
滑移面
单晶体的塑性变形主要通过滑移进行。 整体刚性
滑移
（a）未变形（b）弹性变形（c）弹塑性变形（d）塑性变形 图：单晶体滑移变形示意图

第三篇(塑性加工)

第三篇(塑性加工)

纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消 除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。 合理利用纤维组织
应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合;
最大切应力方向与纤维方向垂直; 并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。
§1-3
金属的可锻性
金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。 （经塑性加工而不断裂） 塑性
三拐曲轴的锻造过程
§2-1 锻造方法
自由锻特点
●
坯料表面变形自由；
● 设备及工具简单，锻件重量不受限制； ● ● ●
锻件的精度低； 生产率低，适用于单件小批生产； 是大型锻件的唯一锻造方法。
§2-1 锻造方法
模锻
使加热后的金属在模膛内
受压变形以获得所需锻件 的方法。 应用： 大批量生产中小锻件。 ＜150Kg，如曲轴、连 杆、齿轮。
在冷加工时,形变强化使金属塑性降低,进
一步加工困难,应安排中间退火工艺。 实质：塑性变形时位错运动受阻，使交叉滑移中位错运动范围缩小，因 此，金属性能随之改变。
一、金属材料产生加工硬化
金属材料 强度和硬 度提高， 塑性和韧 性下降。
有利：加工硬化可提高产品性能! 不利：进一步的塑性变形带来困难! 加热可消除硬化现象!
压力使金属成型为各种型材和锻件等。
a）自由锻 b）模锻 c）胎模锻 胎模锻：自由锻设备上，采用不与上、下砧相连接的活动模具 成形锻件的方法。是介于自由锻和模锻之间的锻造工艺方法。 2）冲压 利用冲模将金 属板料切离或变形 为各种冲压件。
3）轧制 使金属坯料通过两个旋转轧辊之间的间隙而产生塑性变形的 加工方法。 用于生产各种型材、管材、板材等。
模锻
模锻是利用锻模使坯 料变形而获得锻件的 锻造方法。

金属的塑性变形

金属的塑性变形

滑移
滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一
定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移变形示意图
d)塑性变形
孪生
孪生：晶体内的一部分原子（红色）相对另一部分原子沿某个
晶面转动，使未转动部分与转动部分的原子排列成镜面对称关系。
一、金属的可锻性（塑性加工性能）
定义：在锻造过程中，金属通过塑性加工而不开裂， 并获得合格零件的能力。 衡量指标：金属的塑性和变形抗力 塑性越高、变形抗力越低，可锻性越好。
二、影响金属可锻性的因素：
三个主要因素：金属的本质、加工条件、应力状态 1、金属的本质（内在因素）： ①化学成分
➢ 碳钢：钢的含碳量越低，可锻性越好; ➢ 合金钢：合金元素含量越高，可锻性越差； ➢ 纯金属的可锻性优于合金。 ②金属组织
冷变形过程缺点：
①冷变形过程的加工硬化使金属的塑性变差，给进一步塑性变 形带来困难。 ②对加工坯料要求其表面干净、无氧化皮、平整。 ③加工硬化使金属变形处电阻升高，耐蚀性降低。
五、纤维组织及其利用
纤维组织（热加工流线）：
塑性加工中，金属的晶粒形状和晶界分布的杂质沿变形方 向被拉长，呈纤维状。纤维组织不能热处理消除，只能通过锻 压改变其形状和方向。
纯金属或单相固溶体（奥氏体）的可锻性优于多相组织； 均匀细晶的可锻性优于粗晶组织和铸态柱状晶； 钢中存在网状二次渗碳体时可锻性下降。
影响金属可锻性的因素：
2、加工条件：
①变形温度 温度越高，金属塑性提高，
变形抗力降低，可锻性提高。
加热温度过高，产生缺陷： 过热：晶粒长大，使综合机械性能下降； 过烧：晶粒边界氧化或熔化 ，一击即碎； 脱碳：碳与环境气体反应，使表层含碳量减少； 严重氧化：表层与 氧反应，生成氧化物。

金属工艺学(热)压力加工

金属工艺学(热)压力加工



4. 胎模锻 是在自由锻设备上使用 胎膜生产模锻件的工艺 方法。 胎膜种类：扣模、筒模 和合模
第二节 锻造工艺规程的制订

一、绘制锻件图 考虑内容： 1 敷料、余量和公差 为了简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属， 称为敷料。 在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸，称为余量。 锻件公差是锻件名义 尺寸的允许变动量。
（4）应避免深孔或多孔结构。 （5）模锻件的整体结构应力求简单。


作业： 111页 （2）、（3）、（5）、（9）、（11）

第二节 锻造工艺规程的制订



2 分模面 上下锻模在模锻件上的分界面。 确定原则： （1）应保证模锻件能从模膛中取出来。 （2）应保证制成锻模后，上下两模沿分模面的模膛轮廓一致。 （3）应选在使模膛深度最浅的位置上。 （4）应使零件上所加敷料最少。 （5）最好是一个平面。
第二节 锻造工艺规程的制订
第一节 锻造方法



1. 自由锻工序 分为基本工序、辅助工序和精整工序 （1）基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求，达到或 基本达到锻件所需尺寸和形状的工序。 镦粗 使坯料高度减小、横截面积增大的工序 拔长 使坯料横截面积减小、长度增大的工序 冲孔 使坯料具有通孔或盲孔的工序 弯曲 使坯料轴线产生一定曲率的工序 扭转 使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定 角度的工序 错移 使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序 切割 是分割坯料或去除锻件余量的工序 （2）辅助工序 是指进行基本工序之前的预变形工序。 （3）精整工序 完成基本工序后，提高锻件尺寸及位置精 度的工序。
金属工艺学（热）

第三篇金属压力加工(第一章金属的塑性变形)

第三篇金属压力加工(第一章金属的塑性变形)
2019年11月19日6时1分
第一章 金属的塑性变形
◆学习目的及要求： 1.了解变形机理； 2.掌握金属常温下塑性变形时组织性能变化； 3.掌握加工硬化现象的利与弊及如何消除； 4.了解影响可锻性的因素。 ◆重点及难点：
1.加工硬化、再结晶； 2.纤维组织。 ◆金属材料经过压力加工之后，其内部组织发生很大变化， 金属的性能得到改善和提高。 因此，为正确选用压力加工方法、合理设计其零件，必须了 解金属塑性变形的实质、规律和影响因素等。
2019年11月19日6时1分
3、应力状态的影响 金属经受不同方法方向应力中，受压应力数目， ，可锻 性，拉应力的数目， ,可锻性。
◆综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于
变形条件。
因此，压力加工过程中，应要创造最有利的变形条件，充分
◆金属强化： 金属的冷变形强化（冷作硬化）是强化金属的重要手段，尤 其是对无同素异构转变的金属是唯一强化金属的方法。 ◆但强化金属的同时，给金属的继续加工带来了困难，因此 要经过再结晶使金属重新获得塑性，因此塑性变形工艺过程中经 常应用到再结晶退火工艺。 ◆再结晶退火： 就是将冷作硬化以后的金属重新加热到再结晶温度以上某一 温度让其发生再结晶，继而消除冷作硬化现象，以利于继续进行 塑性加工。 ◆加工硬化与再结晶的应用：视频。
2019年11月19日6时1分
2）热变形(热加工) T加工 > T再 时，变形产生的加工硬化被 随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有 再结晶的相同晶粒组织，而无任何加工硬化 痕迹，这种变形称为热变形。 即冷变形强化和再结晶过程同时存在。 ◆热变形结果： 无加工硬化—加工硬化和再结晶同时进行；
细化晶粒—铸态晶粒被破碎； 致密组织—缩松、气孔被压合； 形成纤维组织—杂质分布状态被 改变。 所以，经热变形的金属虽然没有加 工硬化，但是其机械性能仍明显提高。 可把粗大、不均匀结构 → 细化。

(完整版)金属工艺学(压力加工)

(完整版)金属工艺学(压力加工)
在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，纤维的分布与零 件的外形轮廓应相符合。
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱

第三篇金属压力加工

第三篇金属压力加工

1.金属本质的影响
(1)化学成分 金属的化学成分不同锻造性能也 不同，一般情况下，纯金属比合金好。合金成 分越复杂，锻造性能越差。例如，纯铁、低碳 钢、高碳钢它们的锻造性能是依次下降的。 (2)金属的组织 合金呈单相固溶体组织时，具 有良好的锻造性能。而金属具有化合物组织时， 锻造性能差。 晶粒的粗细对锻造性能也有影响。铸态组织晶 粒粗大，塑性差，锻造钢锭时，应先轻打，待 晶粒细化后再重打，以免打裂。晶粒越细，塑 性越好，故锻造性能也越好。
第三篇金属 压力加工
概述
一. 什么是压力加工 靠外力使金属材料产生塑性变形而得到 预定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加 工方法。 外力—— 冲击力：锤类 静压力：压力机 各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一 定的塑性，因此，都能在热态或冷态下进行 压力加工。 应用广泛：运输工具96%； 汽车拖拉机95%； 航天、航空90%； 农用机械工业80%。
第一章 金属塑性变形 §1 金属塑性变形的实质
具有一定塑性的金属材料，在外力 作用下变形的过程是随着应力的增加由 弹性变形阶段进入弹性-塑性变形阶段 的。在弹性变形阶段，若应力消除，变 形也随之消失。进入弹性-塑性变形阶 段后，即使应力消除，变形也不能完全 消失，消失的只是弹性变形部分，而另 一部分被保留下来，这部分变形就是塑 性变形。
第二章 锻造
利用冲击力或压力使金属在抵铁间 或锻模中变形，从而获得所需形状和尺 寸的锻件，这类工艺方法称为锻造。锻 造是金属零件的重要成型方法之一，它 能保证金属零件具有较好的力学性能， 以满足使用要求。
第一节 锻造方法
一.自由锻 1.自由锻工艺
自由锻造是将加热好的金属坯料在锻造设备的上、 下砧铁之间，在冲击力或压力的作用下，发生塑性变形 而获得锻件的锻造方法。 自由锻根据使用设备和锻造力的性质不同，分为锤上自 由锻和压力机上自由锻。锻锤产生冲击力使金属变形， 压力机产生静压力使金属变形。锤上自由锻适于锻造 0.5～1吨以下的中小型锻件，压力机上自由锻适于锻造 大型锻件。自由锻使用简单的通用性设备，不需要造价 昂贵的专用模具，可以锻造从几十克到几百吨的锻件， 但是其锻件的尺寸精度低，加工余量大，材料消耗多， 而且生产率低，劳动条件差，劳动强度大。只有在单件 或小批量生产的条件下采用自由锻才是合理的。此外， 对于同一锻件自由锻需要的变形力比模锻小得多，因此 对于大型锻件自由锻几乎是唯一的锻造方法，它在重型 机械制造中具有重要的地位。

第三篇金属压力加工

第三篇金属压力加工
• 上述理论所描述的滑移运动，相当于滑移上下两部分晶 体彼此以刚性整体作相对运动。要实现这种滑移所需的 外力要比实际测得的数据大几千倍，这说明实际晶体结 构及其塑性变形并不完全如此。
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。

[知识]轧钢原理

[知识]轧钢原理

绪论金属压力加工：金属压力加工时金属在外力作用并且不破坏自身完整性的条件下稳定改变其形状与尺寸，而且也改善其组织和性能的加工方法，也叫金属的塑性加工。

金属加工分类：弯曲、剪切、锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压锻造：自由锻（镦粗、延伸）、模锻轧制：纵轧、横扎、斜扎挤压：正挤压、反挤压第一章金属塑性变形原理第二章应力和变形第一节力和应力一、外力外力：作用力、反作用力（1）作用力：压力加工设备的可动工具部分对工件作用的力叫做作用力，又叫主动力。

（2）约束反力：正压力、，摩擦力约束反力：变形物体的整体运动和质点流动受到工具另外组成部分的约束，及工件与工具接触面上摩擦里的制约，工件在这些力的作用下产生形变，这些力叫约束反力。

二、内里和应力内力：当物体在外力作用下，并且物体的运动受到阻碍时，或者由于物理和物理化学等作用而引起物体内原子之间距离发生改变，在物体内部产生的一种力，叫作内力。

引起内力的两种原因：（1）为平衡外部的机械作用，在金属内部产生于外力相平衡的内力。

（2）由于物理和物理化学作用而引起的内力。

应力：内力的强度称为应力，或者说内力的大小是以应力来度量的，单位面积上作用的内力称为应力。

第二节变形变形：金属在受力状态下产生内里的同时，其形状及尺寸也产生变化，这种现象称为变形变形：弹性变形，塑性变形从微观上看：弹性变形的实质，就是所施加的外力或能不足以使原子跃过势垒。

塑性形变，如果能越过上述势垒而使大量原子定向的从原有的平衡位置转移到另一平衡位置上去，这就表现为塑性形变。

从宏观上看：金属在外里作用下产生变形，外力去除后，又恢复到原来的形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。

如果外力去除后，变形金属的形状和尺寸能保留下来，不会恢复到变形前的状态，这样的变形称为塑性变形。

第三节应力状态及图示主平面：只有正应力，而切应力为零的平面称为主平面主应力：主平面上的正应力称为主应力塑性变形中拉应力最容易导致金属破坏，因为它使金属内的细小疏松、空隙、裂纹等缺陷扩大，压应力有利于减小或抑制缺陷的发生与发展。

《金属材料与热处理》第三章金属的塑性变形对组织性能

《金属材料与热处理》第三章金属的塑性变形对组织性能
➢再结晶温度指的是最低再结晶温度(T再)：用经过严
重冷塑性变形的金属,经1小时加热后能完全再结晶的 最低温度来表示。
最低再结晶温度：
T再=0.4T熔点 式中温度单位为绝对温度(K)。
8
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
(3)再结晶温度影响因素：
1）变形程度 ➢2）金金属属再纯结度晶前：塑纯性度变越形高的, 最相低对再变结形晶量温称度为也预就先越变低形 度➢。3）预；加先热变速形度越大, 金属的晶体缺陷就越多, 组织越不 稳➢➢杂再定质结, 最和晶低合是再金一结元扩晶素散温（过度高程也熔, 需就点一越元定低素时；）间阻才碍能原完子成扩；散和晶 ➢界➢当提迁预高移先加, 可变热显形速著度度提达会高一使最定再低大结再小晶结后在晶,较最温高低度温再；度结下晶发温生度；趋于某 一➢高原稳纯始定度晶值铝粒。(越99粗.9大9,9再%结)最晶低温再度结越晶高温。度为80 ℃； ➢工业纯铝(99.0%)最低再结晶温度提高到290 ℃。
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、热加工晶粒大小控制措施
（1）.控制较低的加工终了温度 （2）.控制较大的变形程度 （3）.控制较快的冷却速度
0
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、产生残余内应力 ➢定义：外力去除后，金属内部残留下来的应力。
产生原因：金属发生塑性变形时，内部变形不均匀， 位错、空位等晶体缺陷增多，会产生残余内应力。
➢1）宏观内应力 ➢2）微观残余应力 ➢3）晶格畸变应力
1
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1
第一节 金属的塑性变形

3-1 金属的塑性变形

3-1 金属的塑性变形

18
四、纤维组织
材料在压力加工中产生塑性 材料在压力加工中产生塑性 压力加工 变形时， 变形时，基体金属的晶粒形状和 沿晶界分布的杂质形状都发生了 变形，它们都将沿着变形方向被 变形， 拉长，呈纤维形状。 拉长，呈纤维形状。这种结构叫 纤维组织。 纤维组织。 纤维组织是变形后所形成的带有方向性的晶粒。 纤维组织是变形后所形成的带有方向性的晶粒。 是变形后所形成的带有方向性的晶粒
后 退
12
二、多晶体的塑性变形
多晶体是多个位向不同变形总和，除了晶内变形外， 多晶体是多个位向不同变形总和，除了晶内变形外， 是多个位向不同变形总和 还有晶间变形，及晶粒间互相移动及转动。 还有晶间变形，及晶粒间互相移动及转动。
特点： 特点：
变形过程复杂。 变形过程复杂。 变形抗力比单晶体大的多。 变形抗力比单晶体大的多。 多晶体塑变以晶内为主，晶间很小。 多晶体塑变以晶内为主，晶间很小。
5
3.挤压 3.挤压
金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形， 金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形，从 挤压模内被挤出模孔而变形 而获得所需制件的加工方法。 而获得所需制件的加工方法。 正挤压：金属流动方向与凸模送进的方向相同。 正挤压：金属流动方向与凸模送进的方向相同。 方向相同 反挤压：金属流动方向与凸模送进方向相反 方向相反。 反挤压：金属流动方向与凸模送进方向相反。 采用机械化生产方法具有很高的生产率。 采用机械化生产方法具有很高的生产率。
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2) 金属组织的影响
纯金属和非饱和固溶体可锻性好。 纯金属和非饱和固溶体可锻性好。 可锻性好 金属化合物是硬脆的组成相， 金属化合物是硬脆的组成相，组织中的金属化合 是硬脆的组成相 物越多，可锻性越差。 物越多，可锻性越差。 比如纯铁、纯铜、纯铝、具有单相铁素 比如纯铁、纯铜、纯铝、 体或单相奥氏体的钢具有良好的可锻性， 体或单相奥氏体的钢具有良好的可锻性，但 是具有网状渗碳体的过共析钢可锻性较差。 是具有网状渗碳体的过共析钢可锻性较差。 铸铁中由于含有大量的渗碳体或石墨， 铸铁中由于含有大量的渗碳体或石墨， 其可锻性非常差，铸铁是根本不能锻造的。 其可锻性非常差，铸铁是根本不能锻造的。

机械制造基础课件—第三章压力加工

机械制造基础课件—第三章压力加工
多晶体金属的塑性变形抗力总是高于单晶体。 晶粒越细小，变形抗力越大，但能提高金属的 塑性。
4
3.1.2 塑性变形对组织和性能的影响
金属在常温下经过塑性变形后，内部组织和性能将发生变化： ①晶粒沿变形方向伸长，性能趋于各向异性； ②晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化 ； ③产生内应力 。
金属发生冷塑性变形时，随着 变形量的增加，强度和硬度提 高，塑性和韧性下降的现象称为 加工硬化，又称冷变形强化。
拔长时的锻造比为:Y拔＝ A0/A =L/L0 镦粗时的锻造比为:Y镦＝ A/A0 =H0/H
纤维组织的稳定性很高，不能用热处理的方法消除，只有经过压力 加工使金属变形，才能改变其方向和形状。
为了获得具有最好力学性能的零件，在设计和制造零件时，都应使 零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大切应力方向 与纤维方向垂直。并使纤维沿零件轮廓分布而不被切断。
20
3．避免加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面 4．合理采用组合结构
21
3.3 模锻
模锻是在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的 模膛，使坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金属坯料流动的 限制，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。
与自由锻相比，模锻的优点是：操作简便，生产率高；可 以锻造形状较复杂的锻件；锻件的尺寸精确、表面较光洁，因 而机械加工余量小，材料利用率高，成本较低；而且可使锻件 的金属纤维组织分布更加合理，进一步提高了零件的使用寿 命。
1）长轴类模锻件 常用的工步 有拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻 等。
2）盘类模锻件 常用镦粗、终 锻等工序。 （4）确定修整工序
包括切边、冲孔、热处理、清 理、校正等。
30
3. 模锻件的结构工艺性

第三章 金属的塑性变形

第三章 金属的塑性变形
变形速度得到恰当配合。
主要工艺：微细晶粒超塑性、相变超塑性
小结
1.认识单晶体金属塑性变形的主要方式－滑移的主 要特点；
2.认识多晶体金属塑性变形的特点和晶界与晶粒位 向对塑性变形的影响； 3.掌握金属在塑性变形过程中，结构、组织与性能 的变化规律，加工硬化产生的原因和实际意义；
滑移的同时必然伴随着晶体的转动。
孪生
孪生：在切应力作用下，晶体的一部分 相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶 向（孪生方向）发生切变的变形过程。
孪生的特点
金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面
两侧形成镜面对称关系。 发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或 孪晶。
孪生带的晶格位向发
生变化，发生孪生时 各原子移动的距离是 不相等的。
一、单晶体的塑性变形
塑性变形主要方式：滑移、孪生
单晶体
弹性变形
滑移变形
孪生变形
滑移变形在晶体表面留下变形痕迹 孪晶变形在晶体内部留下变形痕迹
滑移
滑移是在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑 移方向）相对于另一部分发生滑动。
滑移示意图
机械工程材料
滑移的特点
滑移与位错
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许 多晶界，变形复杂。
2、多晶体的塑性变形
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同， 且存在许多晶界，变形复杂。
（A）晶界的影响
晶界起强化作用
（ B）晶粒位向的影响
轴向拉力F，试样横截面积A , 外力F作用在滑移面上，沿滑 移 方向的分切应力为:
晶界的影响
金属在热轧时变形和再结晶的示意图
热加工对金属组织和性能的影响⑴
①改善铸锭组织，表现在：

第3章 金属材料的塑性成形——压力加工

第3章 金属材料的塑性成形——压力加工
可锻性的优劣一般常用金属的塑性和变形抗力两个 指标来综合衡量。
其优劣主要取决于金属本身和变形时的外部条件。
影响可锻性的因素
(1) 金属的成分：纯金属好于合金，fcc好于bcc好 于hcp，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于 高碳高合金钢；有害杂质元素一般使可锻性变坏
(2) 金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下 的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析或有 共晶莱氏体组织使可锻性变差
2、研究与开发塑性加工过程的计算机模拟技术与模具 CAD/CAE/CAM技术等。
3、研究与开发柔性成形技术、增量成形技术、净成形技 术、近净成形技术、复合成形技术等。
4、研究与开发使环境净化的加工技术，如低噪音、小/ 无震动、节省能源、资源或再利用的加工技术。
§3.2 金属的塑性加工成形性
金属的塑性加工成形性/可锻性(Forgeability) ： 用来衡量金属在外力作用下发生塑性变形而不易 产生裂纹的能力，是金属重要的工艺性能之一；
(3) 加工条件 1) 变形温度：一般变形温度的升高，可提高金 属的可锻性；但注意过热、过烧问题
不同合金系8种典型金属的可锻性
Ⅰ—纯金属及单相合金(铅合金、 钼合金、镁合金)；Ⅱ—纯金属及 单相合金(晶粒长大敏感者)(铍、镁 合金、钨合含、钛合金)；Ⅲ—具 有不溶解组分的合金(高硫钢，含 硒不锈钢)；Ⅳ—具有可溶组分的 合金(含氧化物的钼合金，含可溶 性碳化物和氮化物的不锈钢)； Ⅴ—加热时形成有塑性第2相的合 金(高铬不锈钢)；Ⅵ—加热时形成 低熔点第2相的合金(含硫的铁、含 锌的镁合金)；Ⅶ—冷却时形成有 塑性第2相的合金(碳钢和低合金钢 、-钛合金和钛合金)；Ⅷ—冷 却时形成脆性第2相的合金(高温合
可显著减小总变形力，用小设备加工大零件。

第三篇 金属压力加工

第三篇 金属压力加工

具体数值 查表确定！
Ⅴ.冲孔连皮
许多模锻件都具有孔形，当模锻件的孔径大于 25mm时，应将该孔形锻出。但由于模锻无法 锻出通孔，需在孔中留出冲孔连皮，其厚度依 孔径而定。
2）坯料重量和尺寸的确定 坯料重量可按下式计算：
G坯料 G锻件 G烧损 G料头
3）锻造工序(工步)的确定

锻造工序(工步)都是根据工序(工步)特点和 锻件类型来确定的。 采用自由锻生产锻件时，其工序参阅表3— 1选定。 采用模锻方法生产模锻件时，其工步根据 模锻件的形状和尺寸确定。 模锻件按形状和结构可分为两大类：
模膛太深不适合作分模面！
(4)选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。
b---b选作分模面时，零件中间的孔不能锻出来， 孔部金属都是敷料，既浪费金属，又增加了切削加 工的工作量。所以该面不宜作分模面。
(5)分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造， 并防止锻造过程中上下锻模错动。
按上述原则综合分析，图中的d—d面是最 合理的分模面。
三、金属的可锻性 可锻性----锻造的难易程度 1、影响金属可锻性的因素 a. 化学成分的影响 尤其是合金含有易于同碳 形成化合物元素时，其可锻 性变差。 如铬、钼、钒、钨等合金钢 都不易锻造。
可锻性
合金成分%
b 、金属组织的影响

纯金属及固溶体可锻性好↑； 碳化物↑、渗碳体↑→可锻性差↓； 晶粒细化↑ →可锻性好↑ ； 晶粒粗大↑、铸态→可锻性差↓。
1、自由锻的工序
镦粗——拔长 冲孔 弯曲——扭转
错移
切割
弯曲
错移
切割
2、自由锻的工艺特点：
a 、几乎全部要进行后续的切削加工——生产毛坯
b 、毛坯外形简单——柱状或平面

材料成型工艺学3第三篇 金属塑性加工

材料成型工艺学3第三篇 金属塑性加工

金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
纤维组织的稳定性很高, 不能用热处理方法加以消 除。只有经过锻压使金属变形, 才能改变其方向和形状。
为了获得具有最好力 学性能的零件, 在设计和 制造零件时, 都应使零件 在工作中产生的最大正应 力方向与纤维方向重合, 最大切应力方向与纤维方 向垂直。并使纤维分布与 零件的轮廓相符合, 尽量 使纤维组织不被切断。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
最小阻力定律： 塑性变形时金属各质点首先向阻力最小的方向移动。
变法 形线 功方 小向
§2 塑性变形对金属的组织和性能的影响
金属在常温下经过塑性变形后， 内部组织变化:
① 晶粒沿最大变形的方向伸长； ② 晶格与晶粒均发生扭曲；产生内应力； ③ 晶粒间产生碎晶。
变形速度↑↑→ 热效应现象↑→ 塑性 ↑ 、变形抗力↓ → 可锻性↑
3. 应力状态的影响
实践证明：
● 三个方向的应力中, 压应力的数目越多, 则金属的塑性 越好
● 拉应力的数目越多, 则金属的塑性越差 ● 同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的
变形抗力
第二章 锻 造
锻造：利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中 变形, 从而获得所需形状和尺寸的锻件, 这类 工艺方法称为锻造。

第三章 金属材料的塑性变形

第三章 金属材料的塑性变形

二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
3.3 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的 变化 金属经塑性变形后，组织结构和性能发生 很大的变化。如果对变形后的金属进行加热， 金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加 热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再 结晶和晶粒长大过程。
一、回复 变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复 过程。 产生回复的温度T回复为： T回复=(0.25～0.3)T熔点 式中T熔点表示该金属的熔点, 单位为绝对温度 (K)。 由于加热温度不高, 原子扩散能力不很大, 只是 晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复 合消失而大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态， 变 形金属的显微组织不发生明显的变化。此时材料的强 度和硬度只略有降低，塑性有增高，但残余应力则大 大降低。工业上常利用回复过程对变形金属进行去应 力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。
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类型分：正挤压空心件实心件以及反挤压的动画演示。
2020年6月5日12时17分
锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工 方法。锻自由造视频。
板料冲压：金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。板料冲压视频。
应用： ◆一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料 – 轧 制、挤压和拉拔等方法制成。 ◆承受重载的机件等许多毛坯(机床主轴、重要齿轮） - 锻 造方法制造。 ◆板料冲压广泛用于汽车、电器、仪表等方面。
2020年6月5日12时17分
c、金属再结晶温度 当温度继续升高到该金属熔点绝对温度0.4倍时，金属原子 获得更多热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格 结构结晶成新的晶粒，从而消除了全部冷变形强化现象。这个过 程称为再结晶。 这时的温度称为再结晶温度，即T再=0.4 T熔
2020年6月5日12时17分
第三篇 金属压力加工
1. 金属的塑性变形 2. 锻 造 3. 板料冲压 讲授学时：8 学时
2020年6月5日12时17分
第三篇 金属压力加工
利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定 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 金属压力加工，又称“金属塑性加工”。
◆金属压力加工的基本方式有以下几种：轧制、拉拔、挤压 、锻造及板料冲压。
2020年6月5日12时17分
第一章 金属的塑性变形
◆学习目的及要求： 1.了解变形机理； 2.掌握金属常温下塑性变形时组织性能变化； 3.掌握加工硬化现象的利与弊及如何消除； 4.了解影响可锻性的因素。 ◆重点及难点：
1.加工硬化、再结晶； 2.纤维组织。 ◆金属材料经过压力加工之后，其内部组织发生很大变化， 金属的性能得到改善和提高。 因此，为正确选用压力加工方法、合理设计其零件，必须了 解金属塑性变形的实质、规律和影响因素等。
2020年6月5日12时17分
b、金属回复温度： 冷变形强化是一种不稳定现象，具有自发的回复到稳定状态 的倾向。但在室温下不易实现。 当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子得以 回复正常排列，消除了晶格扭曲，致使加工硬化得到部分消除。 这一过程称为“回复”。 这时的温度称为回复温度，即 T回=(0.25～0.3)T熔
2020年6月5日12时17分
◆纤维组织的利用原则： 1）纤维组织： 铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和 沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉 长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。纤维组织视频。 2）具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相同。 顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。 金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能的方向 性也就越显著。
◆可知，由于通常使用的金属都是大量微小晶粒组成的多晶 体。因此，其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个晶粒 产生变形的综合效果，同时，晶间也变形。
自由锻错移变形：视频。地毯的皱折移动与位错：视频。
2020年6月5日12时17分
◆实际金属：
金属受外力
晶内-滑移 晶间-滑动、转动
→宏观塑性变形
◆弹复现象： 金属内部有了应力就会发生弹性变形。应力增大到一定程度 后使金属产生塑性变形。当外力去除后，弹性变形将恢复，称“ 弹复”现象。 - 弹复对工件的变形和质量影响很大，金属压力加工时，应 采取措施防止。
2020年6月5日12时17分
2）热变形(热加工) T加工 > T再 时，变形产生的加工硬化被 随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有 再结晶的相同晶粒组织，而无任何加工硬化 痕迹，这种变形称为热变形。 即冷变形强化和再结晶过程同时存在。 ◆热变形结果： 无加工硬化—加工硬化和再结晶同时进行；
细化晶粒—铸态晶粒被破碎； 致密组织—缩松、气孔被压合； 形成纤维组织—杂质分布状态被 改变。 所以，经热变形的金属虽然没有加 工硬化，但是其机械性能仍明显提高。 可把粗大、不均匀结构 → 细化。
2020年6月5日12时17分
第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 金属在常温下经过塑性变形后，内部组织和性能将发生两种 变化：
1、组织变化： ①晶粒沿最大变形的方向伸长； ②晶格与晶粒发生扭曲； ③晶粒间产生碎晶。 2、性能变化（加工硬化） 是随变形程度的增加，强度、硬 度增加，而塑性、韧性下降的现象。 1）冷变形强化（加工硬化）： a、金属的力学性能随其内部组织变化而发生明显变化。 变形↑，金属的强度及硬度↑而塑性和韧性↓。这种现象称 为冷变形强化，又称加工硬化。 ◆原因：碎晶块和附近晶格扭曲阻碍滑移。
2020年6月5日12时17分
2. 多晶体（实际金属）的变形 实际晶体内部存在大量缺陷。其中，以位错对金属塑性变形 的影响最为明显。多晶体的塑性变形动画。
滑移： 是通过位错运动实现的。 塑性变形主要通过“滑移”方 式进行，无数个滑移便形成宏 观的塑性变形。
◆纯铝试件的拉伸试验及位错模型：视频。 ◆电子显微镜下的位错运动：视频。
轧制：金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得 各种产品的加工方法。轧板、轧圆钢、冷轧丝杠视频。
轧制产品：各种截面形状的型材、板材、无缝管材等。
2020年6月5日12时17分
拉拔：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 冷拔加工视频。
挤压：金属坯 料在挤压模内被挤 出模孔而变形的加 工方法。挤压可获 得各种复杂截面的 型材或零件。动画
2020年6月5日12时17分
第一节 金属塑性变形的实质 弹性变形： 金属在外力作用下，其内部必将产生应力。当外力停止作用 后，应力消失，变形也随之消失，金属的这种变形称为弹性变形 塑性变形： 外力增大到使金属的内应力超过该金 属的屈服点之后，即使外力停止作用，金 属的变形也并不消失，这种变形称为塑性 变形。 1. 单晶体内的变形 塑性变形的实质：是在晶体内沿一定晶面产生相对滑移的结 果。动画演示。
◆金属强化： 金属的冷变形强化（冷作硬化）是强化金属的重要手段，尤 其是对无同素异构转变的金属是唯一强化金属的方法。 ◆但强化金属的同时，给金属的继续加工带来了困难，因此 要经过再结晶使金属重新获得塑性，因此塑性变形工艺过程中经 常应用到再结晶退火工艺。 ◆再结晶退火： 就是将冷作硬化以后的金属重新加热到再结晶温度以上某一 温度让其发生再结晶，继而消除冷作硬化现象，以利于继续进行 塑性加工。 ◆加工硬化与再结晶的应用：视频。