金属仅供参考

1、金属塑性加工的概念:利用金属能够产生永久变形的能力，使其在外力作用下进行塑性变形的过程， 不仅获得所需的尺寸和形状，而且获得所需的组织和性能。这种金属加工技术称为金属塑性加工，也常叫金属压力加工。纵轧特点：工作轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直。 它是轧制生产中应用得最广泛的一种轧制方法，如各种型材和板带材的生产。横轧特点：工作轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线平行。 一般用来生产齿轮及车轮等产品。斜轧特点：工作轧辊的旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线成一定的倾斜角。用来生产管材和变断面型材。点缺陷：缺陷在各个方向上延伸都很小，即零缺陷。如空位、间隙原子、杂质原子面缺陷：缺陷

2、在两个方向上的延伸，即二维缺陷。如晶界、亚晶界、相界面、层错等。线缺陷：缺陷在一个方向上的延伸，即一维缺陷。如位错。柏氏矢量：即滑移矢量。 1柏氏矢量的确定：首先规定刃型位错的正方向纸内指向纸外 。然后使右手拇指与 其方向一致,其它四指方向为柏氏回路方向.使始点(M)和终点(M)重合.重新在完整晶体内作同样的柏氏回路, 使始点(M)和终点(M)不重合. 连接始点（M）和终点(M)所得的矢量即为柏氏矢量2.柏氏矢量的特点:用柏氏矢量可以判断位错的类型.(不需要再去分析晶体中是否存在额外半原子面等原子排列的具体细节.)用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小(柏氏矢量越大,位错周围的晶格畸变越

3、严重).用柏氏矢量可以表示晶体滑移的方向和大小.(滑移量的大小即柏氏矢量的大小,方向为柏氏矢量的方向.)一条位错线的柏氏矢量是恒定不变.汇聚于一点的位错线,若从汇聚点向外定为各位错线的正方向,那么它们的柏氏矢量和为0.刃型位错的滑移面只有一个,螺旋位错的滑移面是不唯一的,它可以在更多的滑移面上进行滑移.位错的概念： 在晶体中某处，有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，使长度达到几百至几万个原子间距，宽约几个原子间距范围内的原子离开平衡位置，发生有规律的错动。位错的种类：刃型位错 、螺型位错 及混合位错 三大类。刃型位错:（1）既有正应力,又有切应力.（2）位错应力场对称于多余的半原子面。（

4、3）滑移面上正应力为0，切应力最大。螺型位错：螺型位错没有一个多余半原子。位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应变，没有正应变。位错线与晶体滑移的方向相平行。滑移面上方正应力为压应力，下方为拉应力。混合位错：原子错排中既有多余半个原子面，又有螺旋面。是由刃型位错和螺型位错组成。九 位错交割(1)刃型位错间的交割： 柏氏矢量互相垂直的两条刃型位错交割：滑移面两侧晶体形成一个小台阶,位错交割后形成割阶。 柏氏矢量互相平行的两条刃型位错的交割：形成扭折线。(2)螺型位错间的交割：互相垂直的两条螺型位错的交割后形成割阶。(3)螺型与刃型位错间的交割：形成折线形位错割阶。 位错与溶质原

5、子的交互作用(1)位错与溶质原子的交互作用使晶体内的弹性能 降低,晶体内能降低,位错更加稳定.(2)位错与溶质原子的交互作用会引起溶质原子向位错线集聚,位错线附近云集溶质原子,形成溶质原子气团或溶质原子云.即柯氏气团,使位错更加稳定.(3)位错与溶质原子的交互作用, 引起溶质原子向位错线集聚,位错线附近溶质浓度增加,当它大于溶质的溶解度极限时,有沉淀物析出.吕德斯带:(1)概念: 溶质原子或杂质与位错发生相互作用产生屈服效应,从而变形分布不均,一些已经屈服的晶粒构成的一个塑性区.(2)生成与传播:上屈服点相当于吕德斯带成核应力,而下屈服点的平台区域对应于使吕德斯带传播的应力.(3)后果:吕德斯

6、带可以穿过不同晶粒,在式样表面产生印痕.形变时效:(1)概念:具有明显屈服效应金属变形后,于室温经长时间停留(或加热到一定温度,短时间保温)金属的屈服点应力提高,并在拉伸实验中出现屈服台阶的现象.(2)后果:屈服应力比原来更高,使变形抗力升高,设备磨损升高,能耗升高. 工件表面粗糙不平.防止”吕德斯带”形变时效”的措施:-减小间隙原子的浓度.(1)加入Nb,V,Ti(尤其在低C钢中),它们与C,N亲和力很强,形成碳氮化合物先析出,产生析出强化.(2)进行还原作用,加入H2,形成CH4,NH3气体排出.(3)变形后低于0保存,使原子扩散很慢,不利于CN原子停留.(4)采用预变力(先进行12%变形

7、,跃过屈服点,再打击冲压)影响金属变形行为的因素及所呈现的现象1.呈现单鼓形:A呈现单鼓形的条件:H/d<=2B呈现单鼓形变形区的划分: -难变形区;p,=0. -易变形区;受f影响小,区的楔劈, 45度方向最有利. -自由变形区;环向附加拉应力C呈现单鼓形变形大小:<<2. 呈现双鼓形:(1) 呈现双鼓形的条件:H/d>2.(2)呈现双鼓形的变形情况:只发生表面变形,中心在单向压应力作用下,不产生塑变.一 变形不均匀分布引起的后果1.使组织性能不均,尺寸形状不合格,产品质量下降.2.降低金属的塑性加工工艺.3.增加工具局部磨损,使操作复杂.4.使变形后产生残余应力.减

8、小变形不均匀分布的措施1.尽量减小接触摩擦的有害影响.2.正确选择变形温度-速度制度.3.合理设计工具形状和正确选择坯料.4.尽量使坯料的形状相似和组织均匀.研究残余应力的主要方法：1.机械法2.化学法3.x射线法三 变形条件对残余应力的影响1.变形温度：单相系金属中，变形温度升高，残余应力减小；双相系金属中，变形温度升高，残余应力增加。2.变形速度：室温下，速度增加，残余应力减小；高温下，速度增加，残余应力增加。3.变形程度：变形程度增加，残余压应力增加，当=2025%时，残余应力最大，当=5265%时，残余应力几乎为0.四 残余应力引起的后果1.尺寸和形状变化.2.使零件寿命缩短.3.降低

9、金属再塑性加工性能.4.降低金属的耐腐蚀性,冲击韧性和疲劳强度等.五 减小或消除残余应力的措施:1.热处理:（1）低温回火,消除第一类残余应力;（2）高温回火, 消除第二类残余应力;（3）再结晶退火, 消除全部残余应力;2.机械法:五 热力学条件对变形抗力的影响:变形程度增加,变形抗力开始增加的快,后逐渐缓慢.(软化关系)金属在变形过程中不仅室温下存在硬化,高温下也存在硬化.其它条件相同时,变形速度增大,变形抗力增加.金属变形温度与熔点绝对温度之比(T/TM)增大,变形速度对变形抗力影响增大.多晶体加工硬化的实质：实质是真应力-真应变曲线。多晶体多晶体加工硬化的区域划分： 区域:小变形区,主要

10、是弹性变形-类似直线硬化阶段. 区域:强烈硬化塑性变形区,主要是塑性变形. 区域:织构形成区,晶粒排列整齐,应力较均匀,硬化强度下降. 区域:高变形程度区,晶粒排列规则,硬化强度下降.抗力下降）金属塑性变形抗力的测定方法: 测定方法有拉伸试验法、压缩试验法和扭转试验法.金属塑性加工的分类: (1）按加工时工件的受力和变形方式基本加工变形方式：锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压组合加工变形方式：锻-轧、轧-挤等(2）按加工时工件的温度特征：热加工 冷加工 温加工热加工：在进行充分再结晶的温度以上所完成的加工。目的：为了改善级金属材料的组织和性能。冷加工：在不产生恢复和再结晶温度以下进行的加工。目的：得

11、到表面光洁、尺寸精确、组织性能良好的产品温加工：介于冷热加工之间的温度进行的加工。目的：降低变形抗力，改善金属材料的塑性。热力学条件对变形抗力的影响:变形程度增加,变形抗力开始增加的快,后逐渐缓慢.(软化关系)金属在变形过程中不仅室温下存在硬化,高温下也存在硬化.其它条件相同时,变形速度增大,变形抗力增加.金属变形温度与熔点绝对温度之比(T/TM)增大,变形速度对变形抗力影响增大.滑移：晶体在外力的作用下，其中一部分相对另一部分，沿着一定晶面和该晶面上一定晶向而产生的平移滑动。）滑移的特点:(1)滑移是位错逐步移动的过程,非刚性.(2)滑移过程是位错不断增值的过程.(3)滑移距是原子间距的整数

12、倍.(4)滑移沿着滑移面和滑移方向进行.(5)滑移是不均匀的,有先后顺序,软取向最先滑移.(6)滑移受环境限制，不会无限制的滑移下去，实际滑移时易出现晶体的扭转。滑移的基本类型:(1)单滑移:在滑移系较少或塑性变形刚刚开始阶段,仅有一组滑移系开动的滑移.(2)多滑移:当晶体转动到外力轴线相对几个滑移系的取向相同时,其分切应力达到临界分切应力,它们的位错源同时开动,产生多个滑移系上的滑移.(3)交滑移:螺旋位错滑移受阻时,它可以离开原滑移面沿另一个晶面继续移动,结果滑移线不是直线,而是弯曲的.孪生:晶体在切应力的作用下,其一部分沿晶面和晶向,按一定的关系发生相对的位向移动,其结果使晶体的一部分与

13、原晶体的位向处于相互对称的位置. 发生孪生变形条件:(1)孪生系:发生在滑移之后,只有滑移已经剧烈进行并受阻,在应力集中的地方才足以诱发孪生,产生孪生面和孪生方向.(2)切应力:切应力大于滑移切应力.(1001000倍)孪生特点:(1)孪生沿孪生面和孪生方向进行.(2)孪生切变原子移动量不是孪生方向上原子间距的整数倍.(3)孪生变形量很小, 所需力很大.(4)孪生是通过位错机制进行的.(5)孪生应变曲线有很明显锯齿形孪生与滑移的区别:(1)孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变形区;滑移变形只集中在滑移面上,切变是不均匀的.(2)孪生切变原子移动量不是孪生方向上原子间距的整数倍;滑移切变原子移动

14、量是滑移方向上原子间距的整数倍.(3)孪生变形后,孪晶面两边晶体位向不同,成镜像对称;滑移后,滑移面两边晶体位向不变.(4)孪晶经抛光浸蚀后可观察到,滑移台阶不行. 多晶体塑性变形特点:(1)变形不均匀: 晶粒中取向不同,分切应力达到临界值时间不同，滑移变形不同；不同晶粒间实际变形量不同；同一晶粒内不同位置变形不均， 晶内变形大于晶界变形.实际研究表明，晶粒越细,不均匀变形下降,塑性越好,断裂可能性越小. (2) 变形抗力提高:克服位错在晶内移动的阻力;克服位错在晶界移动的阻力; 变形不均匀产生的附加应力使变形抗力增加 (3)变形协调性:所有晶粒参加反应;具有多个独立的滑移系.*晶粒细化可以提

15、高金属的强度和塑性.影响金属变形行为的因素及所呈现的现象一 接触摩擦: 1.呈现单鼓形2. 呈现双鼓形: 3. 侧面翻平4. 粘着-OA区域二 变形物体的外端1.定义:指在变形过程的某一瞬间,不直接承受工具作用而处于变形区以外的部分.2.外端的种类:封闭型外端和非封闭型外端.3.外端对应力应变的影响:三 变形工具和坯料的轮廓形状1.变形工具不同,给与的压力也不同,变形不同.2.坯料的轮廓形状不同,变形不均匀,产生附加应力四 变形物体温度分布不均在同一外力作用下,同一变形体中高温部分变形抗力低,易于变形.五 变形金属材质不均1.化学成分不均匀(偏析).2.组织不均匀(多相,夹杂物等).3.晶粒大

16、小和方向不均匀(应力集中)金属塑性: 金属在外力作用下发生永久变形而不损坏其完整性的一种性质。超塑性:一般说来,材料的延伸率超过100%的性质.塑性指标:金属在断裂前产生的最大变形程度,也称为塑性极限.提高金属塑性的主要途径一 控制化学成分,改善组织结构.二 采用合适的变形温度-速度制度.三 选用三向压应力较强的变形过程.四 尽量造成均匀变形状态.五 避免加热和加工时周围介质的不良影响.变形速度对塑性的影响1.变形速度较小，小于材料本身特征速度时，变形速度升高，塑性下降。2.变形速度较大，大于材料本身特征速度时，变形速度升高，塑性升高（热效应增大，变形3.变形速度很大，变形抗力增大，大于材料的

17、断裂应力，塑性急剧下降。变形温度对塑性的影响*总体上，温度升高,塑性升高,变形抗力下降. 原因-原子的热运动; 回复与再结晶.-低塑区,-200,塑性几乎为零.-蓝脆区,200400。红脆区，800950。T接近熔化温度，易发生过热和过烧。影响塑性的主要因素:1.金属的化学成分及组织-材质2.变形温度速度条件-加工条件3.变形力学条件-加工条件4.其它因素-多次变形及尺寸按断裂前塑性变形大小来分：脆性断裂和延伸断裂（韧性断裂） 。1.脆性断裂：突然发生断裂，没有明显的塑性变形征兆。（1）特点：裂口生成，发展均很快； 断口很平整，有金属光泽； 断裂面一般与正应力垂直。2.延伸断裂（韧性断裂）：（

18、1）特点：裂口生成发展均很慢； 断开粗糙，暗灰色； 断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45度角（常成纤维状）（2）断裂形势：（一般三种）切变断裂： 低塑性金属伸成一点断裂： 高塑性金属双杯状断裂口： 纯金属。 按断裂机理分：解理断裂，微孔聚集型断裂和纯剪切断裂三种。1.解理断裂：金属材料在一定条件下，当外加应力达到一定数值后，以极快速率沿晶体学平面产生穿晶断裂。（无明显的塑性变形，因与大理石断裂类似，故称为解理断裂）2.微孔聚集型断裂：沿晶界微孔聚集，沿晶断裂；在晶内微孔聚集，穿晶断裂。3.纯剪切断裂：单晶体沿滑移面分离剪切断裂；多晶体通过缩颈导致最终断裂。 镦粗饼材时侧面纵裂:1.产生原

19、因:温度高时,裂纹垂直环向拉应力;温度低时,裂纹平行最大切应力;区受环向拉应力发生断裂.防止镦粗饼材时侧面纵裂措施（1）减小工具与工件间摩擦-提高表面光洁度,加润滑剂.（2）采用凹形模,模锻时增加模壁对工件的横向压缩,从而减小环向拉应力.（3）加软垫减小不均匀变形,从而减小环向拉应力.（4）活动套环或包套镦粗以加测压,防止裂纹产生. 回复1.定义:指冷塑性变形的金属加热时,在光学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构和性能的变化过程.2.机理:低温回复:空位消失(间隙原子复合与位错起作用,跑到晶体表面)电阻下降,塑性升高.中温回复:位错运动.高温回复:位错的滑移和攀移,多边形化回复的特点:消除大部分内应力;恢复部分物化性能;机械性能变化不大,强度硬度略有下降;晶粒外形位向不变;微裂纹未修复.再结晶1.定义:冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原来的变形组织中重新产生畸变的新晶粒,而性能发生明显的变化,并恢复到完全软化状态的过程.2.过程: (1)形核;(2)晶粒长大.3.特点:形成无应变的等轴晶粒;修复了显微裂纹(即重新形核);均匀了化学成分(扩散加剧)。 再结晶织构1.定义:具有变形织构的冷加工金属,经过再结晶退火后,仍具有择