金属塑性成形重点

1、材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING第3章 金属塑性成形重点1材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGContents塑性成形方向考研重点塑性成形方向考研重点2塑性成形作业塑性成形作业4塑性成形应掌握的基础知识塑性成形应掌握的基础知识3 1塑性成形考试重点塑性成形考试重点3 3材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING1.金属塑性成形应掌

2、握的基本知识 什么是金属塑性成形利用一些工具或模具使金属材料在一定的外力作用下获得一定形状及一定力学性能的工艺。 也称为：也称为：压力加工压力加工 通常分为：轧制(Forging)和锻压(Extrusion) 锻造工艺主要分两种：即体积成形和板料成形3材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING塑性变形的基本形式 金属塑性变形是金属在外力的作用下金属晶格先产生晶格畸变，外力继续加大时，产生晶格错动，而这种错动通常在晶体中采取滑移和孪生两种形式。4材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATE

3、RIALS SCIENCE AND ENGINEERING 单晶体的塑性变形 滑移和孪生 多晶体的塑性变形 晶内变形和晶界变形 多晶体的晶内变形可以看做是一个单晶的塑性变形塑性成形的机理材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING（一）晶内变形 多晶体晶内变形的主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。其中滑移变形是主要的；而孪生变形是次要的，一般仅起调节作用。但在体心立方金属，特别是密排六方金属中，孪生变形也是主要的。 滑移和孪动都是发生在单个晶粒内部的变形，称为晶内变形。材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTM

4、ENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING（一）晶内变形-（1）滑移 滑移: 当作用在晶体上的切应力达到一定数值后，晶体一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对另一部分发生相对移动和切变。产生宏观的塑性变形。 金属的滑移面：一般是原子排列密度最大的晶面。 滑移方向：原子排列密度最大的方向。 滑移系:一种滑移面及其上的一个滑移方向构成 滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。因为原子密度最大的晶面，原子间距小，原子间结合力强；而其晶面间的距离则较大，晶面与晶面之间的结合力较弱，滑移阻力较小。材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF

5、 MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING1 1、滑移系多的比少的容易变形。、滑移系多的比少的容易变形。2 2、体心和面心立方同样具有、体心和面心立方同样具有1212个滑移系，面心比体心易个滑移系，面心比体心易变形，滑移方向的作用大于滑移面的作用。变形，滑移方向的作用大于滑移面的作用。3 3、滑移面对温度具有敏感性。温度升高，原子密度次大、滑移面对温度具有敏感性。温度升高，原子密度次大的晶面也参与滑移，故温度升高，金属塑性提高。的晶面也参与滑移，故温度升高，金属塑性提高。4 4、滑移时并不需要整个滑移面上的全部原子一齐移动，、滑移时并不需要整个滑移面上的全部原子一齐移

6、动，而只是在位错中心附近的少数原子发生移动。而只是在位错中心附近的少数原子发生移动。材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING（一）晶内变形-（2）孪生 孪生孪生：在一定的切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分，沿一定晶面和晶向发生转动的结果，已变形部分的晶体位向发生改变，与未变形部分以孪晶面对称。 材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 在孪生变形时，所在孪生变形时，所有平行于孪生面的有平行于孪生面的原子平面都朝着一原子

7、平面都朝着一个方向移动。每一个方向移动。每一晶面移动距离的大晶面移动距离的大小与它距孪生面的小与它距孪生面的距离成正比。每一距离成正比。每一晶面与相邻晶面的晶面与相邻晶面的相对移动恒等于点相对移动恒等于点阵常数的若干分之阵常数的若干分之一。一。 材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING孪生与滑移的主要差别 滑移过程是渐进的，而孪动过程是突然发生的；滑移过程是渐进的，而孪动过程是突然发生的； 孪动时原子位置不会产生较大的错动，因此晶体取得孪动时原子位置不会产生较大的错动，因此晶体取得较较大塑性变形大塑性变形的方

8、式主要是滑移作用；的方式主要是滑移作用； 孪动后，晶体内部出现空隙，易于导致金属的破坏；孪动后，晶体内部出现空隙，易于导致金属的破坏； 孪动所要求的临界切应力比滑移要求的临界切应力大得孪动所要求的临界切应力比滑移要求的临界切应力大得多，只有滑移过程很困难时，晶体方发生孪动。多，只有滑移过程很困难时，晶体方发生孪动。 由于由于孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现。观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现。材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCI

9、ENCE AND ENGINEERING（二）晶间变形 工业生产中实际使用的金属则是多晶体。多晶体中的每个单晶体（晶粒）要受到四周晶粒的牵制，变形不如自由单晶体单纯，可塑性也不易充分发挥，会造成变形不均匀。 多晶体的变形方式除晶粒本身的滑移和孪动外，还有在外力作用下晶粒间发生的相对移动和转动而产生的变形，即晶间变形。在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要集中在晶内。晶间变形只起次要作用。而且集中在晶内。晶间变形只起次要作用。而且需要其他变形机制的协调。这主要是由于晶需要其他变形机制的协调。这主要是由于晶界强度高于晶内，其变形比晶内困难。而且界强度高于晶内，

10、其变形比晶内困难。而且多晶体各晶粒间犬牙交错，造成晶界滑移困多晶体各晶粒间犬牙交错，造成晶界滑移困难，如晶界发生变形，必将引起裂纹，故晶难，如晶界发生变形，必将引起裂纹，故晶界变形量是很小的。界变形量是很小的。材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING13变形量的表达变形量的表达1 1）工程应变和对数应变）工程应变和对数应变 设坯料原来的高度H0，压缩后高度为H1，高度差高度差H=H1-H0，工程应变为0HHe材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND

11、 ENGINEERING14设原始尺寸设原始尺寸L L0 0，经过无穷多个中间数值逐渐变到经过无穷多个中间数值逐渐变到L L1 1，则由则由L L0 0变到变到变到变到L L1 1终了的应变程度可以看作是各阶段终了的应变程度可以看作是各阶段相对应变的总和，这个总和称为相对应变的总和，这个总和称为对数应变对数应变或真实应变。或真实应变。01lnln1010lllldlllxllxx 例如高例如高100mm 100mm 的坯料被压缩到高为的坯料被压缩到高为40mm40mm时，时，对数应变对数应变= = 0.91630.9163材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERI

12、ALS SCIENCE AND ENGINEERING15对数应变的特点对数应变的特点材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING16材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING17两种应变的比较两种应变的比较材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING锻造 锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺

13、寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。 通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。 相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。18材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING19锻造工艺锻造工艺材料科学与工程系材料科学与工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING3/4金属塑性成型部分考试重点 1.解释什么是工程应变，什么是真实应变，各有什么优缺点？ 2.写出真实应变的数学表达式，并比较真实应变与对数应变的关系。 3.锻造温度范围的选择？ 4.为了防止圆筒形拉深件出现凸耳，采用r值大的材料还是r值小的材料更有利？为什么?出现凸耳方向的r值与其他方向相比，r值是大还是小？ 5.液压机