完整版固态成型理论期末复习

1、第一章绪论1、金属塑性加工：是利用金属能够产生永久变形的水平,使其在外力作用下进行塑性成形的一种金属加工技术,也常叫金属压力加工.2、金属塑性加工的优点与金属切削加工、铸造、焊接等过程相比其优点为：因无废屑,可节约大量金属；可改善金属的组织和性能；生产率高,适于大量生产.由于金属塑性加工有这些优点,因而90%以上的钢锭都要经过塑性加工成坯或成材.3、金属塑性加工的分类方式(1)按加工时工件的受力和变形方式：分类情况见课本表1 (P2)这种分类方法主要分根本加工变形方式和组合加工变形方式.靠压力作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压靠拉力作用使金属产生变形的方式有拉拔、冲压(拉延)和拉伸成型

2、.靠弯矩和剪力作用使金属产生变形的方式有弯曲和剪切.(2)按加工时工件的温度特征可分为热加工、冷加工和温加工.(具体定义见8页纸)4、轧制：坯料通过转动的轧辐受到压缩,使其断面减小、形状改变、长度增加.可分为纵 轧、横轧和斜轧.第二章热加工和冷加工中的组织性能变化一、冷加工中金属的组织与性能的变化1、金属组织结构的变化(具体见8页纸)2、金属性能变化?力口工硬化.随变形程度增加,强度、硬度上升,塑性、韧性下降的现象.作用：难以继续变形, 需退火软化；强化手段之一 ；对抗局部过载； 许多冷成型加 工的保证.? 产生剩余应力(residual stress)各局部及各晶粒之间的变形不均和晶格畸变所

3、产生.? 各向异性.(anisotropy)晶粒的择优取向和组织纤维化引起.二、热变形过程中金属组织与性能的变化金属组织结构和性能的变化改造铸态组织.：致密(焊合气孔、疏松),偏析粗晶细化等,使性能T K 细化晶粒和旋碎夹杂物,：有效的再结晶限制可变为细小均匀的等轴晶粒；热变形一生形成的一纤维组.织.：生产实践中应充分利用纤维组织造成变形金属具有方向性这一特点,使纤维组织形成的流线在工件内有更适宜的分布.一(品界一上溶一物质拉长所致,其不会由于再结品质消除2一).形成流线 出现各向异性夹杂物一般沿晶界分布,热加工时,晶粒变形,夹杂 物也变形,晶粒发生再结晶形成等轴晶粒,而夹杂仍沿变形方向呈纤维

4、状分布,这 种夹杂的分布叫 流线.出现流线使性能出现明显的各向异性.三、温加工变形中组织性能的变化温轧、温锻、温挤和温拉都属于温加工.加工后的外表光洁度和尺寸精度要比热加工时高,变形工具的寿命要比热加工高.变形抗力要比冷加工低,能量消耗要比冷加工少,塑性要比冷加工大.在冷加工中易产生加工硬化的金属材料,如奥氏体不锈钢等、铝钢等,采用温加工更为适宜.五、冷加工变形所形成的纤维组织与热加工变形所形成的纤维组织有何不同,并用什么方法可以消除可见课本上课笔记,较简单冷加工变形所形成的纤维组织是由于晶粒被拉长长大造成的,其变成程度越大,纤维 组织越明显；而热加工时形成的纤维组织是铸态组织中晶界上的一些非

5、溶物质的拉长造成 的,在铸态组织中存在有粗大的一次结晶的晶粒,在其边界上分布有非金属夹杂物薄层, 在变形过程中这些粗大的晶粒在变形的主方向上被拉长,而晶间薄层也被拉长,当变形足 够大时,被拉成细条状,由于完全再结晶的结果,被拉长的晶粒可变成许多细小的等轴晶, 而位于晶界和晶内的非溶物质却不因再结晶而改变,仍处于被拉长状态,形成纤维状组织.冷加工中形成的纤维组织可通过再结晶热处理的方法消除.热加工的纤维组织那么无法消除,只能靠提升钢的纯洁度来减小出现的倾向.六、定义1、动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶及亚动态再结晶静再结晶是金属在热变形后或热变形之间由于有一定的温度和一定的持续时间所产

6、生的.它是在较高的温度下出现新的晶核,这些新晶核逐渐长大代替原来的晶体.2、蓝脆的通常温度范围在250400C,高速变形在 400600C.第三章金属塑性加工的不均匀一、定义1、各种应力根本应力：由于外力作用所引起的应力叫做根本应力,外力去除后这局部弹性变形恢复, 根本应力便马上消失.工作应力：是处于应力状态的物体在变形时用各种方法实测出来的应力.其分布图为工作 应力图.当物体的变形绝对均匀时,根本应力图与工作应力图相同.而当变形 呈不均匀分布时,工作应力等于根本应力与附加应力的代数和.附加应力：由于物体内各处的不均匀变形受到物体整体性的限制,而引起在其间相互平衡 的应力叫做附加应力或叫副应力

7、.附加应力,并不与外力发生直接关系,当外 力去除,变形终止后,仍继续保存在变形物体内部.剩余应力：在塑性变形完毕后仍保存于物体内的自相平衡的应力称为剩余应力.二、变形及应力不均匀分布的原因1.摩擦的影响1产生鼓形.变形金属整个体积大致分为三个区域 P74俩图：I表示由于外摩擦影响 而产生的难变形区；n表示作用力约成 45o角的最有利方位的易变形区； 出表示变形程度居 于中间的自由变形区.单位压力分布图2不均匀变形导致,在 I区及山区内产生附加拉应力.3外摩擦的影响：引起接触面上的应力或单位压力分布不均匀沿试料边缘的应力等于金属的屈服点,由边缘向中央局部,应力逐渐升高.4外摩擦的影响：形成侧面翻

8、平现象和粘着区2 .变形区的几何因素的影响徽粗圆柱体时,当试样原始高度与直径比H /d< 2.0时才发生单鼓形不均匀变形.当坯料高度较大且变形程度甚小时当H/d>2时,那么往往只产生外表变形,而中间层的金属不产生塑性变形或塑性变形甚小,结果导致形成双鼓形图见课本P753 .工具的形状和坯料形状的影响工具或坯料形状是影响金属塑性流动方向的重要因素.4 .外端的影响外端：是指在变形过程中的某瞬间,不直接承受工具作用而处于变形区以外的局部.外 端又称为外区或刚端.外端对变形区金属的影响主要是阻碍变形区金属流动,进而产生或 加剧附加的应力和应变.5 .变形温度的影响变形物体的温度不均匀,会

9、造成金属各局部变形和流动的差异.变形首先发生在那些变 形抗力最小的局部.一般,在同一变形物体中高温局部的变形抗力低,低温局部的变形抗 力高.三、研究变形分布的方法常用的方法有：网格法；硬度法 ；比较晶粒法.1、网格法2、硬度法经充分退火的金属与合金,当进行冷变形后在所研究的截面上打硬度,硬度大的部位就表示这里的变形程度大.硬度法比较简便,但是一种很粗略的方法,它只能对冷变形金属定性地反映变形的分布情 况.由于只有那些加工硬化厉害的金属,随着变形程度的增加,硬度才能发生明显的增长. 另外,硬度的变化也是非线性的.这种情况将影响试验的效果与精确度.3、螺钉法四、图3-16型钻中拔长图3-17沿孔型

10、宽度上延伸分布图a圆型砧 b V型砧 c凸型砧第四章 金属在加工中的断裂一、断裂的根本类型按断裂前的塑性变形的大小分：延性断裂,脆性断裂.1、延性断裂或称韧性断裂：单向拉伸时,延伸率大于5%;起因：多为切剪应力引起,沿滑移面发生滑移变形而破坏,出现细颈现象.特征：断裂前有明显的塑变,断面灰暗,有纤维状条纹,宏观外貌不整洁.拉伸时,裂 口多呈杯锥状.2、脆性断裂：单向拉伸时,延伸率小于5%;起因：多为正应力引起,沿垂直于应力方向的原子面撕裂.特征：断裂前根本上不产生塑变,断面光亮,为解理面.二、简述钢板轧制时产生边浪或中间浪的原因.主要原因是沿轧件宽度轧件的厚度不均,导致沿宽度方向压下率不同,长

11、度上的延伸系 数不同.当边部较厚且较中间局部窄时,边部产生附加压应力,受中间金属的影响,边部 产生波浪；当中间较厚且较边部窄时,中间局部产生附加压应力,受边部的影响,产生中 间边浪.四、在模内锻制冲孔的铝合金坯料时如图.如果模壁斜度太大56o,就会在锻件周围发生纵向裂纹图a.分析裂纹产生的原因以及裂纹消失的原因.这些裂纹乃是异号主应力图中环向拉应力造成的.当把模子侧壁斜度改小采用11.5.时,就不再发生纵向裂纹,由于金属很快与模壁接触后,就变为同号压应力图图bo从而使金属的塑性提升.B-B五、对于硬且脆的合金钢以及较为柔软的铜,应选择何种加工方式和加工速率1、对于硬而脆的合金钢应选择三向压应力

12、的加工方式如：锻压,且采用低速小变形；2、对于较为柔软的铜可以采用一拉两压的加工方式：如拉拔,也可以采用挤压加工,且可 以采用高速大变形.第五章金属的塑性一、定义2、塑性与柔软性的区别是什么塑性反映材料产生永久变形的水平.柔软性反映材料对抗变形的水平.塑性与柔软性的对立统一.3、塑性指标：金属在破坏前产生的最大变形程度,即极限变形量描述指标方法及其定义：断面收缩率、延伸率、冲击韧性、最大压缩率、扭转角或扭转数、弯曲次数4、塑性指标的测量方法拉伸试验法、压缩试验法、扭转试验法二、拉伸试验可确定以下塑性指标：延伸率和断面收缩率延伸率表示金属在拉伸轴方向上断裂前的最大变形.延伸率大小与试样的原始计算

13、长度有关,试样越长,集中变形数值的作用越小,延伸率就越小.8 %作为塑性指标时,必须把计算长度固定下来才能相互比较.对圆柱形试样,规 定有和两种标准试样d是试样的原始直径.断面收缩率试样的原始计算长度无关,因此在塑性材料中用3作塑性指标,可以得出比极稳定的数值,有其优越性. 三、影响金属塑性的因素1、影响塑性的内部因素1组织结构纯金属有最好的塑性.形成单相固溶体,那么有较好的塑性；形成化合物,那么使塑性 降低.常见的双相钢与合金根本上有两种类型：一是两相固溶体的混合物；二是单相固溶 体的基体上分布有硬质点过剩相.单相钢或具有少量第二相的钢塑性较大,而含第二相数量较多时,使塑性大为降低.脆性第二

14、相和易熔组成物以球雏晶或单独夹杂物形式集中在晶粒边界上,要比以一定厚度的夹层或连续的链状形式其塑性降低的程度小2化学成分1杂质2合金元素对塑性的影响一般规律：金属的塑性主要取决于基体金属.碳和杂质元素碳：碳Tf塑性J 渗碳体 杂质：杂质T 塑性J磷冷脆性.强度、硬度T 塑性J硫-热脆性.硫化物和共晶体分布晶界,熔点低氮时效脆性、即兰脆.温度J氮化物析出T氢一-氢脆,间隙固溶体.白点,扩散聚集微缺陷处氧-热脆性.氧化物、易溶共晶体分布晶界,熔点低合金元素：合金元素参加塑性Jf抗力T2、影响金属塑性的外部因素见 8页纸变形速度的影响P101图7-8及其分析3应力状态对金属塑性的影响应力状态对塑性起

15、影响作用的是：应力球张量.静水压力提升金属塑性变形的解释：1、静水压力T 一晶间变形困难一金属塑性T2、三向压缩应力有利于愈合塑性变形过程中产生的各种损伤；3、三向压缩作用能抑制变形体内存在的少量的对塑性不利的杂质、液相态或组织缺陷；4、增大静水压应力,可抵消由不均匀变形引起的附加拉应力,从而减轻附加拉应力所 造成的拉裂作用.三向压缩应力状态图最好,两压一拉次之,两拉一压更次,三向拉应力图是最坏的.4变形状态对金属塑性的影响1由于主变形图影响到变形物体内的杂质分布情况,这会造成金属的各向异性.例如,假设按两向压缩一向延伸主变形图如拉制、挤压等变形,那么随变形程度的增加,对塑性夹杂如MnS等被延

16、伸成条状或线状；2对脆性夹杂如A12O3等被拉成串链状.这时会引起横向的塑性指标和冲击韧性 下降.假设按两向延伸一向压缩主变形图如锻粗和带宽展的轧制等 变形,会使杂质沿厚度方向成层排列,而使厚度方向的性能变坏.3、提升金属塑性的主要途径1提升材料的成份和组织均匀性；2合理选择变形温度和应变速率；3选择三向压缩性较强的变形方式；4减少变形的不均匀性.四、超塑性1、定义：金属和合金具有超常的均匀变形水平,其伸长率可以到达百分之几百、甚至百分 之几千.2、超塑性变形的一般特点：1大伸长率；2无缩颈；3低流动应力；4易成形.五、细晶超塑性1、定义：是指在一定的恒温下,在应变速率和晶粒度都满足要求的条件

17、下所呈现的细晶超 塑性.又称为结构超塑性或恒温超塑性.第六章金属的变形抗力一、金属塑性变形抗力测定方法测定金属塑性变形抗力的根本方法有拉伸法、压缩法和扭转法.1、拉伸法在拉伸实验中通常使用的是圆柱体试样.并认为在拉伸过程中在试样出现细颈以前,在其标距内工作局部的应力状态为均匀分布的单向拉应力状态.这时,所测出的拉应力b便为变形物体在此变形条件下的变形抗力.-, P3F优缺点：拉伸法所测出的变形抗力比较精确,且方法简单.但实验时的变形程度一般不应 大于20%30%,否那么实验时拉伸试样会出现细颈,造成在细颈处呈现三向拉应力状态和应力状态的分布不均.倘假设必须计算此刻的变形抗力时,那么必须对所测出

18、的应力加以修正.2、压缩法试样压缩时所呈现的变形大小可用下式计算:由此所测出的变形抗力为：F P -fGT =-' =名P 芭压缩法的优点在于它能允许试样在比拉伸法产生更大的变形但在压缩时完全消除试样 端部接触摩擦的影响以保证试样完全处干单向压应力状态是有国难的.此外,对试样的尺寸 也要加以考虑口试样的高径比,即H/D越大,接触摩擦的影响越小.在一般情况下应取H/D 之值不大于b23否那么试样压缩时不稳定中第七章金属塑性加工的摩擦与润滑一、减少摩擦的技术举措1、工具材料和外表状态在工具与工件外表间采用厚的润滑层可以减少摩擦,但过厚的润滑层会使制品外表不平滑、 润滑剂费用高、过量的润滑剂

19、充填模角部会使制品缺肉、操作场地也不卫生.可从工具材料和其外表状态来减少摩擦.对于使用条件苛刻的加工工具如拉丝模常使用硬 的、与工件金属以粘着的硬质合金或金刚石；但要注意这种材料贵而脆,除特殊要求一般 不使用.另外的改善方法是在一般工具材料外表上复以硬的并难以和工件金属粘着的物质如镀硬质 铭、用钛或钮的碳化物做皮膜等,但应注意皮膜的弹性系数和热膨胀系数与基体工具材料 不同,随加工力和温度上升会发生附加应力而导致皮膜的破裂和脱落.在塑性冷加工时为了使制品外表光洁美观,工具外表应进行精加工外表不平度最大高度为0.10.5m,而且在使用中时常要进行再研磨以去掉粘着层.2、坯料的形状和外表状态坯料的材质是由其制品设计确定的；加工时所能选择的是坯料的形状和外表状态；精加工前应进行合理的预成形,精加工道次工件的变形量适当减少；工具和工件间适当留有间隙以便多含润滑剂或在坯料的外表设计成凹面以便多贮润滑剂；坯料的外表经酸洗或喷丸使之有微细的凹坑以贮存润滑剂.但应指出这