金属的塑性变形

1、本课课题：金属的塑性变形教学目的和要求：1.熟悉金属锻件的特点、分类及其应用。 2.了解金属的塑性变形，塑性变形对金属组织和性能的影响，冷变形金属在加热时组织和性能的变化，热变形对金属组织和性能的影响，金属的锻造性。 3.了解锻造温度范围、锻件的冷却。 4.了解自由锻的特点，设备，基本工序（镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移、扭转）及其应用。 5.熟悉自由锻造工艺设计：绘制锻件图，坯料质量及其尺寸计算。拟定锻造工序，选定锻造设备吨位，确定加热、冷却及其热处理规范，编制锻件工序卡片。能绘制简单锻件图。 6.了解模锻及其胎模锻简介。重点与难点：金属的塑性变形对金属组织和性能的影响。教学方法：讲授法

2、和录像观摩。课型：理论课 教学过程复习旧课：铸件结构工艺。 第三篇 金属压力加工压力加工的特点：经过压力加工过的金属材料，具有细晶粒结构；能使粗大枝晶和各种夹杂物都沿着金属流动的方向被拉长，呈现出纤维组织；并使铸造时内部缺陷（如微裂纹、气孔、疏松等）得以压合，因而提高了金属的力学性能。很多承受重载荷的、受力复杂的零件都使用锻件。另外，锻件还具有适用范围广，使用模型锻造有较高的生产率、节省材料的特点。与焊接和铸造等方法相比，使用较广的自由锻造所获得的产品形状比较简单，若要生产外形和内腔复杂的零件较为困难，甚至是不可能的。 第一章 金属的塑性变形 第一节 金属塑性变形的实质 1、概念在外力作用下使

3、金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定塑性，可以在热态或冷态下进行塑性成形。2、主要方式轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压 （1）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，生产各种型材、管材、板材等（2）挤压使金属坯料从挤压模孔挤出而成型位各种型材、管材、 零件等 挤压的方法有： a）正挤压 b）反挤压 c）复合挤压 d）径向挤压（3）锻造将金属坯料置于上下砧或锻模内，用冲击力或压力使金属成型为各种型材和锻件等 锻造的种类有： a）自由锻 b）模锻 c）胎模锻（4）冲压 利用冲模将金属板料切离或变形为各种

4、冲压件锻造及冲压示意图（5）拉拔将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成型为各种线材、薄壁管材、特殊截面型材等二、金属压力的特点及应用1、特点与铸造相比（1）优点 a）力学性能高 内部缺陷被压合 晶粒显著细化 )生产率高（2）缺点 a)形状不能太复杂 b)坯料塑性要好2、应用 汽车、拖拉机、宇航、军工、电器、桥梁、建筑等金属的塑性变形一、金属塑性成型的实质塑性：金属在外力作用下，产生永久变形而不破坏的能力。 金属变形过程： a）金属材料在外力作用下发生弹性变形 b）当外力超过一定值后产生塑性变形 c）外力继续加大，发生断裂 金属塑性变形的实质： a）晶粒内部滑移和孪生 b）晶间滑移和晶粒转动1、单晶体

5、的塑性变形（1）单晶体滑移晶体的一部分相对另一部分沿一定晶面（滑移面）和这个晶面上的一定晶向（滑移方向）产生相对移动的现象。 a）坯料在拉伸时受力分析： 正应力晶粒弹性伸长拉断 切应力晶粒扭曲滑移 b）一般规律： 滑移面：原子排列最紧密的面 滑移方向：原子排列最紧密的方向理论上，整体刚性滑移滑移困难实际上，位错移动滑移容易（2）孪生 晶体在外体作用下，一部分沿着一定晶面（孪生面）产生一定角度的切变。 当滑移困难时(位错塞积），出现孪生变形 塑性变形过程：滑移 孪生滑移孪生.二、多晶体的塑性变形 工业中实际使用的金属大多是多晶体。1、多晶体的特征： a）晶体形状和大小不等 b）相邻晶粒的位向不同

6、 c）多晶体内存在大量晶界2、实际塑性变形： a）各个晶粒内部滑移和孪生的总和，构成整体塑性变形。 b）各个晶粒间的变形，是产生内应力和开裂的原因。三、塑性变形后金属的组织和性能1、加工硬化金属经过塑性变形后，强度和硬度上升，而塑性和韧性下降的现象 a）晶格扭曲 b）晶粒破碎2、回复随着温度的上升，原子热运动加剧，晶格扭曲被消除，内应力明显下降的现象。 a）晶格扭曲消除 b）内应力明显下降 回复只能部分消除加工硬化3、再结晶温度上升到金属熔化温度的0.4-0.5倍时，开始以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，加工硬化完全消除。 （1）再结晶过程 a）原子热振动加剧 b）以某些质点为核心重结晶

7、c）加工硬化全部消除 （2）再结晶温度，是金属经大量塑性变形后开始再结晶的最低温度。 T再=（0.4-0.5）T熔 （3）影响再结晶后晶粒大小的因素： a）变形程度 很小时不发生再结晶 2-8%晶粒特别粗大临界变形程度 大于临界变形程度，随变形程度增加，晶粒显著细化 b）再结晶后状态 金属在高温下停留，晶粒长大，力学性能变差 四、冷变形和热变形1、冷变形 变形温度低于再结晶温度 （1）生产方法：冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔等 （2）特点： a）位错密度上升显著加工硬化 强度、硬度上升 韧、塑性下降 b）尺寸精度高、表面质量好2、热变形 变形温度高于再结晶温度 （1）生产方式：热锻、热轧、热挤压

8、（2）坯料原始组织特征：晶粒粗大、组织不均匀、有气孔、缩松、微裂纹、非金属夹杂物等缺陷 （3）热变形后的组织特征： a）加工硬化和再结晶同时发生 b）冶金缺陷得到改善或消除 c）最终得到细小的等轴晶 d）组织致密，力学性能显著提高五、锻造流线及其合理分布1、锻造流线 （1）铸锭经塑性变形后的显微特征：具有锻造流线 a）脆性杂质，被打碎并顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布 b）塑性杂质，随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布 c）晶粒，显著地沿同一方向被拉长 （2）性能特点：具有各向异性 a）纵向（平行纤维方向），韧、塑性增加 b）横向（垂直于纤维方向），韧、塑性降低但抗剪切能力显著增强2、合

9、理分布 （ 1）零件最大拉应力方向应与锻造流线平行 （ 2）零件最大剪切应力方向应与锻造流线垂直 （ 3）零件外形轮廓应与锻造流向的分布相符合而不被切断六、金属的可锻性可锻性是金属经受塑性成型的难易程度，塑性（ä、ø、å）好、变形抗力（ób、ós）小，金属的可锻性就好1、金属的本质 （ 1）化学成分 a）纯金属比合金的可锻性好 b）含合金元素少的合金比多的好 （2）组织 a）单相组织（纯金属或固溶体）比多相好 b）钢中碳化物呈弥散分布比网状分布好 c）晶粒细化组织比粗大好2、变形条件 （ 1）加热温度 a）滑移力减小 b）再结晶过程加速 c）多

10、相状态向单相转变 因此，加热温度高，可锻性好但是，温度过高，会引起过烧或过热。过烧会破坏晶粒间的连接，过热会使晶粒过分长大 始锻温度：锻造温度的上限 终锻温度：锻造温度的下限 碳素钢的锻造温度范围1150/1250-800/850度（2）变形速度 金属材料在单位时间内的变形程度 a）变形速度不大时，回复和再结晶来不及消除加工硬化，可锻性下降 b）变形速度大于一定值后，由于塑性变形的热效应使材料温度升高，回复和再结晶充分，可锻性提高3）应力状态（1）挤压时，金属呈三向压应力（2）拉拔时，变形材料呈两向压应力和一向拉应力 理论和实践表明： a）压应力越多，材料的塑性越好 b）拉应力越多，塑性越差第二节 锻造工艺按使用设备不同，锻造工艺分为： a）自由锻 b）模锻 c）胎模锻 一、自由锻1、自由锻的特点（1）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余可自由流动； （2）所用设备及工具简单，适应性强，锻件重量不受限制； （3）由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件的精度低，生产率低； （4）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯一锻造方法。2、自由锻的方法 （1）手工锻造 （2）机器锻造 a）锻锤自由锻 利用冲击力使坯料产生塑性变形 常用设备有： 空气锤，锻件重量范围是50-1000公斤； 蒸汽-空气锤，锻件重量范围是20-1500公斤。 b）液压机自由锻 利用静压力使