第七章 金属塑性成型(一-理论基础)

1、固态金属在外力作用下，发生塑性流动，通过固态金属在外力作用下，发生塑性流动，通过这种塑性变形，获得具有一定几何形状、尺寸这种塑性变形，获得具有一定几何形状、尺寸和性能的毛坯（或零件）的成型方法，即：锻和性能的毛坯（或零件）的成型方法，即：锻造（在工业生产中称为金属压力加工）。造（在工业生产中称为金属压力加工）。压力加工件的特点压力加工件的特点能改善金属组织能改善金属组织, ,提高金属的力学性能提高金属的力学性能可提高材料的利用率可提高材料的利用率生产效率比较高生产效率比较高可获得精度比较高的毛坯可获得精度比较高的毛坯( (甚至零件甚至零件) )不能加工脆性材料不能加工脆性材料一一. .金属塑性

2、变形概念金属塑性变形概念基本概念基本概念变形：固态金属在外力作用下所引起的形状和变形：固态金属在外力作用下所引起的形状和尺寸的改变。尺寸的改变。金属的塑性：金属材料在外力作用下发生永久金属的塑性：金属材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。变形而不破坏其完整性的能力。变形抗力：金属材料抵抗变形的能力。变形抗力：金属材料抵抗变形的能力。金属的塑性成型性能（可锻性）：衡量金属压金属的塑性成型性能（可锻性）：衡量金属压力加工工艺性优劣的主要指标（包括塑性和变力加工工艺性优劣的主要指标（包括塑性和变形抗力两个方面）。形抗力两个方面）。单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的单晶体塑

3、性变形的特征特征: :滑移滑移滑移滑移 : 单晶体承单晶体承受切应力时，晶受切应力时，晶体会发生弹性变体会发生弹性变形，当切应力的形，当切应力的数值超过某一临数值超过某一临界值时，晶体内的一部分相对于另一部分将沿着界值时，晶体内的一部分相对于另一部分将沿着一定的晶面和晶向一定的晶面和晶向(称为滑移面称为滑移面)产生相对位移。产生相对位移。 单晶体就是整个一块晶体全部具有相同的原子或分子的排列情况，单晶体一般具有规则的外形。 滑移面是晶体中原子排列最紧密的排面。滑移面是晶体中原子排列最紧密的排面。多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 多晶体则是由很多的小晶粒组合到一块构成的，通常不显示规则的外形。

4、纯金属的塑性比合金好纯金属的塑性比合金好低碳钢的塑性比高碳钢好低碳钢的塑性比高碳钢好合金元素的含量越高，塑性越差合金元素的含量越高，塑性越差三三. .影响金属塑性变形的内在因素影响金属塑性变形的内在因素1. 化学成分化学成分 不同化学成分的金属，其内部晶体结构不不同化学成分的金属，其内部晶体结构不同，塑性就不同。同，塑性就不同。当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能通过晶体错位通过晶体错位消除晶格扭曲，产生塑性变形。消除晶格扭曲，产生塑性变形。 这种现象称为这种现象称为回复回复。此时的变形称为此时的变形称为冷变形冷变形。 冷变形冷变形使加工硬化现象得到

5、部分消除使加工硬化现象得到部分消除。冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。宜过大，以免工件开裂。回复温度回复温度：T回回 =( 0.250.3 )T熔熔 ( K ) 四四. .影响金属塑性变形的外部条件影响金属塑性变形的外部条件1.变形温度变形温度 金属在加热时，其组织和性能的变化分为金属在加热时，其组织和性能的变化分为三个阶段：三个阶段：加热到较加热到较高温度时，高温度时，原子继续获得热能，原子继续获得热能，扩散扩散能力加强，能力加强，并并以冷变形时以冷变形时破碎的某些晶体（碎破碎的某些晶体（碎晶）或杂质为新的结晶核心，原子在金

6、属内部晶）或杂质为新的结晶核心，原子在金属内部重新排序，形成新的晶粒。这种现象称为重新排序，形成新的晶粒。这种现象称为再结再结晶晶。再结晶再结晶消除了全部加工硬化现象消除了全部加工硬化现象。此时的。此时的变形称为变形称为温变形温变形。温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，因此，因此，工件表面质量比热变形时好。工件表面质量比热变形时好。再结晶温度再结晶温度： T再再 = 0.4 T熔熔 ( K ) 温度温度继续升高，金属继续变形。在这个阶段，继续升高，金属继续变形。在这个阶段

7、，同时存在着加工硬化和再结晶两种现象，称为同时存在着加工硬化和再结晶两种现象，称为动态再结晶动态再结晶。在这个阶段，金属的塑性好，变在这个阶段，金属的塑性好，变形抗力低。此时的变形称为形抗力低。此时的变形称为热变形热变形。热变形时，变形抗力小，塑性好，但工件表面热变形时，变形抗力小，塑性好，但工件表面氧化现象严重，氧化现象严重，因此，因此，工件表面质量比较差。工件表面质量比较差。2.变形速度（指单位时间内的变形量）变形速度（指单位时间内的变形量）当变形速度低于当变形速度低于临界值临界值时时，随着变形，随着变形速度的速度的提高，已提高，已变形金属产生的加工硬化来不及由变形金属产生的加工硬化来不及

8、由再结晶消除，此时，加工硬化起主要作用，再结晶消除，此时，加工硬化起主要作用，使金属塑性降低，变形抗力增大，进一步变使金属塑性降低，变形抗力增大，进一步变形困难。形困难。当变形速度高于当变形速度高于临界值临界值时时，随着变形，随着变形速度的速度的提高，消耗于提高，消耗于金属塑像变形的能量转化为热金属塑像变形的能量转化为热能，明显提高了金属的温度，可加速再结晶，能，明显提高了金属的温度，可加速再结晶，从而使金属塑性提高，变形抗力降低，进一从而使金属塑性提高，变形抗力降低，进一步变形相对容易。步变形相对容易。3.应力状态应力状态 金属采用金属采用不同的变形方不同的变形方式，各个方向式，各个方向上承

9、受的应力情况不同，所呈现的塑性和变形抗上承受的应力情况不同，所呈现的塑性和变形抗力也不同。力也不同。 压应力压应力不容易使晶体的滑移面分离不容易使晶体的滑移面分离，且气孔、，且气孔、缩孔、缩松等缺陷的影响也会减小缩孔、缩松等缺陷的影响也会减小，因此，因此，压，压应力的数目越多，金属的塑性越好。反之，应力的数目越多，金属的塑性越好。反之，拉拉应力应力容易使晶体的滑移面分离容易使晶体的滑移面分离，容易导致容易导致缺陷缺陷处应力集中，处应力集中，因此因此，拉应力的数目越多，金属，拉应力的数目越多，金属的塑性越差。的塑性越差。五五. .金属塑性变形对其组织和性能的影响金属塑性变形对其组织和性能的影响1.细化晶体组织细化晶体组织 在金属塑性变形的过程中，坯料内部（坯在金属塑性变形的过程中，坯料内部（坯料为钢锭）的料为钢锭）的气孔、缩孔、缩松等缺陷得到焊气孔、缩孔、缩松等缺陷得到焊合合，金属的致密性提高，粗大的铸态组织转变，金属的致密性提高，粗大的铸态组织转变为细化的再结晶组织，力学性能得以提高。为细化的再结晶组织，力学性能得以提高。2.形成形成纤维组织纤维组织 在金属塑性变形的过程中，在金属塑性变形的过程中，晶粒除了被细化晶粒除了被细化外，基体金属的晶粒形状和沿