机械加工工艺基础：第一章 金属的塑性变形

1、 金属塑性加工 利用金属的塑性，使其改变形状、尺寸和改利用金属的塑性，使其改变形状、尺寸和改善性能，获得型材、棒材、板材、线材或善性能，获得型材、棒材、板材、线材或锻压件的加工方法。锻压件的加工方法。 种类 锻造锻造 冲压冲压 挤压挤压 轧制轧制 拉拔拉拔第三篇第三篇 金属塑性加工金属塑性加工1第三篇第三篇 金属塑性加工金属塑性加工第一章第一章 金属的塑性变形金属的塑性变形第二章第二章 锻造锻造第三章第三章 冲压冲压第四章第四章 特种塑性加工方法简介特种塑性加工方法简介2第一节第一节 金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质第二节第二节 塑性变形对金属组织性能的影响塑性变形对金属组织性能的影响第三

2、节第三节 金属的可锻性金属的可锻性3压力加工：在外力作用下，使金属产生塑性变形，获得一定几何形状、尺寸和力学性能毛坯，原材料或零件的加工方法。压力加工有自由锻自由锻、模锻模锻、板料冲压板料冲压、轧制轧制、挤压挤压、拉拔拉拔等。一、塑性变形实质一、塑性变形实质1、单晶体塑性变形、单晶体塑性变形（1）当无外力，晶格正常排列。）当无外力，晶格正常排列。（2）外力作用使原子离开平衡位置，晶格变形。）外力作用使原子离开平衡位置，晶格变形。（3）当剪应力足够大，沿晶面移动一个或几个原子距离。）当剪应力足够大，沿晶面移动一个或几个原子距离。2、多晶体塑性变形、多晶体塑性变形多晶体是多个位向不同变形总和。特点

3、：多晶体是多个位向不同变形总和。特点：（1）变形过程复杂。）变形过程复杂。 （2）变形抗力比单晶体大的多。）变形抗力比单晶体大的多。第一节 金属塑性变形的实质4单晶体的滑移第一节 金属塑性变形的实质5第一节 金属塑性变形的实质 单晶体塑性变形单晶体塑性变形 位错位错运动引起的塑性变形运动引起的塑性变形滑移面滑移面6第一节 金属塑性变形的实质7 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 晶内变形晶内变形 晶粒内部的位错运动晶粒内部的位错运动晶间变形晶间变形 晶粒间的移动和转动晶粒间的移动和转动“弹复弹复”现象现象8多晶体第一节 金属塑性变形的实质91纤维组织纤维组织 2加工硬化加工硬化3残余内应力残余内

4、应力塑性变形后塑性变形后：（1）产生纤维组织产生纤维组织，引起各向异性引起各向异性（2）晶格扭曲晶格扭曲（3）晶粒间产生碎晶晶粒间产生碎晶 使金属的强度、硬度增加，塑性、韧性使金属的强度、硬度增加，塑性、韧性下降，即下降，即加工硬化加工硬化。增加滑移阻力，使金。增加滑移阻力，使金属形变强化属形变强化第二节第二节 塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响10 变形程度增大时，金属的强度及硬度升高，变形程度增大时，金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降。而塑性和韧性下降。 冷变形强化（加工硬化）冷变形强化（加工硬化） 在冷变形时，随变形程度的增加，强度在冷变形时，随变形程度的增加，强度（b

5、 ） 、硬度（、硬度（HB）提高而塑性（）提高而塑性（）下降）下降的现象的现象11 回复：回复：将冷变形后的金属加热到一定的温度后，将冷变形后的金属加热到一定的温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小。使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小。 不改变晶粒形状不改变晶粒形状 再结晶再结晶：当温度继续升高到该金属熔点绝对温度：当温度继续升高到该金属熔点绝对温度的的0.4倍时，金属原子获得更多的热能，使被拉长倍时，金属原子获得更多的热能，使被拉长的晶粒重新生核、结晶，变成与原来相同的新等的晶粒重新生核、结晶，变成与原来相同的新等轴晶粒。轴晶粒。T回=(0.250.3) T熔T再= 0.

6、4 T熔12回复与再结晶回复与再结晶13 再结晶退火：再结晶退火： 在实际生产中，常采用加热的方法使金属发在实际生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性。这种生再结晶，从而再次获得良好塑性。这种工艺操作称为工艺操作称为。冷变形冷变形 再结晶温度以再结晶温度以下下的塑性变形的塑性变形-变形小、性能提高变形小、性能提高热变形热变形 再结晶温度以再结晶温度以上上的塑性变形的塑性变形-大变形、塑性加工大变形、塑性加工14第三节第三节 金属的可锻性金属的可锻性 金属的可锻性金属的可锻性是指材料在锻造过程中经受是指材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。塑性变形而不开裂的能力。

7、可锻性好可锻性好 塑性加工成形塑性加工成形 衡量可锻性衡量可锻性 塑性好、变形抗力小，可锻性好塑性好、变形抗力小，可锻性好一、金属的本质一、金属的本质1. 化学成分的影响化学成分的影响 不同化学成分的金属其可锻性不同不同化学成分的金属其可锻性不同 纯金属的可锻性比合金好；纯金属的可锻性比合金好； 碳钢的含碳量越低，可锻性越好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好； 钢中含有形成碳化物的元素钢中含有形成碳化物的元素(如铬、钼、钨、钒等如铬、钼、钨、钒等) 时，其可锻性显著下降。时，其可锻性显著下降。152. 金属组织的影响金属组织的影响 纯金属（纯金属（奥氏体奥氏体）可锻性好）可锻性好 碳化物（碳化物（

8、渗碳体渗碳体）可锻性差）可锻性差 铸态柱状组织和粗晶粒结构不如铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小晶粒细小而又均匀的组织而又均匀的组织的可锻性好。的可锻性好。二、加工条件二、加工条件1. 变形温度的影响变形温度的影响 提高金属变形时的温度提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有，是改善金属可锻性的有效措施效措施 锻造温度范围锻造温度范围系指始锻温度和终锻温度间的温度系指始锻温度和终锻温度间的温度区间。区间。162. 应变速率的影响应变速率的影响 一方面随着变形速度的增大，回复和再结晶不能一方面随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服冷变形强化现象，金属则表现出塑性下及时克服冷变形强化现象

9、，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变差。降、变形抗力增大，可锻性变差。 另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能的能量有一部分转化为热能(称为称为热效应现象热效应现象)，改善着变形条件。变形速度越大，热效应现象越改善着变形条件。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降可锻性明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降可锻性变得更好。变得更好。17金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质(压压应力或拉应力应力或拉应力)和大小是不同的。和大小是不同的。压应力的数目

10、越多，则金属的塑性越好；压应力的数目越多，则金属的塑性越好；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。18 拉应力拉应力使金属原子间距增大，尤其当金属的内部使金属原子间距增大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到破坏报废的程度。破坏报废的程度。 压应力压应力使金属内部原子间距离减小，不易使缺陷使金属内部原子间距离减小，不易使缺陷扩展，故金属的塑性会增高。但压应力使金属内扩展，故金属的塑性会增高。但压应力使金属内部摩擦阻力增大，变形抗力亦随之增大。部摩擦阻力增大，变形抗力亦随之增大。 金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于变金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于变形