材料及其加工工艺(10)

1、山东理工大学山东理工大学 机械工程学院机械工程学院 一 什么是压力加工靠外力使金属材料产生塑性变形而得到预定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加工方法。外力 冲击力：锤类 静压力：压力机各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定的塑性，因此，都能在热态或冷态下进行压力加工。应用广泛：运输工具96%； 汽车拖拉机95%；航天、航空90%； 农用机械工业80%。 二 分类1 轧制：金属坯料在两个回转轧辊的缝隙中受压变形以获得各种产品的加工方法。靠摩擦力，坯料连续通过轧辊间隙而受压变形。 主要产品：型材、圆钢、方钢、角钢、铁轨等。2 挤压：金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。 正挤：金属流

2、动方向与凹模运动方向相同。 反挤：金属流动方向与凹模运动方向相反。3 拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。产品尺寸精度、表面光洁度较高，所以，常用于轧制件的再加工，提高产品质量。坯料：低碳钢、有色金属及合金。外力：拉力。4 自由锻：金属坯料在上、下抵铁间受冲击力或压力而变形。 外力：压力。5 模锻：金属坯料在具有一定形状的模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。6 冲压：金属板料在冲模之间受压产生分离或成形。 15 立体变形（三维）； 6 平面变形（二维）； 16 可冲击力、可静压力。 三 特点：（与铸造比） 1 优点：（1）结构致密、组织改善、性能提高、强、硬、韧（2）少无切削加

3、工，材料利用率高。（3）可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程）。（4）生产效率高。（如：曲轴 、螺钉） 2 缺点：（1）一般工艺表面质量差（氧化）。（2）不能成型形状复杂件（相对）（3）设备庞大、价格昂贵。（4）劳动条件差（强度、噪音） 一 晶体：1 晶体：物质中的原子按一定规律在三维空间周期重复排列。2 单晶体：具有一个晶粒的晶体（由一个晶核生长而成的晶体）。3 多晶体：大量晶粒组成的晶体。二 变形：1 弹性变形：（暂时的变形）e 力未去除。 弹性塑性变形：（暂时变形）s 力未去除。 纯塑性变形：永久变形 外力去除。2 变形机制：单晶体塑性变形：滑移。多晶体塑性变形：滑移+晶粒

4、转动。 三 滑移：1 单晶体：在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，叫滑移。这个晶面滑移面。 与滑移面垂直的应力不引起滑移，只会弹性变形，大到一定程度引起脆断。（上面所描述的滑移运动，相当于两部分晶体彼此进行的刚性运动，是由外力作用下发生的，而且所需力较大，但使实际测的力却小得多。近代塑性理论研究认为滑移变形是由于位错的滑移运动引起的。）理想晶体结构：锌单晶理论计算：s=350kg/mm2 实测 s=0.1kg/mm2晶体内部存在缺陷：点缺陷：缺一个原子。线缺陷：缺一行原子、位错。面缺陷：滑移逐步在滑移面上传播，直至晶体表面。 2 多晶体塑性变形先在晶面方向有利于滑

5、移的晶粒内开始，然后不利于滑移的晶粒向有利变形的方向转动，协调变形，使滑移继续进行。 2）再结晶：温度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质为核心结晶）再结晶：温度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质为核心结晶成新的晶粒。成新的晶粒。 实质：无畸变组织代替畸变组织，完全消除加工硬化。实质：无畸变组织代替畸变组织，完全消除加工硬化。T再再0.4T熔熔 T再再金属绝对再结晶温度。金属绝对再结晶温度。再结晶退火再结晶退火加热加热再结晶再结晶金属再次获得良好塑性金属再次获得良好塑性高温下受力，塑性变形高温下受力，塑性变形硬化与再结晶同时存在硬化与再结晶同时存在 ，此时变形中的强化和硬化随

6、，此时变形中的强化和硬化随即被再结晶过程所消除。即被再结晶过程所消除。四、冷变形、热变形冷变形T再以下发生的变形。热变形T再以上发生的变形。* 1、冷变形后具有加工硬化组织，能获得较高的表面光洁度及硬度，但变形程度不宜过大，避免破裂。 2、热变形可得到再结晶组织，变形程度大，无加工硬化，获得良好的机械性的组织。冷变形后的件若继续加工，要再结晶退火。金属压力加工主要采用热变形来进行，变形后金属具有再结晶组织、无加工硬化痕迹。金属只有在热变形情况下，才能以较小的功达到加大的变形，同时获得高的力学性能的再结晶组织。 五、锻造和纤维组织五、锻造和纤维组织 1、锻造、锻造(常用锻造比表示变形程度常用锻造

7、比表示变形程度)1镦粗：横截面积变大：镦粗：横截面积变大：Y镦镦H0/H12拔长：横截面积变小：拔长：横截面积变小：Y拔拔A0/A1 A0变形前横截面面积，变形前横截面面积， A变形后横截面面积变形后横截面面积Y2 组织细化，性能组织细化，性能Y25 具有方向性具有方向性Y5 组织紧密程度，晶粒细化，均达极限。性能方向性组织紧密程度，晶粒细化，均达极限。性能方向性 出现性能方向性的组织已是纤维组织。出现性能方向性的组织已是纤维组织。 2、纤维组织：、纤维组织： 金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶 界分布的杂质形状都发生变化，界分布的杂质形状都发生变

8、化，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。 1）影响：使金属材料的机械性能出现方向性）影响：使金属材料的机械性能出现方向性 平行纤维方向：塑、韧性平行纤维方向：塑、韧性 垂直纤维方向：塑、韧性垂直纤维方向：塑、韧性 2） 利用：因流线稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属利用：因流线稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变方向和形状。因此，为提高零件机械性能，尽量做到：变形，才能改变方向和形状。因此，为提高零件机械性能，尽量做到： a) 使纤维方向与零件的轮廓相符合，而不被切断

9、。使纤维方向与零件的轮廓相符合，而不被切断。 b) 使零件受使零件受max拉应力与纤维方向一致。拉应力与纤维方向一致。max与纤维垂直。与纤维垂直。 可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。艺性能。 是在力作用下稳定改变自身形态或尺寸，而其各质点间联系不是在力作用下稳定改变自身形态或尺寸，而其各质点间联系不破坏的能力。破坏的能力。 包括方面：包括方面：1塑性塑性：变形时金属不易开裂。：变形时金属不易开裂。、k 2变形抗力变形抗力：省力，不易磨损模具，小设备，消耗能：省力，不易磨损模具，小设备，消耗能量小。量小。

10、 2 变形速度：单位时间内的变形程度。变形速度：单位时间内的变形程度。 VC：V回、回、V再来不及完全消除加工硬化。再来不及完全消除加工硬化。VC： 热效应，明显提高变形温度，但只在高速锤上才能有热效热效应，明显提高变形温度，但只在高速锤上才能有热效应。应。高速锤：高速锤：1225m/s， 普通锤：普通锤：59m/s。 3 应力状态：应力状态： 压应力下变形，对塑性有利，阻止裂纹扩展，焊合（孔、缝）压应力下变形，对塑性有利，阻止裂纹扩展，焊合（孔、缝） 拉应力下变形，对塑性不利，气孔、裂纹等缺陷处易引起应力集拉应力下变形，对塑性不利，气孔、裂纹等缺陷处易引起应力集中，缺陷扩展，导致破裂。中，缺陷扩展，导致破裂。 三向不等压应力会使金属塑性变形，挤压比拉拔时塑性好，三三向不等压应力会使金属塑性变形，挤压比拉拔时塑性好，三向压应力不等，才能塑变，否则弹变。向压