金属的塑性变形

1、会计学1金属的塑性变形金属的塑性变形压力加工：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

2、：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。1-1 金属的塑性变形金属的塑性变形单晶体的滑移多晶体1纤维组织纤维组织 2加工硬化加工硬化3残余内应力残余内应力二、冷变形后的金属组织与性能二、冷变形后的金属组织与性能 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

3、2加工硬化（形变硬化、冷作硬化）加工硬化（形变硬化、冷作硬化） 加工硬化加工硬化 金属在冷态下进行塑性变形时，随着变金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 3残余内应力残余内应力 平衡于金属内平衡于金属内部的应力，由金属内部不均匀变形部的应力，由金属内部不均匀变形引起。引起。 残余内应力的危害残余内应力的危害 引起零件加工过程变形、开裂。引起零件加工过程变形、开裂。 降低耐蚀性降低耐蚀性 残余内应力的消除或降低残余内应力的消除或降低 去应力退火去应力退火三、回复与再结晶三、回复与再结晶 加工硬化加工硬化:是

4、一种内部能量较高、不稳定状态，具有回是一种内部能量较高、不稳定状态，具有回复到稳定状态的趋势。复到稳定状态的趋势。1、回复：回复：金属加热到某一温度时，金属加热到某一温度时，T回回=（0.25-0.3)T熔熔，原子获得热能，消除晶格扭曲原子获得热能，消除晶格扭曲 和降低内应力。组织性能和降低内应力。组织性能变化不大。变化不大。2、再结晶：再结晶：温度继续升高，原子获得更多热能，开始温度继续升高，原子获得更多热能，开始以以 某某 些杂质和碎晶为晶核，并继续长大，旧晶核解体些杂质和碎晶为晶核，并继续长大，旧晶核解体，生成正常晶格的晶粒，从而消除了加工硬化组织。，生成正常晶格的晶粒，从而消除了加工硬

5、化组织。 T再再=0.4T熔熔回复与再结晶回复与再结晶变形金属在不同加热温度时晶粒大小和性能变化的示意图四、热变形后金属组织与性能四、热变形后金属组织与性能 1、气孔、缩孔、缩松能锻合，提高致密度。、气孔、缩孔、缩松能锻合，提高致密度。 2、生成再结晶组织，细化晶粒。、生成再结晶组织，细化晶粒。 3、生成纤维组织，使材料有方向性。、生成纤维组织，使材料有方向性。 铸锭组织不均，晶粒粗大，气孔、夹杂，铸锭组织不均，晶粒粗大，气孔、夹杂，塑性变塑性变形后，形后，再结晶消除加工硬化组织，夹杂沿变形方向再结晶消除加工硬化组织，夹杂沿变形方向分布，呈纤维状。变形增加越明显，使材料有方向分布，呈纤维状。变

6、形增加越明显，使材料有方向性。性。五、金属变形程度五、金属变形程度 常用锻造比表示常用锻造比表示 Y=F0/F F0表示变形前面积表示变形前面积 F表示变形后面积表示变形后面积 钢锭Y=2-3 合金钢Y=3-4 高速钢Y=5-12六、冷、热变形比较六、冷、热变形比较 热变形特点：热变形特点：（1）均匀、细化晶粒）均匀、细化晶粒 （2）消除加工硬化）消除加工硬化（3）高温、塑性好）高温、塑性好 （4）氧化严重）氧化严重（5）精度差）精度差 （6）设备贵，维修费高）设备贵，维修费高 冷变形特点：冷变形特点：（1）不加热）不加热 （2）精度、表面质量好）精度、表面质量好 （3）硬度、强度高）硬度、强

7、度高 （4）材料有方向性）材料有方向性 （5）设备贵，存在残余应力，易产生裂纹。）设备贵，存在残余应力，易产生裂纹。1-2 锻前加热与锻后冷却锻前加热与锻后冷却一、锻造前加热目的及方法一、锻造前加热目的及方法 目的目的: 提高金属塑性提高金属塑性,降低变形抗力降低变形抗力.易于锻造成易于锻造成形并获得好的锻后组织形并获得好的锻后组织. 按加热热源不同可分为按加热热源不同可分为: 1.火焰加热，燃料来源方便火焰加热，燃料来源方便,炉子修造简单炉子修造简单,加热费加热费用低适应范围广。用于各种大、中、小型坯料的加热。用低适应范围广。用于各种大、中、小型坯料的加热。劳动条件差，加热速度慢，加热质量难

8、于控制。劳动条件差，加热速度慢，加热质量难于控制。 2.电加热电加热 感应加热、接触加热、电阻炉加热、感应加热、接触加热、电阻炉加热、盐浴加热。加热质量好，主要用在模锻上。盐浴加热。加热质量好，主要用在模锻上。 二、钢在加热过程中的物理、化学变化二、钢在加热过程中的物理、化学变化1、钢在加热过程中的氧化与脱碳、钢在加热过程中的氧化与脱碳 氧化氧化钢加热到高温钢加热到高温,表层的铁与炉气中的氧化性气体发生表层的铁与炉气中的氧化性气体发生化学反应化学反应,使钢表层变成氧化铁的现象使钢表层变成氧化铁的现象. 氧化过程的化学反应氧化过程的化学反应: 2Fe+O2=2FeO 由于氧化扩散过程从外向内逐步

9、由于氧化扩散过程从外向内逐步 6FeO+ O2=3Fe3O4 减弱减弱,故氧化皮由三层不同的故氧化皮由三层不同的 4Fe3 O4+ O2=6Fe2 O3 氧化铁组成氧化铁组成:表层为表层为Fe2 O3； Fe+ CO2=Fe O + CO 中层为中层为Fe3O4；内层为；内层为FeO Fe+ + H2O=FeO+H2 锻造时锻造时,钢每加热一次钢每加热一次,有有1.53.0%的金属被氧化烧损的金属被氧化烧损,形成形成的氧化皮若被压入锻件表面的氧化皮若被压入锻件表面,使表质量和尺寸精度下降使表质量和尺寸精度下降.脱碳：脱碳： 钢在高温加热时，表层中的碳和炉气中的氧化钢在高温加热时，表层中的碳和炉

10、气中的氧化气体发生反应，使表层含碳量下降的现象。气体发生反应，使表层含碳量下降的现象。 Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 Fe3C+ CO2=3Fe+ CO Fe3 C+O2=3Fe+ CO2 Fe3C+ H2=3Fe+C H4 脱碳会使钢表面变软，强度和耐磨性降低。脱碳会使钢表面变软，强度和耐磨性降低。2.钢在加热过程中的过热与过烧钢在加热过程中的过热与过烧 (1)过热过热 当钢加热超过某一温度，并在此温度当钢加热超过某一温度，并在此温度停留的时间过长，会引起奥氏体晶粒迅速长大的现停留的时间过长，会引起奥氏体晶粒迅速长大的现象，产生过热的钢冷却后晶粒仍粗大。象，产生过热的钢冷却后晶粒仍粗

11、大。 (2)过烧过烧 当钢加热到接近熔化温度，并在此当钢加热到接近熔化温度，并在此温度长时间停留时，不但奥氏体的晶粒粗大，同时温度长时间停留时，不但奥氏体的晶粒粗大，同时由于氧化性气体渗入到晶界，使晶间物质由于氧化性气体渗入到晶界，使晶间物质Fe 、C 、S发生氧化的现象。过烧的钢强度大降低。发生氧化的现象。过烧的钢强度大降低。三三.锻造温度范围的确定锻造温度范围的确定 始锻温度始锻温度-开始锻造开始锻造的温度。的温度。 始锻温度始锻温度金属的金属的塑性塑性，变形抗力，变形抗力，便于加，便于加工，但过高会产生过烧或熔工，但过高会产生过烧或熔化现象。低碳钢的始锻温度化现象。低碳钢的始锻温度为为1

12、2001250 终锻温度终锻温度-停止锻造停止锻造的温度。要保证在终锻温度的温度。要保证在终锻温度前具有足够的塑性，还要使前具有足够的塑性，还要使锻件能够获得良好的组织，锻件能够获得良好的组织，一般应高于再结晶温度。一般应高于再结晶温度。0.020.771.52.11C%80091212501538液 相 线固 相 线温度/CAEPSKLL+AAA+FA+Fe C3F+P PFe C +PG3始 锻 温 度终锻温度碳钢的锻造温度范围碳钢的锻造温度范围ArmAr1Ar3四四. .锻件的冷却锻件的冷却冷却方法不当锻件可能产生裂纹而报废冷却方法不当锻件可能产生裂纹而报废或影响生产率。或影响生产率。1

13、.1.锻件在冷却过程中产生内应力，应在锻件在冷却过程中产生内应力，应在机械加工之前进行热处理机械加工之前进行热处理, ,以免在机械加以免在机械加工时或后变形。工时或后变形。2.2.冷却方式冷却方式空气中冷却、坑内冷却、炉中冷却。空气中冷却、坑内冷却、炉中冷却。 2 自由锻自由锻 自由锻造自由锻造-利用冲击力或者压力使金属在上、下抵铁利用冲击力或者压力使金属在上、下抵铁之间产生变形得到锻件的方法。之间产生变形得到锻件的方法。 特点：金属变形时，在砧铁间的水平方向可以自由流动。特点：金属变形时，在砧铁间的水平方向可以自由流动。 自由锻可分为：自由锻可分为： 手工锻造：用于生产小锻件手工锻造：用于生

14、产小锻件 机器锻造：所用设备有空气锤（生产小件）；蒸气机器锻造：所用设备有空气锤（生产小件）；蒸气 空气锤（中件）；水压机（大件）。空气锤（中件）；水压机（大件）。 2-1自由锻设备自由锻设备 一一.空气锤空气锤 使用方便、费用低、本身结构使用方便、费用低、本身结构 简单操作方便，可完成全部自由锻简单操作方便，可完成全部自由锻 造工序和用于胎模锻。造工序和用于胎模锻。 二二.蒸气空气锤蒸气空气锤 三三.自由锻造水压机自由锻造水压机 水压机与锻锤相比具有以下特点水压机与锻锤相比具有以下特点: (1)水压机工作时没有振动水压机工作时没有振动,可可 改善工人的劳动条件改善工人的劳动条件. (2)水压

15、机的静压力在锻件上的水压机的静压力在锻件上的 时间比锻锤的冲击力的作用时间长时间比锻锤的冲击力的作用时间长, 可使锻件达到较大的锻透深度可使锻件达到较大的锻透深度,获得获得 整个截面细粒组织的锻件整个截面细粒组织的锻件. (3)在水压机上锻造在水压机上锻造,变形速度慢变形速度慢 金属的再结晶进行的较完全金属的再结晶进行的较完全,有利于有利于 提高塑性提高塑性,降低变形抗力降低变形抗力,高合金钢在高合金钢在 水压机上锻造效果较好水压机上锻造效果较好.F1/A1=F2/A2自由锻工序分类：自由锻工序分类：基本工序：基本工序：使金属产生一定程度的塑性变形使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及

16、尺寸的工艺过程，完成，以达到所需形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。锻件的基本工艺过程。辅助工序：辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。先变形工序。精整工序：精整工序：为减少锻件表面缺陷而进行的工为减少锻件表面缺陷而进行的工序序2-2 自由锻造工序自由锻造工序 2-3自由锻件结构工艺自由锻件结构工艺 要求简单的对称的直角的平面的结构避免锥体曲线形工字形等表面，不允许有加强筋。 不合理 合理 说明圆锥体的锻造须用专门工具,锻造比较困难,应尽量避免.与此相似,锻件上的斜面也不易锻出,也应尽量避免圆锥体与圆柱体交接处的锻造很困难,应改成平面与圆柱体交

17、接,或平面与平面交 接 不合理 合理 说明加强筋与表面凸台等结构不能用自由锻方法获得,应避免这种设计对于椭圆形或工字形截面、弧线及曲线形表面,也应避免 横截面有急剧变化或形状复杂的零件,应分成几个易锻造的简单部分,再用焊接或机械连接 组合机整体 2- 4自由锻造工艺规程制订自由锻造工艺规程制订 自由锻造工艺规程的内容包括：自由锻造工艺规程的内容包括： 根据零件图绘制锻件图：根据零件图绘制锻件图： 决定坯料的重量和尺寸；决定坯料的重量和尺寸； 制订变形工艺；制订变形工艺； 选择锻压设备；选择锻压设备； 确定锻造温度范围、加热和冷却规确定锻造温度范围、加热和冷却规 范；范； 确定热处理规范；确定热

18、处理规范； 填写工艺卡。填写工艺卡。一、锻件图的制订一、锻件图的制订 锻件图锻件图-在零件图的基础上加上加工余量和锻在零件图的基础上加上加工余量和锻造公差而成的，当某些锻件带有凹档、凸肩、小孔造公差而成的，当某些锻件带有凹档、凸肩、小孔锻不出时，可加上余块，来简化锻件的形状。锻不出时，可加上余块，来简化锻件的形状。 锻件图的绘制规则：锻件图的绘制规则： 锻件用粗实线描绘，零件图用点划线或实线描锻件用粗实线描绘，零件图用点划线或实线描绘，锻件尺寸、公差注在尺寸线上面，相应的尺寸绘，锻件尺寸、公差注在尺寸线上面，相应的尺寸注在尺寸线下面，并加括号括起来。注在尺寸线下面，并加括号括起来。 二二.坯料

19、的重量和尺寸坯料的重量和尺寸 1.坯料的重量坯料的重量 G坯坯= G锻锻+ G烧烧+ G料头料头+ G芯料芯料 G烧烧=(23)% G锻锻 (烧损率可查表烧损率可查表2-1-5) 圆形料头圆形料头: G料头料头=(1.651.8)D3 (kg) 矩形料头矩形料头: G料头料头=(2.22.36) B2 H (kg) G芯料芯料=(1.181.57) d2 H (kg) 2.坯料尺寸的确定坯料尺寸的确定 (1)用镦粗法锻造用镦粗法锻造 为避免产生弯曲，应满足为避免产生弯曲，应满足: 1.25H/D2.5 H=(1.252.5)D V坯坯= G坯坯/3)0 . 18 . 0(坯VD 对于方坯料对于

20、方坯料,边长边长L可按下式计算可按下式计算:3)90. 05 . 0(坯VL 初步确定的坯料直径初步确定的坯料直径(或边长或边长)应应按国家规格来标准化。然后，求按国家规格来标准化。然后，求得坯料高度得坯料高度:坯坯AVH 对于圆坯料对于圆坯料,坯坯 料直径料直径D可按下式计算可按下式计算:(2)采用拔长法锻造时采用拔长法锻造时,坯料尺寸的确定坯料尺寸的确定钢锭轧材作坯料为锻造比锻锻锻锻锻坯45 . 25 . 11 . 1.fffAfAA坯坯求出后求出后,可求出坯料直径可求出坯料直径D坯坯,再按国标选用标准直径再按国标选用标准直径,再计算再计算L坯坯:坯坯坯AVL三、确定变形工序三、确定变形工

21、序 1.盘类锻件 2.空心类锻件 3.轴类锻件四、确定锻造设备四、确定锻造设备 小型锻件小型锻件,一般采用空气锤；对于中型或较大的锻件，一般一般采用空气锤；对于中型或较大的锻件，一般采用蒸气空气锤；大型或特型锻件采用水压机。采用蒸气空气锤；大型或特型锻件采用水压机。 五、确定锻造温度范围五、确定锻造温度范围 六、填写工艺卡六、填写工艺卡 传动轴锻造工艺传动轴锻造工艺 零件名称 传动轴 锻件重量 12.27kg零件图号坯料 重量 14.32kg零件重量 规格 90287材 料 45 锻造设备 250kg空气锤锻造温度1200800 锻后冷却 空 冷锻造比 1.1 单件工时备 注序号工序名称 工序

22、简图 温度 设备 1下料加热始锻温度1200终锻温度800250kg 2 拔长 压痕序号工序名称 工序简图 温度 设备 3局部拔长始锻温度1200终锻温度800 250kg 4 切头编制审核 日期 第三章第三章 模锻模锻 模锻模锻-坯料坯料锻模模膛锻模模膛受压受压塑性流动塑性流动锻件的方法锻件的方法. 模锻与自由锻比较优点模锻与自由锻比较优点: 1.生产率高生产率高 2.可获得形状较复杂的零件；可获得形状较复杂的零件； 3.尺寸精确、加工余量小；尺寸精确、加工余量小； 4.生产过程操作简便，劳动强度比自由锻造小；生产过程操作简便，劳动强度比自由锻造小； 缺点缺点: 1.设备投资大。由于设备吨位的限制，模锻件重量不能过大设备投资大。由于设备吨位的限制，模锻件重量不能过大,一般在一般在150kg以下；以下； 2.锻模制造周期较长，使用寿命较低，成本高；锻模制造周期较长，使用寿命较低，成本高； 3.一套模具只能生产一种锻件，工艺灵活性不如自由锻。一套模具只能生产一种锻件