材料成型概论第一章概述.ppt

授课教师授课教师：曹曹 燕燕 E-mail:课程的性质和任务课程的性质和任务n课程性质：课程性质：材材料料成成型型概概论论是是一一门门关关于于材材料料成成型型工工艺艺及及技技术术的的专专业业课课，通通过过本本课课程程的的学学习习，使使学学生生系系统统掌掌握握金金属属塑塑性性成成型型的的理理论论基基础础和和各各种种成成型型方方法法原原理理、特特点点、成成型型工工艺艺和和成成型型设设备备，了了解解相相关关的的新工艺、新技术新工艺、新技术。课程的性质和任务课程的性质和任务n课程任务课程任务n1.了解工程材料的一般知识；常用金属材料的了解工程材料的一般知识；常用金属材料的分类和牌号。分类和牌号。n2.掌握影响金属性能的主要因素及原理。掌握影响金属性能的主要因素及原理。n3.掌握金属塑性成型时的金属流动规律和变形掌握金属塑性成型时的金属流动规律和变形特点。特点。n4.掌握各种成型方法的原理、特点、成型工艺掌握各种成型方法的原理、特点、成型工艺和成型设备。和成型设备。课程的性质和任务课程的性质和任务n教教 材：材：金属压力加工概论金属压力加工概论 李生智编李生智编 参考书参考书 ：材料塑性成型概论：材料塑性成型概论 卢秉林编卢秉林编 工程材料及成形技术基础工程材料及成形技术基础 吕广庶编吕广庶编n成绩评定方法：成绩评定方法：平时作业、课堂提问成绩占平时作业、课堂提问成绩占30%期末考试成绩占期末考试成绩占70%n随机点名，旷课三分之一本门课成绩以随机点名，旷课三分之一本门课成绩以0分计分计材料成型概论材料成型概论q第一章第一章 材料成型材料成型概述概述q第二章第二章 材料塑性成型的基础材料塑性成型的基础q第三章第三章 轧制成型轧制成型q第四章第四章 挤压成型挤压成型q第五章第五章 拉拔成型拉拔成型q第六章第六章 锻造成型锻造成型q第七章第七章 冲压成型冲压成型q第八章第八章 陶瓷成型陶瓷成型第一章第一章 材料成型概述材料成型概述 材料的发展与分类材料的发展与分类 1 材料的发展材料的发展 1 工程工程材料的分类材料的分类 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点 1 材料成型的方法材料成型的方法和特点和特点 1 材料的关键要素材料的关键要素 1.2.3 金属塑性成型的方法金属塑性成型的方法和特点和特点 1 轧制成型的发展及应用轧制成型的发展及应用 1 材料的发展材料的发展n材料是人类用来制造各种机器、构件和产品的材料是人类用来制造各种机器、构件和产品的物物质质，是人类生产和生活的，是人类生产和生活的物质基础物质基础。n人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，人类人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，人类的文明史是按材料发展阶段划分的，材料是人类的文明史是按材料发展阶段划分的，材料是人类社会进步的里程碑。社会进步的里程碑。手手锤锤锉刀锉刀新新材材料料是是根根据据我我们们特特定定的的需需要要设设计计和和加加工工而而成成的的，这这些些新新材材料料使使新新技技术术得得以以产产生生和和应应用用，而而新新技技术术又又促促进进了了新新工工业业的的出出现现和和发发展展，从从而而对对人人类类社社会会的文明与经济发展，有着不可估量的作用。的文明与经济发展，有着不可估量的作用。金属的使用标志着社会生产力的发展，金属的使用标志着社会生产力的发展，人类开始逐渐进人文明的社会。人类开始逐渐进人文明的社会。石器时代石器时代青铜器时代青铜器时代铁器时代铁器时代钢时代的来临，引起世钢时代的来临，引起世界范围的工业革命。界范围的工业革命。硅时代是信息技术革命的时代对硅时代是信息技术革命的时代对当今世界产生了深远的影响当今世界产生了深远的影响钢时代钢时代硅时代硅时代新材料时代新材料时代材料在社会与社会发展中的地位材料在社会与社会发展中的地位 1 材料的发展材料的发展qq石器时代石器时代石器时代石器时代v石器是用坚硬的容易纵裂成薄片的燧石和石英石等石器是用坚硬的容易纵裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。天然材料制成石刀、石斧、石锄。v新石器时代（公元前新石器时代（公元前6000 5000年）用粘土烧制年）用粘土烧制成陶器。成陶器。qq铜器时代铜器时代铜器时代铜器时代v经历了经历了25003000年年v在新石器时代后期开始使用天然金属，首先是铜。在新石器时代后期开始使用天然金属，首先是铜。v然后发现和认识了金属矿石尤其铜矿石（孔雀石）然后发现和认识了金属矿石尤其铜矿石（孔雀石）并在烧制陶器生产中创造了冶金技术。并在烧制陶器生产中创造了冶金技术。1 材料的发展材料的发展 1 材料的发展材料的发展qq铁器时代铁器时代铁器时代铁器时代 经历了约经历了约3000年年v陨铁不如天然铜容易识别，约公元前陨铁不如天然铜容易识别，约公元前3000年开始使年开始使用天然陨铁。用天然陨铁。v铁的冶炼大约始于公元前铁的冶炼大约始于公元前1250年，人类的发展进入年，人类的发展进入铁器时代。铁器时代。v我国春秋战国时期（公元前我国春秋战国时期（公元前770 221年）已开始年）已开始大量使用人工铁器。大量使用人工铁器。1 材料的发展材料的发展qq钢铁时代钢铁时代v中国中国古代冶金铸造技术先进，但限于手工锻打，没古代冶金铸造技术先进，但限于手工锻打，没有发展轧制技术。有发展轧制技术。v16世纪中叶，欧洲出现世纪中叶，欧洲出现比林古桥比林古桥的火法技艺和的火法技艺和阿格里科拉阿格里科拉的论冶金冶金文献。的论冶金冶金文献。v1740年炼钢和铸钢技术被突破后，钢铁开始蓬勃发年炼钢和铸钢技术被突破后，钢铁开始蓬勃发展，伴随产业革命发展为人类社会的支柱工业。展，伴随产业革命发展为人类社会的支柱工业。1 材料的发展材料的发展v这标志着这标志着18世纪前是铁的时代，世纪前是铁的时代，18世纪后是钢的时世纪后是钢的时代，也是冶金学形成的时代。代，也是冶金学形成的时代。v这一时期钢铁工业的中心在这一时期钢铁工业的中心在欧洲欧洲，英国为代表。，英国为代表。v以后，随着冶金理论不断发展，新的技术、方法和以后，随着冶金理论不断发展，新的技术、方法和装备不断被发明直至上世纪装备不断被发明直至上世纪80年代。年代。v材料的材料的品种、数量和质量品种、数量和质量代表现代化程度之一。代表现代化程度之一。1 材料的发展材料的发展qq硅时代、新材料时代硅时代、新材料时代 在当代，科学技术和生产飞跃发展。在当代，科学技术和生产飞跃发展。材料、能源材料、能源材料、能源材料、能源和信息和信息和信息和信息作为现代技术的三大支柱，发展格外迅猛。作为现代技术的三大支柱，发展格外迅猛。材料的发展呈现出合成化、多元化、复合化，正材料的发展呈现出合成化、多元化、复合化，正向向纳米化纳米化发展。发展。1 材料的发展材料的发展v20世纪世纪20年代出现人工合成高分子材料，到年代出现人工合成高分子材料，到70年年代中期有机合成材料与钢的体积产量相等。代中期有机合成材料与钢的体积产量相等。v20世纪世纪60年代半导体材料（晶体管、集成电路等）年代半导体材料（晶体管、集成电路等）的出现，引发了计算机及信息产业的革命。的出现，引发了计算机及信息产业的革命。v20世纪世纪90年代后期，开始新一代钢铁材料即超细年代后期，开始新一代钢铁材料即超细化钢铁材料的研究。化钢铁材料的研究。v21世纪将是纳米材料时代。世纪将是纳米材料时代。鞍钢新中国成立后，先后建起了鞍钢、马钢、宝钢等大型钢铁基地。新中国成立后，先后建起了鞍钢、马钢、宝钢等大型钢铁基地。粗钢产量由粗钢产量由49年的年的万吨万吨上升到上升到2011年粗钢产量的年粗钢产量的亿吨亿吨1996年：年：1亿吨亿吨2003年：年：2亿吨亿吨2008年：年：亿吨，世界钢产量亿吨，占亿吨，世界钢产量亿吨，占2011年年：亿吨，世界钢产量亿吨，占亿吨，世界钢产量亿吨，占 钢材钢材亿吨亿吨当前的任务是：当前的任务是：担负起世界钢铁生产中心的责任，担负起世界钢铁生产中心的责任，从钢铁生产大国迈向钢铁技术强国！从钢铁生产大国迈向钢铁技术强国！中国中国日本日本美国美国欧洲欧洲中国中国日本日本美国美国欧洲欧洲中国中国日本日本美国美国欧洲欧洲近年来中国钢产量在世界的位置近年来中国钢产量在世界的位置材料成形的学科体系与重点材料成形的学科体系与重点材料成形材料成形木材成形木材成形无机材料无机材料人造材料成形人造材料成形土石成形土石成形天然材料成形天然材料成形金属材料金属材料有机材料有机材料非金属材料非金属材料建筑建筑材料材料塑料成形塑料成形有色金属有色金属钢铁钢铁水泥水泥结构结构材料材料 1 工程材料的分类工程材料的分类n工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要工程材料是用于制造工程结构和机械零件并主要要求要求力学性能力学性能力学性能力学性能的结构材料。的结构材料。n按组成与结合键分：按组成与结合键分：n 1、金属材料、金属材料n 2、无机非金属、无机非金属n 3、有机高分子材料、有机高分子材料n 4、复合材料、复合材料 1 工程材料的分类工程材料的分类(按成分分按成分分)金属金属无机无机非金属非金属材材 料料钢铁钢铁有色有色重金属重金属轻金属轻金属稀有金属稀有金属有机高分子有机高分子黑色黑色贵金属贵金属特种陶瓷特种陶瓷传统陶瓷传统陶瓷塑料塑料橡胶橡胶合成纤维合成纤维半金属半金属传统陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、砖瓦、琉璃、铸石、碳素材料，非金属矿先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、磨料、无机涂层、无机纤维及其他们的复合材料等复合材料复合材料金属陶瓷金属陶瓷 1 工程材料的分类工程材料的分类(按成分分按成分分)金属材料金属材料n以金属键结合为主以金属键结合为主;n良好的良好的导电性导电性、导热导热性，强度、延展性性，强度、延展性，焊接性能好焊接性能好，耐热耐耐热耐蚀性好蚀性好和金属光泽和金属光泽;n用量最大、应用最广用量最大、应用最广泛。泛。金属材料金属材料 黑色金属黑色金属有色金属有色金属金金 属属重金属重金属:Cu Pb Zn Ni Co 等等轻金属：轻金属：Al Mg K Na Ca 等等稀有金属稀有金属:V Nb Ti 等等Fe Mn Cr及其及其 合金合金贵金属贵金属:Au Ag Pt 等等钢铁占全部金属总钢铁占全部金属总重的重的94(86种种)(3种种)(83种种)半金属半金属:Si As Se 等等砷，硒砷，硒33陶陶 瓷瓷 材材 料料n以共价键和离子键为主；以共价键和离子键为主；n由金属元素和非金属元素由金属元素和非金属元素或非金属元素之间组成的或非金属元素之间组成的化合物，如氧化物、氮化化合物，如氧化物、氮化物、碳化物；物、碳化物；n熔点高、硬度高、耐腐蚀、熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大，好的绝缘材料脆性大，好的绝缘材料 n分为传统陶瓷、特种陶瓷分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类和金属陶瓷三类。高分子材料高分子材料 n以分子键和共价键为主以分子键和共价键为主;n基于基于C、H元素的有机化元素的有机化合物，具有非常大的分合物，具有非常大的分子结构，子结构，塑性好、耐蚀塑性好、耐蚀性、电绝缘性、减振性性、电绝缘性、减振性好，密度小好，密度小;n分分塑料、橡胶、合成纤塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料维、胶粘剂和涂料等五等五类。类。分分子子键键共共价价键键复复 合合 材材 料料 n包括：包括：n金属基复合材料金属基复合材料 应用应用多多;n陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料;n高分子复合材料高分子复合材料 应用应用多多.是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。玻璃纤维增强高分子复合材料玻璃纤维增强高分子复合材料1黑色金属黑色金属铁（钢）分子式：分子式：Fe密密密密 度：度：度：度：3熔熔熔熔 点：点：点：点：1538Fe+(CFe+(C，SiSi，S S，P P，Mn)Mn)Fe铁钢铸铁工工业纯铁碳碳钢合金合金钢钢中的化学成分中的化学成分 工业纯铁工业纯铁含碳量在含碳量在C%钢钢是是含含碳碳量量在在%2.11%的的铁铁碳碳合合金金.钢钢中中基基本本元元素：素：Fe、C、Si、Mn、S、P、N、O。铁是含碳量在铁是含碳量在2.11%C6.69%的铁碳合金。的铁碳合金。普普通通碳碳素素钢钢中中，Fe占占99%，其其余余元元素素占占1%。在在低低合合金金钢钢中中，除除了了上上述述元元素素外外，还还有有一一定定合合金金元元素素（镍、钒、钛等）（含量低于（镍、钒、钛等）（含量低于5%）各元素对钢材机械性能影响各元素对钢材机械性能影响元素元素符号符号有益或有有益或有害影响害影响产物产物来源来源性能性能碳碳C形成碳化物形成碳化物炼铁还原剂：炼铁还原剂：焦炭焦炭强度高强度高,塑性韧性塑性韧性低低,焊接性能差焊接性能差硅硅SiSi有益有益形成含硅铁素体形成含硅铁素体炼钢脱氧剂炼钢脱氧剂提高钢的强度和提高钢的强度和硬度硬度锰锰MnMn有益有益溶于铁素体和渗溶于铁素体和渗碳体形成碳体形成M Mn nS S炼钢脱氧剂炼钢脱氧剂提高钢的强度和提高钢的强度和硬度硬度硫硫S S有害有害生成化合物生成化合物FeFe3 3S S生铁带入生铁带入形成热淬性，降形成热淬性，降低钢的强度低钢的强度磷磷P P有害有害形成化合物形成化合物FeFe3 3P P生铁带入生铁带入塑性和韧性急剧塑性和韧性急剧下降下降钒和钛：钒和钛：是钢中的合金元素，能提高钢的强度和是钢中的合金元素，能提高钢的强度和 抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。铜铜 ：可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提 高钢的强度，但对焊接性能有不利影响。高钢的强度，但对焊接性能有不利影响。钢中的化学成分中的化学成分 汽车主要使用的材料汽车主要使用的材料 各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比 材料材料材料材料占汽车净重比占汽车净重比AlFe塑塑料料其其它它橡橡胶胶磁磁材材料料玻玻璃璃聚聚碳碳酸酸酯酯Ti碳碳纤纤维维 在轻量化的推在轻量化的推动下，铝合金动下，铝合金材料应用技术材料应用技术发展很快，在发展很快，在近年来出现的近年来出现的全铝车身以铝全铝车身以铝密集型汽车密集型汽车(如如福特福特P2000)中，中，铝的比例更高铝的比例更高达达37%波音波音767飞机所用的各种材料比例飞机所用的各种材料比例 材料用途材料用途结构材料结构材料结构材料结构材料以力学性能为主用于结构以力学性能为主用于结构和建筑工程。和建筑工程。如机械零件，工程构件等如机械零件，工程构件等功能材料功能材料功能材料功能材料以物理化学性能为主用以物理化学性能为主用于电子、信息、能源等。于电子、信息、能源等。如：磁性材料，超导材料等如：磁性材料，超导材料等1 工程材料的分类工程材料的分类(按用途分按用途分)按领域分类按领域分类：机械工程材料、建筑工程材料、能源：机械工程材料、建筑工程材料、能源工程材料、信息工程材料、生物工程材料等工程材料、信息工程材料、生物工程材料等 1 工程材料的分类工程材料的分类(按用途分按用途分)功能材料功能材料功能材料功能材料结构材料结构材料结构材料结构材料现代钢铁工业是个庞大的工业部门，包括采矿、选现代钢铁工业是个庞大的工业部门，包括采矿、选矿、烧结、焦化、耐火材料、炼铁、炼钢、轧钢等矿、烧结、焦化、耐火材料、炼铁、炼钢、轧钢等一系列生产部门与相关辅助服务部门。其中最主要一系列生产部门与相关辅助服务部门。其中最主要的部门为的部门为炼铁炼铁炼铁炼铁、炼钢炼钢炼钢炼钢与与轧钢轧钢轧钢轧钢。钢铁生产过程总揽钢铁生产过程总揽冶冶炼还原原脱碳脱碳 脱硫脱硫氧化氧化浇注注 连铸成型成型轧制制变形形过程程矿石石铁水水钢水水钢坯坯机加工机加工钢材材钢铁生产过程总揽钢铁生产过程总揽 钢铁生产过程总揽钢铁生产过程总揽锻锻件件管管材材型型材材线线材材板板带带材材 现现 代代 化化 大大 型型 高高 炉炉 转转 炉炉 炼炼 钢钢 轧轧 钢钢 系系 统统 1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q材料成型就是把不定形或初定形的原材料按材料成型就是把不定形或初定形的原材料按一定方法加工成一定方法加工成形状形状、尺寸尺寸和和性能性能满足要求满足要求的产品。的产品。减少减少减少减少质质量的成型方法量的成型方法量的成型方法量的成型方法增加增加增加增加质质量的成型方法量的成型方法量的成型方法量的成型方法质质量保持量保持量保持量保持不不不不变变的成型方法的成型方法的成型方法的成型方法车，铣，刨，削，磨，刨，削，磨，钻铸造，造，焊接，接，铆接，接，电解沉解沉积，涂，涂镀轧轧制，制，制，制，锻锻造，冲造，冲造，冲造，冲压压，拉拔，拉拔，拉拔，拉拔，挤压挤压尺寸精确，表面光尺寸精确，表面光洁；耗料，能耗高，成本高，耗料，能耗高，成本高，生生产效率低，无法改善效率低，无法改善组织原料消耗少，原料消耗少，能制能制备复复杂形状形状产品品；缩孔，砂眼，偏析，孔，砂眼，偏析，机械性能差机械性能差无屑加工，无屑加工，产量高，量高，效率高，改善效率高，改善产品品组织，性能好；性能好；产品形状相品形状相对简单，设备投入投入较大，大多需要成型大，大多需要成型 1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点组组合成型方法合成型方法合成型方法合成型方法 1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q1.切削成型（机械加工）切削成型（机械加工）体积和质量减小体积和质量减小；即由大质量的金属上面去除一部分质量而获得一定即由大质量的金属上面去除一部分质量而获得一定形状及尺寸的工件。形状及尺寸的工件。如：车、铣、刨、削、磨、钻等如：车、铣、刨、削、磨、钻等 1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q 2.铸造铸造、连接成型连接成型（焊接、铆接）（焊接、铆接）、电解沉积、涂电解沉积、涂镀、粉末冶金等镀、粉末冶金等体积或质量增大体积或质量增大。即由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品。即由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品。如铸造、铆焊等。如铸造、铆焊等。1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q 3.塑性成型塑性成型体积和质量不变体积和质量不变；即利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使即利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，获得一定形状、性能和尺寸的金属产生塑性变形，获得一定形状、性能和尺寸的产品产品金属塑性（压力）加工。如：轧制、挤压金属塑性（压力）加工。如：轧制、挤压拉拔、锻造、冲压。拉拔、锻造、冲压。1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q 4.组合成型组合成型 上述几种成型方法的联合使用。如液态铸轧方法，上述几种成型方法的联合使用。如液态铸轧方法，是铸造与轧制方法的联合；辊锻加工是轧制和锻造是铸造与轧制方法的联合；辊锻加工是轧制和锻造方法的联合。方法的联合。1 材料的关键要素材料的关键要素 结构、性能、成分与加工工艺四者之间的关系结构、性能、成分与加工工艺四者之间的关系加工工艺加工工艺化学成分化学成分组织结构组织结构性性 能能 1 材料的关键要素材料的关键要素 1.加工工艺加工工艺 在材料塑性加工成型时，一方面改变了材料外部在材料塑性加工成型时，一方面改变了材料外部形状，内部组织结构发生了变化，另一方面也改形状，内部组织结构发生了变化，另一方面也改变了材料性能。变了材料性能。例如，一根金属丝当它通过模具拉拔时，它的直径减小了，例如，一根金属丝当它通过模具拉拔时，它的直径减小了，同时本身也强化和变硬了。在一般作为导电体用的铜丝中同时本身也强化和变硬了。在一般作为导电体用的铜丝中是不希望这种硬化的；而在生产子午线轮胎中的钢丝时恰是不希望这种硬化的；而在生产子午线轮胎中的钢丝时恰恰是利用这个过程来实现材料的强化。恰是利用这个过程来实现材料的强化。1 材料的关键要素材料的关键要素2.成分成分/组织结构组织结构 1 材料的关键要素材料的关键要素2.成分成分/组织结构组织结构 材料的性能取决于材料的成分和内部结构材料的性能取决于材料的成分和内部结构.组织结构：组织结构：表示材料微观特征的。组织是相的形态、分布的表示材料微观特征的。组织是相的形态、分布的 图象；结构是指材料中原子或分子的排列方式。图象；结构是指材料中原子或分子的排列方式。宏观组织宏观组织 用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的 组织组织称称低倍组织低倍组织低倍组织低倍组织；显微组织显微组织 100-2000100-2000倍显微镜观察到的组织倍显微镜观察到的组织称称高倍组织高倍组织高倍组织高倍组织；电镜组织电镜组织 用放大几千倍到几十万倍的电子显微镜所用放大几千倍到几十万倍的电子显微镜所观观 察到的组织称察到的组织称精细组织精细组织精细组织精细组织.钢钢锭锭的的宏宏观观组组织织显显微微组组织织电电镜镜组组织织钢的宏观组织、显钢的宏观组织、显微组织和电镜组织微组织和电镜组织 1 材料的关键要素材料的关键要素 3.性能性能 Properties 材料的性能包括材料的性能包括使用性能使用性能使用性能使用性能、工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能、环保性能环保性能环保性能环保性能和和经济性经济性经济性经济性。使用性能使用性能:材料在使用条件下表现出来的性能，包括材料在使用条件下表现出来的性能，包括机械机械(力力学学)性能性能、物理性能物理性能、化学性能化学性能等。等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命与使用寿命.材料的使用性能材料的使用性能 物理性能物理性能:密度密度,熔点熔点,电性能电性能,磁性能磁性能,光学性能光学性能,导热性等导热性等.化学性能化学性能:指材料在不同条件下抵抗各种化学作用的性能指材料在不同条件下抵抗各种化学作用的性能.耐腐蚀性能耐腐蚀性能,高温抗氧化性能高温抗氧化性能,抗老化性能抗老化性能,降解性降解性能等能等.力学性能力学性能:指材料在力的作用下表现出来的各种性能指材料在力的作用下表现出来的各种性能.抗拉强度抗拉强度,断裂韧性断裂韧性,疲劳强度疲劳强度,抗蠕变强度抗蠕变强度,硬度等硬度等.材料的工艺性能材料的工艺性能 材料在塑性加工过程中所表现的性能。材料在塑性加工过程中所表现的性能。（冷热加工条件和环境下冷热加工条件和环境下）金属材料工艺性能的好坏，决定了它在塑性加工中金属材料工艺性能的好坏，决定了它在塑性加工中加工成形的适应能力加工成形的适应能力.包括包括铸造性能铸造性能,锻造性能锻造性能,切削性能切削性能,焊接性能焊接性能,热处热处理性能理性能,冲压成形性能冲压成形性能等等.材料的工艺性能材料的工艺性能 铸造性能铸造性能:铸造性是指浇注铸件时，材料能充满比较复杂的铸型并获铸造性是指浇注铸件时，材料能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的能力。对金属材料而言，铸造性主要包括得优质铸件的能力。对金属材料而言，铸造性主要包括流流动性、收缩率、偏析倾向动性、收缩率、偏析倾向等指标。流动性好、收缩率小、等指标。流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料其铸造性也好。偏析倾向小的材料其铸造性也好。锻造性能锻造性能:锻造性能是指材料是否易于进行压力加工的性能。锻造锻造性能是指材料是否易于进行压力加工的性能。锻造性能的好坏主要以材料的性能的好坏主要以材料的塑性和变形抗力塑性和变形抗力来衡量。一般来来衡量。一般来说，钢的可锻性较好，而铸铁不能进行任何压力加工。说，钢的可锻性较好，而铸铁不能进行任何压力加工。材料的工艺性能材料的工艺性能 切削性能切削性能:切削性能是指材料是否易于切削加工的性能。它与材料切削性能是指材料是否易于切削加工的性能。它与材料种种类、成分、硬度、韧性、导热性及内部组织状态类、成分、硬度、韧性、导热性及内部组织状态等许多因等许多因素有关。有利切削的硬度为素有关。有利切削的硬度为HB160230，切削加工性好的，切削加工性好的材料，切削容易，刀具磨损小，加工表面光洁。金属和塑材料，切削容易，刀具磨损小，加工表面光洁。金属和塑料相比，切削工艺有不同的要求。料相比，切削工艺有不同的要求。焊接性能焊接性能:焊接性能是指材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量焊接性能是指材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能，一般用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量。低碳的性能，一般用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量。低碳钢具有优良的可焊性，而铸铁和铝合金的可焊性就很差。钢具有优良的可焊性，而铸铁和铝合金的可焊性就很差。材料的工艺性能材料的工艺性能 冲压成形性能冲压成形性能:冲压成形性能是指板料对各种冲压成形加工的适应能力，冲压成形性能是指板料对各种冲压成形加工的适应能力，它涉及两个主要方面：它涉及两个主要方面：一是成形极限，希望尽可能减少成形工序；一是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一是要保证冲压件质量符合设计要求。另一是要保证冲压件质量符合设计要求。1.2.3 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点n金属塑性成型是指利用金属的塑性借助工具金属塑性成型是指利用金属的塑性借助工具(模具模具)对金属铸锭或坯料施加外力，迫使其发生永久塑对金属铸锭或坯料施加外力，迫使其发生永久塑性变形，获得预期性变形，获得预期形状、尺寸和性能形状、尺寸和性能成品或制品成品或制品的加工过程。的加工过程。n又称金属塑性压力加工，简称塑性加工或压力加又称金属塑性压力加工，简称塑性加工或压力加工。工。1.2.3 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点材料利用率高。材料利用率高。无削加工，节省金属，成材率较高无削加工，节省金属，成材率较高。一一般般的的塑塑性性成成形形方方法法的的材材料料利利用用率率可可达达到到60607070，先先进进的的塑塑性性成成形形方方法法现现已已达达到到85859090，采采用用连连铸铸坯坯轧轧制制成成品品材材的的利利用用率率可可达达9595以上。以上。特特 点点1.2.3 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点 生产效率高，适于大量生产。生产效率高，适于大量生产。线线材材轧轧制制速速度度已已超超过过100 100 m/sm/s，在在120000 120000 kNkN机机械械压力机上每小时能生产汽车发动机曲轴压力机上每小时能生产汽车发动机曲轴9090件。件。产品质量高产品质量高,性能好性能好,缺陷少缺陷少*改善组织和性能改善组织和性能 加工精度和板料冲压时成形极限有限。加工精度和板料冲压时成形极限有限。模具、设备费用昂贵。模具、设备费用昂贵。特特 点点塑性加工工艺相对于铸造、焊接工艺有产品内部组织塑性加工工艺相对于铸造、焊接工艺有产品内部组织致密、力学性能好且稳定的优点。致密、力学性能好且稳定的优点。1.2.3 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点 对于形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的对于形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的 产品尚不及切削加工；产品尚不及切削加工；在成本及形状复杂方面不及铸造；在成本及形状复杂方面不及铸造；只能用于生产具有塑性的金属。只能用于生产具有塑性的金属。不不 足足1.2.3 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点锻造锻造 轧制轧制拉拔拉拔挤压挤压深冲深冲拉伸拉伸弯曲弯曲剪切剪切轧制：生产率高、生产过轧制：生产率高、生产过程的连续性强、易于实现程的连续性强、易于实现机械化和自动化。机械化和自动化。约约90%90%以上的钢材是通过以上的钢材是通过轧制成形的轧制成形的。加工成型不仅仅是为了加工成型不仅仅是为了满足材料实际使用对制满足材料实际使用对制品品形状、尺寸、精度形状、尺寸、精度的的要求，同时对材料的要求，同时对材料的力学性能力学性能、物理性能和物理性能和微观组织结构微观组织结构的改善也的改善也有十分重要的作用。有十分重要的作用。按变形方式分：按变形方式分：1.轧制轧制 轧制成型是指金属轧件通过旋转的轧辊受到压轧制成型是指金属轧件通过旋转的轧辊受到压缩产生塑性变形，缩产生塑性变形，横断面积减小，长度增加，从横断面积减小，长度增加，从而获得要求的断面形状和尺寸而获得要求的断面形状和尺寸，并同时改善金属，并同时改善金属性能的压力加工方法。性能的压力加工方法。轧制的方式：轧制的方式：(可实现连续轧制可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧。纵轧、横轧、斜轧。轧轧辊辊的的轴轴线线相相互互平平行行或或在在同同一一平平面面内内，上上下下工工作作辊辊转转动动方方向向相相反反，轧轧制制时时轧轧件件沿沿与与轧轧辊辊轴轴线线垂垂直直方向作直线运动且延伸的轧制方式方向作直线运动且延伸的轧制方式。(1)纵轧纵轧 图图1 1 纵轧示意图纵轧示意图1 1轧辊轧辊 2 2轧件轧件 3 3行进方向行进方向金属轧制最常用的方式，金属轧制最常用的方式，是冶金生产主要的加工方法。是冶金生产主要的加工方法。主要用于初轧开坯、板带主要用于初轧开坯、板带材轧制、型材轧制和棒线材材轧制、型材轧制和棒线材轧制轧制。上上下下两两个个轧轧辊辊的的轴轴线线倾倾斜斜互互成成一一定定角角度度，各各工工作作辊辊旋旋转转方方向向相相同同，轧轧制制时时轧轧件件沿沿轧轧辊辊夹夹角角平平分分线线作作螺螺旋旋运运动且延伸的轧制方式动且延伸的轧制方式。(2)斜轧斜轧 图图2 2 二辊斜轧简图二辊斜轧简图l l轧辊轧辊 2 2坯料坯料 3 3毛管毛管 4 4顶头顶头 5 5顶杆顶杆 上上下下两两个个轧轧辊辊的的轴轴线线相相互互平平行行，各各工工作作辊辊旋旋转转方方向向相相同同，轧轧制制时时轧轧件件沿沿轧轧辊辊轴轴线线方方向向作作螺螺旋旋运运动动且且延延伸伸的的轧制方式轧制方式。(3)横轧横轧轧制（板带材）：轧制（板带材）：镀锡板，彩涂板，中厚板镀锡板，彩涂板，中厚板轧制（管材）：轧制（管材）：无缝管，不锈钢管，方管无缝管，不锈钢管，方管轧制（型材）：轧制（型材）：重轨，重轨，HH型钢，线材，螺纹钢型钢，线材，螺纹钢 2.挤压挤压 挤挤压压就就是是采采用用挤挤压压轴轴（凸凸模模）将将放放在在挤挤压压筒筒（凹凹模模）内内的的坯坯料料压压出出模模孔孔或或流流入入特特定定的的孔孔隙隙而而成成型型的的塑性加工方法。塑性加工方法。卧式挤压机卧式挤压机 挤 压 3.拉拔拉拔 金属坯料在外加拉力的作用下，通过模孔以获得与金属坯料在外加拉力的作用下，通过模孔以获得与模孔形状和尺寸相同的实心或空心制品的模孔形状和尺寸相同的实心或空心制品的塑性成型塑性成型方法称之为拉拔。方法称之为拉拔。金属拉拔过程金属拉拔过程动动画演示画演示 拉 拔 4.锻造锻造 锻锻造造就就是是坯坯料料经经加加热热后后用用锻锻锤锤锤锤击击或或压压力力机机施施加加压压力力，使使其其塑塑性性变变形形以以获获得得一一定定形形状状、尺尺寸寸和和性性能锻件的塑性成型方法。能锻件的塑性成型方法。飞机大梁飞机大梁 火箭捆挷环火箭捆挷环 4.锻造锻造万吨级水压机万吨级水压机 5.冲压冲压 借借助助冲冲压压模模具具和和冲冲压压设设备备，使使金金属属板板料料在在由由凸凸模模与与凹凹模模组组成成的的冲冲模模中中发发生生塑塑性性变变形形或或产产生生分分离离，以以获获得得所所要要求求形形状状和和尺尺寸寸壳壳体体或或腔腔体体制制品品的的成成型型方方法法称称为为冲冲压压成型，简称冲压。成型，简称冲压。23411-凸模；2-板料固定器；3-凹模；4-铝合金杯形件；-总冲压力；-板料压边力；汽车覆盖件家用餐具 冲 压1 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点v根据根据成形时金属的温度成形时金属的温度分为：分为：热变形指再结晶温度以上所完成的压力加工过程热变形指再结晶温度以上所完成的压力加工过程冷变形指再结晶温度以下所完成的压力加工过程冷变形指再结晶温度以下所完成的压力加工过程温变形介于冷、热加工之间的压力加工过程温变形介于冷、热加工之间的压力加工过程 1 轧制生产新技术的发展及应用轧制生产新技术的发展及应用 随着金属冶炼技术的发展和自动控制及计算机等随着金属冶炼技术的发展和自动控制及计算机等科学技术水平的发展，金属塑性成型技术也不断科学技术水平的发展，金属塑性成型技术也不断得到飞跃发展，以代表性的轧钢生产技术发展来得到飞跃发展，以代表性的轧钢生产技术发展来看，其主要趋势是：看，其主要趋势是：1.生产过程日趋连续化、高速化、自动化；生产过程日趋连续化、高速化、自动化；2.生产规模进入大型化、专业化；生产规模进入大型化、专业化；3.采用自动控制不断提高产品精度；采用自动控制不断提高产品精度；4.发展合金钢种与控制轧制工艺以提高钢材性能；发展合金钢种与控制轧制工艺以提高钢材性能；1 轧制生产新技术的发展及应用轧制生产新技术的发展及应用5.不断扩大钢材品种规格及增加不断扩大钢材品种规格及增加板带钢和钢管的产品板带钢和钢管的产品比重；比重；6.连铸钢坯取代初轧钢坯；连铸钢坯取代初轧钢坯；7.大力发展新工艺、新技术，节省能源和金属消耗，大力发展新工艺、新技术，节省能源和金属消耗，降低生产成本；降低生产成本；8.应用应用CAD/CAE/CAM技术。技术。不仅可提高生产效率和降低成本，而且促使新技术和新工不仅可提高生产效率和降低成本，而且促使新技术和新工艺的不断出现。从计算机辅助工艺设计、计算机辅助制艺的不断出现。从计算机辅助工艺设计、计算机辅助制造到成形过程的计算机模拟，都极大地推动着材料成形造到成形过程的计算机模拟，都极大地推动着材料成形技术的发展。技术的发展。薄板坯连铸连轧薄板坯连铸连轧(Thin Slab Cast&Rolling)双辊铸轧薄带钢双辊铸轧薄带钢(Twin Roll Strip Casting)液态金属连续铸挤液态金属连续铸挤(Cast-Extrusion)半固态成形半固态成形(Semi-Solid Metal Forming)(1)近终形生产新技术近终形生产新技术 切切 头头剪剪辊辊 底底 式式加热炉加热炉F1层层 流流冷却冷却切切头头剪剪F2F3F4F51#地地下下 卷卷 取取 机机2#地地下下 卷卷 取取 机机除除鳞鳞箱箱轧轧边边机机飞剪飞剪F7 二二 冷冷室室拉拉 矫矫机机F6中间包中间包薄板坯连铸连轧的特点薄板坯连铸连轧的特点连铸坯厚度减少到连铸坯厚度减少到5070mm，节省了粗轧机组，节省了粗轧机组带液芯压下，减少轧制力，改善内部质量带液芯压下，减少轧制力，改善内部质量节省投资，降低生产成本节省投资，降低生产成本适合适合200万吨左右的生产规模万吨左右的生产规模 带钢冷连轧的无头轧制技术带钢冷连轧的无头轧制技术 带钢热连轧的无头轧制技术带钢热连轧的无头轧制技术 型材的无头轧制技术型材的无头轧制技术(2)连续化成形新技术连续化成形新技术连续化成形的发展趋势连续化成形的发展趋势锻造锻造轧制轧制连轧连轧无头轧制无头轧制焊接焊接切断切断 事故多发生在轧件头部事故多发生在轧件头部(影响作业率、产量影响作业率、产量)堆钢、断辊、撞导卫、咬入困难、穿带失败堆钢、断辊、撞导卫、咬入困难、穿带失败 影响尺寸精度主要在头尾部影响尺寸精度主要在头尾部(影响质量影响质量)厚度偏差、板形不良、宽度超差、性能不合厚度偏差、板形不良、宽度超差、性能不合(温差温差).).切损主要在头尾部切损主要在头尾部(影响成材率、成本影响成材率、成本)舌头、鱼尾、劈头、小尺、失宽舌头、鱼尾、劈头、小尺、失宽 采用无头轧制技术的意义采用无头轧制技术的意义 实现方法：前一卷的尾部与后一卷的头部焊接在一起实现方法：前一卷的尾部与后一卷的头部焊接在一起 优优 点：避免穿带、减少头尾偏差、生产高效率点：避免穿带、减少头尾偏差、生产高效率1开卷机焊接机活套（料仓）酸洗机组冷连轧机组卷取机2开卷机全连续式冷连轧机组示意图全连续式冷连轧机组示意图人工智能技术是一种新的人工智能技术是一种新的信息处理信息处理和和控制技术控制技术。它主要模拟人脑来处理现实问题。它主要模拟人脑来处理现实问题。以事实和数据为依据，实现过程的优化控制。以事实和数据为依据，实现过程的优化控制。轧制中应用的智能工具：轧制中应用的智能工具：神经网络神经网络(ANN,Artificial Neural Network)专家系统专家系统(ES,Expe