材料成形优秀课件.ppt

材材 料料 力力 学学 电电 子子 教教 案案材料成形第1页，本讲稿共21页6.1 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺两个回转两个回转轧辊轧辊之间受压变形。之间受压变形。v坯料：金属锭坯料：金属锭v受力：受力：摩擦力：使坯料从两轧辊间通过。摩擦力：使坯料从两轧辊间通过。压力：坯料截面减小，长度增加。压力：坯料截面减小，长度增加。v产品：产品：钢板、型材、无缝管材、毛坯、零件。钢板、型材、无缝管材、毛坯、零件。冷轧，热轧。冷轧，热轧。轧制录相轧制录相金属压力加工的基本生产方式金属压力加工的基本生产方式1 1、轧制：、轧制：第2页，本讲稿共21页2、挤压：、挤压：坯料在坯料在挤压模挤压模内受压、挤出模孔。内受压、挤出模孔。适用：非铁金属及合金、碳钢、合金钢、不锈钢、适用：非铁金属及合金、碳钢、合金钢、不锈钢、轴承钢、高速钢等。轴承钢、高速钢等。产品：各种复杂截面的型材或零件。产品：各种复杂截面的型材或零件。冷挤压，温挤压（冷变形）冷挤压，温挤压（冷变形）热挤压（热变形）热挤压（热变形）图图6-3 正挤压正挤压 反挤压反挤压挤压录相挤压录相第3页，本讲稿共21页3、拉拔：、拉拔：坯料拉过坯料拉过拉拔模拉拔模的模孔而变形。的模孔而变形。适用：低碳钢、非铁金属及合金。适用：低碳钢、非铁金属及合金。产品：细线材、薄壁管、特殊几何形状，对轧制产品：细线材、薄壁管、特殊几何形状，对轧制件再加工。件再加工。冷拔。冷拔。拉拔录相拉拔录相第4页，本讲稿共21页4、自由锻：、自由锻：上下上下砥铁砥铁间受冲击力或压力。间受冲击力或压力。5、模锻：锻模、模锻：锻模模膛内受冲击力或压力。模膛内受冲击力或压力。6、板料冲压：冲模、板料冲压：冲模之间受压而分离或变形。之间受压而分离或变形。v加工对象：金属薄板。加工对象：金属薄板。v产品：质量轻截面小，精度及表面质量高。产品：质量轻截面小，精度及表面质量高。第5页，本讲稿共21页v六种基本工艺：六种基本工艺：轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压。冲压。下列原材料或毛坯采用哪种方法成形？下列原材料或毛坯采用哪种方法成形？v型型 材、板材、线材？材、板材、线材？轧制、挤压、拉拔轧制、挤压、拉拔v受重载零件毛坯？受重载零件毛坯？自由锻、模锻自由锻、模锻v汽车、电器、仪表、日用品？汽车、电器、仪表、日用品？板料冲压板料冲压塑性成形件塑性成形件：力学性能：力学性能，形状复杂，形状复杂，设备费用，设备费用铸造成形件铸造成形件：力学性能：力学性能，形状复杂，形状复杂，设备费用，设备费用第6页，本讲稿共21页6.2 金属的塑性变形金属的塑性变形弹性变形：外力去除后变形可恢复，弹性变形：外力去除后变形可恢复，“弹复弹复”。塑性变形：外力超过屈服强度时，外力去除后变形塑性变形：外力超过屈服强度时，外力去除后变形 不可恢复，永久变形。不可恢复，永久变形。一、金属塑性变形后的组织和性能一、金属塑性变形后的组织和性能1.组织变化组织变化晶粒沿最大变形的方向晶粒沿最大变形的方向伸长伸长；晶格与晶粒发生晶格与晶粒发生扭曲扭曲；晶粒间产生晶粒间产生碎晶碎晶。第7页，本讲稿共21页2.性能变化性能变化v加工硬化加工硬化：随变形程度的增加，强度、硬度增加，而：随变形程度的增加，强度、硬度增加，而塑性、韧性下降的现象。塑性、韧性下降的现象。（冷变形强化，冷作硬化）（冷变形强化，冷作硬化）v原因：组织变化（伸长、扭曲、碎晶）原因：组织变化（伸长、扭曲、碎晶）性能变化性能变化第8页，本讲稿共21页3.回复与再结晶回复与再结晶1）回复）回复 T回回=(0.250.3)T熔熔 原子排列回复到正常状态，原子排列回复到正常状态，消除晶格扭曲消除晶格扭曲，部分部分消除加工硬化。消除加工硬化。2）再结晶）再结晶 T再再=0.4 T熔熔 以碎晶或杂质为核心结晶以碎晶或杂质为核心结晶再结晶。再结晶。再结晶晶粒细小均匀，再结晶晶粒细小均匀，消除晶粒伸长和碎晶消除晶粒伸长和碎晶，全全部部消除加工硬化。消除加工硬化。第9页，本讲稿共21页v冷作硬化（加工硬化）的作用：冷作硬化（加工硬化）的作用：（1）强化金属：冷拔、冷轧。）强化金属：冷拔、冷轧。（2）使继续加工困难：再结晶退火）使继续加工困难：再结晶退火v再结晶退火：再结晶退火：将将冷作硬化以后的金属冷作硬化以后的金属重新加热到再结晶温度以上，让重新加热到再结晶温度以上，让其发生再结晶，使金属其发生再结晶，使金属重新获得塑性重新获得塑性，消除冷作硬化，消除冷作硬化现象，以利于继续进行加工。现象，以利于继续进行加工。v再结晶温度以上有加工硬化现象吗？再结晶温度以上有加工硬化现象吗？既有加工硬化，又有再结晶。但加工硬化随时被再结既有加工硬化，又有再结晶。但加工硬化随时被再结晶而消除，加工硬化表现不出来。晶而消除，加工硬化表现不出来。第10页，本讲稿共21页二、塑性变形类型二、塑性变形类型1、冷变形：、冷变形：T再，再，既有加工硬化，又有再结晶。既有加工硬化，又有再结晶。v特点：特点：（1）较小变形功作用下，产生）较小变形功作用下，产生较大变形较大变形。（2）尺寸较大，形状较复杂尺寸较大，形状较复杂，力学性能好。，力学性能好。（3）表面易氧化，）表面易氧化，精度及表面质量低精度及表面质量低，劳动条件差，生，劳动条件差，生产率低。产率低。v应用：自由锻、热模锻、热轧、热挤压。应用：自由锻、热模锻、热轧、热挤压。第11页，本讲稿共21页三、纤维组织三、纤维组织 纤维组织：纤维组织：纤维状的杂质，不能经再结晶而消失纤维状的杂质，不能经再结晶而消失，在，在塑性变形后保留下来。塑性变形后保留下来。v特点：特点：（1）各向异性：平行纤维方向，塑性韧性强。）各向异性：平行纤维方向，塑性韧性强。（2）不可通过热处理消除，只可通过锻压改变方向和形）不可通过热处理消除，只可通过锻压改变方向和形状。状。（3）变形程度越大，纤维组织越明显。）变形程度越大，纤维组织越明显。v利用原则：利用原则：（1）使纤维分布与零件轮廓相符，不被切断。）使纤维分布与零件轮廓相符，不被切断。（2）使零件所受最大拉应力与纤维方向一致，最大）使零件所受最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。切应力与纤维方向垂直。第12页，本讲稿共21页（a）纤维被切断，切应力与纤维方向平行。）纤维被切断，切应力与纤维方向平行。（b）纤维连贯，纤维方向较合理纤维连贯，纤维方向较合理。第13页，本讲稿共21页6.3 塑性变形理论及假设塑性变形理论及假设一、最小阻力定律一、最小阻力定律金属质点优先沿着阻力最小的方金属质点优先沿着阻力最小的方向流动。向流动。流动距离越短，阻力越小。流动距离越短，阻力越小。第14页，本讲稿共21页二、塑性变形前后体积不变的假设二、塑性变形前后体积不变的假设 V坯料坯料=V锻件锻件塑性变形时，金属材料连续而致密，体积变化很小，与形状变化相比塑性变形时，金属材料连续而致密，体积变化很小，与形状变化相比可以忽略不计。可以忽略不计。三、塑性变形程度的计算三、塑性变形程度的计算1、锻造比锻造比：材料变形前后的变形程度。：材料变形前后的变形程度。v拔长时：拔长时：Y拔拔=S0/S 变形前后截面积比变形前后截面积比v镦粗时：镦粗时：Y镦镦H0/H 变形前后高度比变形前后高度比v锻造比锻造比12、计算：、计算：S坯料坯料=Y拔拔S锻件锻件V坯料坯料=V锻件锻件钢坯：钢坯：S坯料坯料D或或A；L钢坯钢坯=V坯料坯料/S坯料坯料第15页，本讲稿共21页6.4 影响塑性变形的因素影响塑性变形的因素v锻造性（可锻性）：衡量金属受压力加工而产生塑性变形获锻造性（可锻性）：衡量金属受压力加工而产生塑性变形获得优质制品得优质制品难易程度难易程度的工艺性能。的工艺性能。v评定（衡量指标）：评定（衡量指标）：（1）塑性）塑性金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。反映塑性变形能力。反映塑性变形能力。（2）变形抗力。）变形抗力。金属对变形的抵抗力。金属对变形的抵抗力。反映塑性变形的难易程度。反映塑性变形的难易程度。塑性塑性，则变形中，则变形中不易开裂不易开裂 变形抗力变形抗力，变形的，变形的能耗小能耗小锻造性锻造性第16页，本讲稿共21页v影响可锻性的因素：材料性质（内因）影响可锻性的因素：材料性质（内因）加工条件（外因）。加工条件（外因）。一、材料性质的影响一、材料性质的影响1.化学成分化学成分v纯金属好于合金。纯金属好于合金。v合金元素含量合金元素含量，成分复杂，成分复杂，则塑性，则塑性，变形抗力，变形抗力，锻造性，锻造性。v纯铁纯铁低碳钢低碳钢高碳钢高碳钢。2.金属组织金属组织v纯金属及固溶体（奥氏体）纯金属及固溶体（奥氏体）碳化物（渗碳体）碳化物（渗碳体）v晶粒细小均匀晶粒细小均匀晶粒粗大的铸态组织。晶粒粗大的铸态组织。第17页，本讲稿共21页二、加工条件的影响二、加工条件的影响1.变形温度变形温度v变形温度越高，塑性越好，锻造性好。变形温度越高，塑性越好，锻造性好。v变形温度过高变形温度过高过热或过烧。过热或过烧。过热：晶粒急剧长大，塑性下降，可锻性下降。过热：晶粒急剧长大，塑性下降，可锻性下降。过烧：接近熔点，失去塑性，可锻性消失，过烧：接近熔点，失去塑性，可锻性消失，报废报废。v变形温度过低变形温度过低加工硬化。加工硬化。v锻造温度锻造温度=始锻温度始锻温度-终锻温度。终锻温度。第18页，本讲稿共21页2.变形速度变形速度v变形速度：单位时间内的变形变形速度：单位时间内的变形程度。程度。（1）V变变a时时,V变变增加，塑性下降，变形抗力增加，增加，塑性下降，变形抗力增加，可锻性变差。可锻性变差。原因：再结晶来不及克服加原因：再结晶来不及克服加工硬化。工硬化。（2）V变变 a时，时，V变变增加，塑性增加，变形抗力下增加，塑性增加，变形抗力下降，可锻性变好。降，可锻性变好。原因：热效应增加，再结晶原因：热效应增加，再结晶速度增加。速度增加。只有高速锻锤才只有高速锻锤才可达到可达到a第19页，本讲稿共21页三、应力状态三、应力状态v压应力数目越多，塑性越好，变形抗力增大。压应力数目越多，塑性越好，变形抗力增大。拉应力数目越多，塑性下降，变形抗力减小。拉应力数目越多，塑性下降，变形抗力减小。原因：减小原子间距离；不易使缺陷扩展，塑性原因：减小原子间距离；不易使缺陷扩展，塑性；内部摩擦增大，变形抗力内部摩擦增大，变形抗力。应用：应用：塑性低塑性低的金属，压应力的金属，压应力，有利，有利，避免裂纹避免裂纹。塑性好塑性好的金属，拉应力的金属，拉应力，有利，有利，减少能耗减少能耗。挤压：三向受压挤压：三向受压 拉拔：两向受压，一向受拉。拉拔：两向受压，一向受拉。金属可锻性金属可锻性第20页，本讲稿共21页本章小结本章小结v加工硬化、再结晶。加工硬化、再结晶。v锻造比和坯料的计算。锻造比和坯料的计算。v可锻性的影响因素。可锻性的影响因素。v思考题：思考题：趁热打铁的原因？趁热打铁的原因？第21页，本讲稿共21页