金属的塑性加工.ppt

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1、金属的塑性加工现在学习的是第1页，共18页一、单晶体的塑性变形一、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形的基本方式有两种：单晶体的塑性变形的基本方式有两种：滑移滑移和和孪生孪生。滑移滑移 晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面的晶面(滑移面滑移面)上的一定方向上的一定方向(滑移方向滑移方向)相对于另一部相对于另一部分发生滑动。分发生滑动。现在学习的是第2页，共18页滑移特点：滑移特点：（1）滑移只能在切应力作用下才会发生，不同金属产生滑移的最小切）滑移只能在切应力作用下才会发生，不同金属产生滑移的最小切应力应力(称滑移临界切应力称滑移临界切应力)大小

2、不同。钨、钼、铁的滑移临界切应力大小不同。钨、钼、铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。比铜、铝的要大。（2）滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非是）滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动,而是通过位错的运动来实现而是通过位错的运动来实现的。的。（3）由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量，因此晶体发生）由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量，因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍。的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍。(4)滑移总是沿着晶体中原子密度最

3、大的晶面滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面密排面)和其上密度最大和其上密度最大的晶向的晶向(密排方向密排方向)进行，这是由于密排面之间、密排方向之间的间距最进行，这是由于密排面之间、密排方向之间的间距最大，结合力最弱。因此滑移面为该晶体的密排面，滑移方向为该面上的大，结合力最弱。因此滑移面为该晶体的密排面，滑移方向为该面上的密排方向。密排方向。（5）滑移时晶体发生转动。）滑移时晶体发生转动。现在学习的是第3页，共18页2 2 孪生孪生 在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面分沿一定晶面(孪生面孪生面)和晶向和晶向(孪生方向孪生方向)发

4、生切变的发生切变的变形过程变形过程 发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。孪晶与未变形部分晶体原子分布形成对称。孪晶与未变形部分晶体原子分布形成对称。孪生所需的临界切应力比滑移的大得多。孪生只在滑移很难进行的情孪生所需的临界切应力比滑移的大得多。孪生只在滑移很难进行的情况下才发生。况下才发生。体心立方晶格金属（如铁）在室温或受冲击时才发生孪生。体心立方晶格金属（如铁）在室温或受冲击时才发生孪生。滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等,则比较容易发生则比较容易发生孪生。孪生。现在学习的是第4页，共18页二

5、、多晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形 1.1.晶界阻碍位错运动晶界阻碍位错运动 晶界上原子排列不很规则晶界上原子排列不很规则,阻碍位错的运动阻碍位错的运动,使变使变形抗力增大。形抗力增大。金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。就越大。2.2.晶粒分批逐步变形晶粒分批逐步变形 多晶体中每个晶粒位向不一致。多晶体中每个晶粒位向不一致。晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹形成和发展，金属在断裂前集中，推迟裂纹形成和发展，金属在断裂前可发生较大的塑性变形，金属塑性提高。可发生较大的

6、塑性变形，金属塑性提高。细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。现在学习的是第5页，共18页三、塑性变形对金属组织和性能的影响三、塑性变形对金属组织和性能的影响 1.1.塑性变形对金属组织结构的影响塑性变形对金属组织结构的影响 （1 1）纤维组织形成、晶粒发生变形）纤维组织形成、晶粒发生变形 （3 3）形变织构产生）形变织构产生 ：丝结构、丝结构、板结板结构构（2 2）亚结构形成）亚结构形成 现在学习的是第6页，共18页2.2.塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响（1 1）形变强化）形变强化 金属发生塑性变形金属发生塑性变形,随变形度的增大随

7、变形度的增大,金属的强度和硬度显金属的强度和硬度显著提高著提高,塑性和韧性明显下降。这种现象称为塑性和韧性明显下降。这种现象称为形变强化形变强化，也也叫叫加工硬化加工硬化。产生加工硬化的原因产生加工硬化的原因1.1.金属发生塑性变形时金属发生塑性变形时,位错密度增加位错密度增加,位错间的交互作位错间的交互作用增强用增强,相互缠结相互缠结,造成位错运动阻力的增大造成位错运动阻力的增大,引起塑性变引起塑性变形抗力提高。形抗力提高。2.2.另一方面由于晶粒破碎细化另一方面由于晶粒破碎细化,使强度得以提高。使强度得以提高。在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或

8、钢丝的强度。现在学习的是第7页，共18页（2 2）产生各向异性）产生各向异性 如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。用有织构的板材冲制筒形零件时用有织构的板材冲制筒形零件时,即由于在不同方向上即由于在不同方向上塑性差别很大塑性差别很大,零件的边缘出现零件的边缘出现“制耳制耳”。（4 4）产生残余内应力）产生残余内应力 由于金属在发生塑性变形时，金属内部变形不均匀，位错、空位由于金属在发生塑性变形时，金属内部变形不均匀，位错、空位等晶体缺陷增多，金属内部会产生残余内应力。等晶体缺陷增多，金属内部会产生残余内应力。（3 3）物理、化学性能变化）物理

9、、化学性能变化 塑性变形可影响金属的物理、化学性能。如使电阻增大塑性变形可影响金属的物理、化学性能。如使电阻增大,耐耐腐蚀性降低。腐蚀性降低。由于纤维组织和形变织构的形成由于纤维组织和形变织构的形成,使金属的性能使金属的性能产生各向异性。产生各向异性。现在学习的是第8页，共18页2.3.2 2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化化一、回复一、回复 变形后的金属在较低温度进变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。行加热，会发生回复过程。T T回回复复=(0.25=(0.250.3)0.3)T T熔点熔点 工业上利用回复过程对变形金属工业

10、上利用回复过程对变形金属进行进行去应力退火去应力退火、以降低残余、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。内应力，保留加工硬化效果。随着加热温度的提高，变形金随着加热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再结晶和属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程。晶粒长大过程。现在学习的是第9页，共18页二、再结晶二、再结晶 1.1.再结晶过程及其对金属组织、性能的影响再结晶过程及其对金属组织、性能的影响 变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除，此时而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除，此时内应力全部消失，物理

11、、化学性能基本上恢复到变形内应力全部消失，物理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平。以前的水平。再结晶生成的新的晶粒的晶格类型与变形前、变再结晶生成的新的晶粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。形后的晶格类型均一样。2.2.再结晶温度再结晶温度最低再结晶温度与该金属的熔点有如下关系：最低再结晶温度与该金属的熔点有如下关系：T T再再=(0.35=(0.350.4)0.4)T T熔点熔点式中的温度单位为绝对温度式中的温度单位为绝对温度(K)K)。只适用于纯铁。只适用于纯铁。现在学习的是第10页，共18页最低再结晶温度与下列因素有关：最低再结晶温度与下列因素有关：（1 1）预先变形度）预先

12、变形度 预先变形度越大预先变形度越大,金属的晶体缺陷就金属的晶体缺陷就越多越多,组织越不稳定组织越不稳定,最低再结晶温度也就越低。最低再结晶温度也就越低。（2 2）金属的熔点）金属的熔点 熔点越高熔点越高,最低再结晶温度也就越高。最低再结晶温度也就越高。（3 3）杂质和合金元素）杂质和合金元素 由于杂质和合金元素特别是高熔由于杂质和合金元素特别是高熔点元素点元素,阻碍原子扩散和晶界迁移阻碍原子扩散和晶界迁移,可显著提高最低再结可显著提高最低再结晶温度。高纯度铝晶温度。高纯度铝(99.999%)(99.999%)的最低再结晶温度为的最低再结晶温度为80 80；工业纯铝工业纯铝(99.0%)(99

13、.0%)的最低再结晶温度提高到了的最低再结晶温度提高到了290 290。（4 4）加热速度和保温时间）加热速度和保温时间 保温时间越长保温时间越长,再结晶温再结晶温度越低。度越低。现在学习的是第11页，共18页3.3.再结晶后晶粒的晶粒度再结晶后晶粒的晶粒度 （1 1）加热温度）加热温度 加热温度越高,原子扩散能力越强,则晶界越易迁移,晶粒长大也越快。影响再结晶退火后晶粒度的主要因素是加热温度影响再结晶退火后晶粒度的主要因素是加热温度和预先变形度。和预先变形度。（2 2）预先变形度）预先变形度 变形度的影响主要与金属变形的均匀度有关。变形变形度的影响主要与金属变形的均匀度有关。变形越不均匀越不

14、均匀,再结晶退火后的晶粒越大。再结晶退火后的晶粒越大。现在学习的是第12页，共18页三、晶粒长大三、晶粒长大 再结晶完成后的晶粒是细小的再结晶完成后的晶粒是细小的,如果加如果加热温度过高或保温时间过长时，晶粒会明显热温度过高或保温时间过长时，晶粒会明显长大，最后长大，最后得到粗大晶粒得到粗大晶粒的组织的组织,使金属的强度、使金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能都显著降低。硬度、塑性、韧性等机械性能都显著降低。一般情况下晶粒长大是应当避免发生的现象。一般情况下晶粒长大是应当避免发生的现象。不均匀的长大过程类似于再结晶的生核不均匀的长大过程类似于再结晶的生核(较大稳定较大稳定亚晶粒生成亚晶粒生成

15、)和长大和长大(吞食周围的小亚晶粒吞食周围的小亚晶粒)的过程的过程,所以称为所以称为二次再结晶二次再结晶,它大大降低金属的机械性它大大降低金属的机械性能。能。现在学习的是第13页，共18页2.3.3 2.3.3 金属材料的热加工与冷加工金属材料的热加工与冷加工金属塑性变形的加工方法有热加工和冷加工两种。金属塑性变形的加工方法有热加工和冷加工两种。一、金属的热加工及其对组织、性能的影响一、金属的热加工及其对组织、性能的影响在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工热加工。为了保证热加工能够充分进行，生产实际中采用的热加工温为了保证热加工能够充分进行，生

16、产实际中采用的热加工温度常常比再结晶温度高得多。度常常比再结晶温度高得多。（1 1）热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹）热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹焊合，提高金属的致密度；减轻甚至消除树枝晶偏析焊合，提高金属的致密度；减轻甚至消除树枝晶偏析和改善夹杂物、第二相的分布等；提高金属的机械性和改善夹杂物、第二相的分布等；提高金属的机械性能，特别是韧性和塑性。能，特别是韧性和塑性。现在学习的是第14页，共18页（2 2）热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，）热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过再结晶获得等轴细晶粒，而使金属的机械性能全并通过再结晶获得等轴细晶粒，

17、而使金属的机械性能全面提高。面提高。现在学习的是第15页，共18页（3 3）热加工能使金属中残存的枝晶偏析、可变形夹）热加工能使金属中残存的枝晶偏析、可变形夹杂物和第二相沿金属流动方向被拉长，形成纤维组织杂物和第二相沿金属流动方向被拉长，形成纤维组织(或称或称“流线流线”)，使金属的机械性能具有明显的方向性。，使金属的机械性能具有明显的方向性。因此热加工时应力求工件流线分布合理。因此热加工时应力求工件流线分布合理。锻造曲轴的流线分布合理，曲轴不易断裂。锻造曲轴的流线分布合理，曲轴不易断裂。切削加工制成的曲轴流线分布不合理，易沿轴肩切削加工制成的曲轴流线分布不合理，易沿轴肩发生断裂。发生断裂。现

18、在学习的是第16页，共18页二、金属的冷加工及其对组织、性能的影响二、金属的冷加工及其对组织、性能的影响 在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为为冷加工冷加工。如低碳钢的冷轧、冷拔、冷冲等。如低碳钢的冷轧、冷拔、冷冲等。与冷加工前相比，金属材料的强度和硬度升高，塑性和与冷加工前相比，金属材料的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，即产生加工硬化的现象。加工硬化具有极重韧性下降，即产生加工硬化的现象。加工硬化具有极重要的实际意义。要的实际意义。(1)(1)它是一种非常重要的强化手段，可用来提高金属的强度，这对它是一种非常重要的强化手段，可用来提高金属的强度，这对于那些不能用热处理方法强化的合金尤其重要。于那些不能用热处理方法强化的合金尤其重要。（2 2）有利于金属进行均匀变形，因为金属已变形部分得到强化）有利于金属进行均匀变形，因为金属已变形部分得到强化时，继续的变形将要在未变形部分中发展，这对深冲件的成型十时，继续的变形将要在未变形部分中发展，这对深冲件的成型十分有利。分有利。现在学习的是第17页，共18页本节结束本节结束现在学习的是第18页，共18页