塑性成型原理幻灯片.ppt

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1、塑性成型原理第1页，共29页，编辑于2022年，星期五锻压的优缺点能改善金属的组织，提高金属能改善金属的组织，提高金属的机械性能。的机械性能。节约金属材料和切削加工工时。节约金属材料和切削加工工时。具有较高的生产率。具有较高的生产率。不能直接锻制成形状复杂的零不能直接锻制成形状复杂的零件。尺寸精度不高。件。尺寸精度不高。需要重型的机器设备和复杂的工需要重型的机器设备和复杂的工模具。模具。生产现场劳动条件较差。生产现场劳动条件较差。第2页，共29页，编辑于2022年，星期五第3页，共29页，编辑于2022年，星期五一、一、塑性成形原理塑性成形原理一、一、塑性成形的实质塑性成形的实质 Substa

2、nce of Plasticity Deformation of Metals l塑性与变形抗力是金属的重要状态属性，它决定了塑性与变形抗力是金属的重要状态属性，它决定了金属加工成形的工艺性能和使用性能。金属加工成形的工艺性能和使用性能。塑性塑性Plasticity：金属产生塑性变形而不破坏的能力。可：金属产生塑性变形而不破坏的能力。可以用最大变形程度来表示塑性的高低。以用最大变形程度来表示塑性的高低。变形抗力变形抗力Resistance of Deformation：金属对于产生塑：金属对于产生塑性变形的外力的抵抗能力。通常用流变应力来表示。性变形的外力的抵抗能力。通常用流变应力来表示。l塑

3、性是与组织结构密切相关的结构敏感性质。既取决塑性是与组织结构密切相关的结构敏感性质。既取决于金属的本质，还与变形条件有关。于金属的本质，还与变形条件有关。第4页，共29页，编辑于2022年，星期五1.晶内塑性变形晶内塑性变形 滑移变形滑移变形 Sliding Deformation：在切应力作用在切应力作用下，晶体一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方下，晶体一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分产生滑动的变形方式称为滑移。向）相对于另一部分产生滑动的变形方式称为滑移。孪生变形孪生变形 Twinning Deformation：在切应力作在切应力作用下，晶体一部分相对于其

4、余部分沿一定晶面及晶向用下，晶体一部分相对于其余部分沿一定晶面及晶向产生一定角度切变引起变形产生一定角度切变引起变形 第5页，共29页，编辑于2022年，星期五2.晶界变形晶界变形晶界滑动晶界滑动Grain-boundary Sliding：在切应力作用下，晶粒在切应力作用下，晶粒沿晶界面所产生的剪切运动沿晶界面所产生的剪切运动。晶界迁移晶界迁移 Grain-boundary Migration：晶界沿晶界法向方向的晶界沿晶界法向方向的运动。运动。第6页，共29页，编辑于2022年，星期五3.多晶体金属塑性变形多晶体金属塑性变形l变形复杂性：变形复杂性：包括晶内塑性包括晶内塑性变形和晶界变形。

5、变形和晶界变形。l变形抗力大：变形抗力大：晶界阻碍滑移晶界阻碍滑移的作用强烈。的作用强烈。l变形不均匀变形不均匀：各晶粒取向不同，晶内各晶粒取向不同，晶内变形量比晶界附近区变变形量比晶界附近区变形量大。形量大。晶粒细化是降低多晶体晶粒细化是降低多晶体塑性变形不均匀性的重塑性变形不均匀性的重要措施。要措施。第7页，共29页，编辑于2022年，星期五二、二、冷变形强化与再结晶冷变形强化与再结晶 1.冷变形强化冷变形强化Cold Deformation Strengthening在在冷冷变变形形时时，随随着着变变形形程程度度的的增增加加，金金属属材材料料的的所所有有强强度度指指标和硬度都有所提高，但

6、塑性有所下降的现象。标和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象。l原因：晶格畸变原因：晶格畸变distortion of latticel作用：阻碍继续变形，提高金属强度指标作用：阻碍继续变形，提高金属强度指标l应用：代替热处理应用：代替热处理 第8页，共29页，编辑于2022年，星期五l显微组织特征显微组织特征 Characteristics of Microstructure：晶内微观结构变化晶内微观结构变化：晶内点缺陷增加，位错密度提高晶内点缺陷增加，位错密度提高，晶格严晶格严重畸变。重畸变。纤维组织形成纤维组织形成：形变量很大时，晶界遭到破坏，变得模糊不清，形变量很大时，晶界遭到破坏，变

7、得模糊不清，各晶粒被拉成细条形，呈纤维状。各晶粒被拉成细条形，呈纤维状。形变织构：由变形引起晶粒的择优取向，退火难以消除。形变织构：由变形引起晶粒的择优取向，退火难以消除。第9页，共29页，编辑于2022年，星期五2.回复与再结晶回复与再结晶 l回复回复 Recovery：将冷变形后的金属加热到一定温度（约将冷变形后的金属加热到一定温度（约0.250.30T熔熔）后，使原子回复到平衡位置，因此，晶内残余应力大后，使原子回复到平衡位置，因此，晶内残余应力大大减小。大减小。第10页，共29页，编辑于2022年，星期五l再结晶再结晶 Recrystallization：塑性变形后金属被拉长了的塑性变

8、形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒。晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒。再结晶温度：某种金属产生再结晶现象的最低温度，再结晶温度：某种金属产生再结晶现象的最低温度，约约0.4 T熔熔。再结晶过程：形核、聚集长大再结晶过程：形核、聚集长大再结晶组织：再结晶组织：无畸变的细小等轴晶粒，但仍然保持与无畸变的细小等轴晶粒，但仍然保持与变形晶粒相同的晶格结构变形晶粒相同的晶格结构 作用：消除内应力；降低变形抗力；改变力学性能，增加作用：消除内应力；降低变形抗力；改变力学性能，增加塑性。塑性。第11页，共29页，编辑于2022年，星期五第12页，共29页，编辑于2022年，星期五l晶粒长大晶

9、粒长大Grain Growth冷变形金属在完成再结晶后，继续升温或延长保温时间使晶冷变形金属在完成再结晶后，继续升温或延长保温时间使晶界上的弥散质点溶解，失去对晶粒长大的阻碍作用，晶界移界上的弥散质点溶解，失去对晶粒长大的阻碍作用，晶界移动的结果使一些晶粒尺寸缩小以至于消失，另一些晶粒尺寸动的结果使一些晶粒尺寸缩小以至于消失，另一些晶粒尺寸增大，形成粗大晶粒，导致力学性能恶化。增大，形成粗大晶粒，导致力学性能恶化。l动态回复和动态再结晶动态回复和动态再结晶 Dynamic Recovery and Dynamic Recrystallization在塑性变形过程中发生的，而不是在变形停止后发生

10、在塑性变形过程中发生的，而不是在变形停止后发生的回复或再结晶的回复或再结晶 热加工：在再结晶温度以上所进行的塑性变形加工过程。热加工：在再结晶温度以上所进行的塑性变形加工过程。第13页，共29页，编辑于2022年，星期五三、锻造比与锻造流线三、锻造比与锻造流线 Forging Ratio and Forging Flow Line 1.锻造比锻造比 Forging Ratio：代表变形程度大小。代表变形程度大小。用用y表表示示：变变形形前前后后截截面面比比（拔拔长长）或或高高度比（镦粗）度比（镦粗）Y拔拔=F0/F=L/L0 Y镦镦=F/F0=H0/H 第14页，共29页，编辑于2022年，星

11、期五l轧轧材材或或锻锻坯坯作作为为锻锻造造坯坯料料：1.5 l用钢锭作为锻造坯料用钢锭作为锻造坯料：碳碳素素结结构构钢钢，拔拔长长锻锻造造比比3，镦粗锻造比镦粗锻造比2.5；合金结构钢，锻造比为合金结构钢，锻造比为34 l铸铸造造缺缺陷陷严严重重，碳碳化化物物粗粗大大的的高高合合金金钢钢钢钢锭锭：不不锈锈钢钢的的锻锻造造比比选选为为46，高高速速钢钢的的锻锻造比选为造比选为512 ly太大，会增加各向异性。太大，会增加各向异性。锻造比的确定锻造比的确定第15页，共29页，编辑于2022年，星期五2.锻造流线锻造流线 l锻锻造造后后金金属属组组织织具具有有方方向性向性脆脆性性杂杂质质：碎碎粒粒状

12、状或或链状分布链状分布塑性杂质：带状分布塑性杂质：带状分布l流线化程度与锻造比流线化程度与锻造比有关有关 l流线的存在使锻造金属流线的存在使锻造金属的力学性能呈现明显的的力学性能呈现明显的各向异性。各向异性。l用热处理的方法不能用热处理的方法不能消除锻造流线。消除锻造流线。第16页，共29页，编辑于2022年，星期五在设计和制造易受冲击载荷的零件时，在设计和制造易受冲击载荷的零件时，应注意二点：应注意二点：1、使零件工作时的正应力方向与流线方、使零件工作时的正应力方向与流线方向重合，切应力方向与流线方向垂直。向重合，切应力方向与流线方向垂直。2、使流线的分布与零件的外形轮廓相符合。、使流线的分

13、布与零件的外形轮廓相符合。如图所示。如图所示。第17页，共29页，编辑于2022年，星期五第18页，共29页，编辑于2022年，星期五四、塑性成形基本规律四、塑性成形基本规律1.体积不变定律体积不变定律 Volume Constance Volume Constance 金属塑性变形前后的体积相等，即体积为金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也称为不可压缩定律。常数，也称为不可压缩定律。第19页，共29页，编辑于2022年，星期五2.临界切应力定律临界切应力定律Critical Shear StressCritical Shear Stress 晶体滑移的驱动力是外晶体滑移的驱动力是外力

14、在滑移系上的分切力在滑移系上的分切应力。只有当滑移系应力。只有当滑移系上分切应力上分切应力()达到达到一定值时，则该滑移一定值时，则该滑移系才能开动。系才能开动。=（F/S）COSCOS 第20页，共29页，编辑于2022年，星期五3.最小阻力定律最小阻力定律 Least Resistance Least Resistance l在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方向在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动。质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部分周边质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部

15、分周边的法线方向。的法线方向。l应用：应用：确定金属变形中质点的移动方向确定金属变形中质点的移动方向控制金属坯料变形的流动方位控制金属坯料变形的流动方位降低能耗，提高生产率。降低能耗，提高生产率。第21页，共29页，编辑于2022年，星期五第22页，共29页，编辑于2022年，星期五4.塑性变形时伴随有弹性变形的定律塑性变形时伴随有弹性变形的定律Plastic Deformation with ElasticPlastic Deformation with Elastic DeformationDeformation 变形金属的总变形是由弹性变形和塑性变变形金属的总变形是由弹性变形和塑性变形所

16、组成形所组成。第23页，共29页，编辑于2022年，星期五五、金属的锻造性能五、金属的锻造性能 定义：用来衡量金属材料利用锻压加工方定义：用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度。用金属的塑性和变法成形的难易程度。用金属的塑性和变形抗力二个因素来衡量。形抗力二个因素来衡量。影响金属锻造性能的因素主要有金属的本影响金属锻造性能的因素主要有金属的本质和金属的变形条件。质和金属的变形条件。1.内在因素影响内在因素影响 l化学成分的影响化学成分的影响 l金属组织的影响金属组织的影响 第24页，共29页，编辑于2022年，星期五2.外在因素影响外在因素影响 l变形应力状态的影响变形应力状态的影响

17、第25页，共29页，编辑于2022年，星期五第26页，共29页，编辑于2022年，星期五1、在金属塑性变形时，其应力状态中压应、在金属塑性变形时，其应力状态中压应力数目越多，其塑性越好；拉应力数目越多，力数目越多，其塑性越好；拉应力数目越多，塑性变形相对降低。塑性变形相对降低。2、在三向受压的应力状态下变形时，其、在三向受压的应力状态下变形时，其变形抗力较三向应力状态不同时大的多。变形抗力较三向应力状态不同时大的多。3、综上分析，金属的锻造性能是从塑性和、综上分析，金属的锻造性能是从塑性和变形抗力二个方面的因素进行综合衡量。变形抗力二个方面的因素进行综合衡量。第27页，共29页，编辑于2022年，星期五l变形温度的影响变形温度的影响l变形速率的影响变形速率的影响 第28页，共29页，编辑于2022年，星期五1、金属随变形温度的升高，塑性升高、金属随变形温度的升高，塑性升高、变形抗力降低。但是，随加热温度的升高，变形抗力降低。但是，随加热温度的升高，也会产生相应的缺陷，如产生氧化、脱碳、也会产生相应的缺陷，如产生氧化、脱碳、过热和过烧等。过热和过烧等。2、除采用高能高速锤外，一般压力加工方、除采用高能高速锤外，一般压力加工方法中，随着变形速度的增加，金属的塑性下法中，随着变形速度的增加，金属的塑性下降、变形抗力增加。降、变形抗力增加。第29页，共29页，编辑于2022年，星期五