第七章 金属塑性成型一理论基础精选文档.ppt

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1、第七章第七章 金属塑性成型金属塑性成型一理论基础一理论基础本讲稿第一页，共十二页7.1 金属的塑性成型工艺基础金属的塑性成型工艺基础 一一.金属塑性变形概念金属塑性变形概念基本概念基本概念变形：固态金属在外力作用下所引起的形状和尺寸变形：固态金属在外力作用下所引起的形状和尺寸的改变。的改变。金属的塑性：金属材料在外力作用下发生永久变形金属的塑性：金属材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。而不破坏其完整性的能力。变形抗力：金属材料抵抗变形的能力。变形抗力：金属材料抵抗变形的能力。金属的塑性成型性能（可锻性）：衡量金属压力加工金属的塑性成型性能（可锻性）：衡量金属压力加工工艺性优劣的

2、主要指标（包括塑性和变形抗力两个方工艺性优劣的主要指标（包括塑性和变形抗力两个方面）。面）。本讲稿第二页，共十二页二二.金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的单晶体塑性变形的特征特征:滑移滑移滑移滑移:单晶体承单晶体承受切应力时，晶受切应力时，晶体会发生弹性变体会发生弹性变形，当切应力的形，当切应力的数值超过某一临数值超过某一临界值时，晶体内的一部分相对于另一部分将沿着一定界值时，晶体内的一部分相对于另一部分将沿着一定的晶面和晶向的晶面和晶向(称为滑移面称为滑移面)产生相对位移。产生相对位移。单晶体就是整个一块晶体全部具有相同的原子或分子的排列情况

3、，单晶体一般具有规则的外形。本讲稿第三页，共十二页滑移面是晶体中原子排列最紧密的排面。滑移面是晶体中原子排列最紧密的排面。多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体塑性变形的多晶体塑性变形的特征特征:扭转扭转+滑移滑移 多晶体则是由很多的小晶粒组合到一块构成的，通常不显示规则的外形。本讲稿第四页，共十二页纯金属的塑性比合金好纯金属的塑性比合金好低碳钢的塑性比高碳钢好低碳钢的塑性比高碳钢好合金元素的含量越高，塑性越差合金元素的含量越高，塑性越差三三.影响金属塑性变形的内在因素影响金属塑性变形的内在因素1.化学成分化学成分 不同化学成分的金属，其内部晶体结构不不同化学成分的金属，其内部晶体结构不同，塑

4、性就不同。同，塑性就不同。2.金属组织金属组织 同一种金属，其内部组织结构不同，塑性也同一种金属，其内部组织结构不同，塑性也就不同，如：单相固溶体的塑性比多相固溶体好。就不同，如：单相固溶体的塑性比多相固溶体好。本讲稿第五页，共十二页当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能通过晶体错位通过晶体错位消除晶格扭曲，产生塑性变形。消除晶格扭曲，产生塑性变形。这种现象称为这种现象称为回复回复。此时的变形称为此时的变形称为冷变形冷变形。冷变形冷变形使加工硬化现象得到部分消除使加工硬化现象得到部分消除。冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不冷变形时因存在加工硬化，

5、因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。宜过大，以免工件开裂。回复温度回复温度：T回回=(0.250.3)T熔熔(K)四四.影响金属塑性变形的外部条件影响金属塑性变形的外部条件1.变形温度变形温度 金属在加热时，其组织和性能的变化分为金属在加热时，其组织和性能的变化分为三个阶段：三个阶段：本讲稿第六页，共十二页加热到较加热到较高温度时，高温度时，原子继续获得热能，原子继续获得热能，扩散扩散能力加强，能力加强，并并以冷变形时以冷变形时破碎的某些晶体（碎破碎的某些晶体（碎晶）或杂质为新的结晶核心，原子在金属内部晶）或杂质为新的结晶核心，原子在金属内部重新排序，形成新的晶粒。这种现象称为重新排序，形成

6、新的晶粒。这种现象称为再结再结晶晶。再结晶再结晶消除了全部加工硬化现象消除了全部加工硬化现象。此时的。此时的变形称为变形称为温变形温变形。温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，因此，因此，工件表面质量比热变形时好。工件表面质量比热变形时好。再结晶温度再结晶温度：T再再=0.4 T熔熔 (K)本讲稿第七页，共十二页金属的回复和再结晶示意图金属的回复和再结晶示意图温度温度继续升高，金属继续变形。在这个阶段，同继续升高，金属继续变形。在这个阶段，同时存在着加工硬化和再结晶两种现象

7、，称为时存在着加工硬化和再结晶两种现象，称为动动态再结晶态再结晶。在这个阶段，金属的塑性好，变形抗力在这个阶段，金属的塑性好，变形抗力低。此时的变形称为低。此时的变形称为热变形热变形。热变形时，变形抗力小，塑性好，但工件表面氧化热变形时，变形抗力小，塑性好，但工件表面氧化现象严重，现象严重，因此，因此，工件表面质量比较差。工件表面质量比较差。本讲稿第八页，共十二页2.变形速度（指单位时间内的变形量）变形速度（指单位时间内的变形量）当变形速度低于当变形速度低于临界值临界值时时，随着变形，随着变形速度的提高，速度的提高，已已变形金属产生的加工硬化来不及由再结晶消除，变形金属产生的加工硬化来不及由再

8、结晶消除，此时，加工硬化起主要作用，使金属塑性降低，变此时，加工硬化起主要作用，使金属塑性降低，变形抗力增大，进一步变形困难。形抗力增大，进一步变形困难。当变形速度高于当变形速度高于临界值临界值时时，随着变形，随着变形速度的提高，速度的提高，消耗于消耗于金属塑像变形的能量转化为热能，明显提金属塑像变形的能量转化为热能，明显提高了金属的温度，可加速再结晶，从而使金属塑高了金属的温度，可加速再结晶，从而使金属塑性提高，变形抗力降低，进一步变形相对容易。性提高，变形抗力降低，进一步变形相对容易。本讲稿第九页，共十二页3.应力状态应力状态 金属采用金属采用不同的变形方不同的变形方式，各个方向式，各个方

9、向上承受的应力情况不同，所呈现的塑性和变形抗上承受的应力情况不同，所呈现的塑性和变形抗力也不同。力也不同。压应力压应力不容易使晶体的滑移面分离不容易使晶体的滑移面分离，且气孔、缩孔、，且气孔、缩孔、缩松等缺陷的影响也会减小缩松等缺陷的影响也会减小，因此，因此，压应力的数目，压应力的数目越多，金属的塑性越好。反之，越多，金属的塑性越好。反之，拉应力拉应力容易使晶容易使晶体的滑移面分离体的滑移面分离，容易导致容易导致缺陷处应力集中，缺陷处应力集中，因此因此，拉应力的数目越多，金属的塑性越差。拉应力的数目越多，金属的塑性越差。本讲稿第十页，共十二页五五.金属塑性变形对其组织和性能的影响金属塑性变形对

10、其组织和性能的影响1.细化晶体组织细化晶体组织 在金属塑性变形的过程中，坯料内部（坯在金属塑性变形的过程中，坯料内部（坯料为钢锭）的气孔、缩孔、缩松等缺陷得到焊料为钢锭）的气孔、缩孔、缩松等缺陷得到焊合，金属的致密性提高，粗大的铸态组织转变合，金属的致密性提高，粗大的铸态组织转变为细化的再结晶组织，力学性能得以提高。为细化的再结晶组织，力学性能得以提高。钢锭变形前后钢锭变形前后组织的示意图组织的示意图本讲稿第十一页，共十二页2.形成形成纤维组织纤维组织 在金属塑性变形的过程中，晶粒除了被细化在金属塑性变形的过程中，晶粒除了被细化外，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形外，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状分布。状都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状分布。使金属材料的机械性能出现各向异性：使金属材料的机械性能出现各向异性：沿沿纤维方纤维方向比垂直于纤维方向的强度、塑性和韧性要高向比垂直于纤维方向的强度、塑性和韧性要高。不同方法制造的曲轴的不同方法制造的曲轴的纤维组织分布纤维组织分布本讲稿第十二页，共十二页