金属材料成形技术

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1、金属材料成形技术——热加工工艺基础第二部分——第8章压力加工概述5．模型锻造一、金属塑性成形（压力加工）的概念金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。二、塑性成形的基本生产方式1．轧制2．挤压3．拉拔4．自由锻造6．板料冲压上砥铁下砥铁坯料1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。三、塑性成形（压力加工）的特点1．力学性能高1）压合铸造缺陷;2）晶粒细化,组织致密；3）合理利用了变形强化和再结晶；4）使纤维组织合理分布。2．节约材料1）力学性能高，

2、承载能力提高；2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。3．生产率高4．适用范围广1.金属的塑变实质。8.1压力加工理论基础8.1.1金属塑性变形与再结晶（1）金属单晶体的塑性变形工业上使用的金属材料大多数是多晶体，它们的塑性变形过程比较复杂，为了说明塑性变形的基本规律，有必要先了解单晶体的塑性变形。先对载荷进行分解：外载荷沿某一晶面可以分解为正应力和剪切应力这两种应力作用下各会发生什么情况？正应力只能引起弹性变形剪切应力不仅引起弹性变形而且造成材料的塑性变形单晶体的塑性变形方式一般绝大多数情

3、况下都是以滑移方式进行的；只有塑性较差的金属(如Cd,Zn,Mg)等在较大的冲击载荷下以及在低温下有可能产生孪生变形。孪生滑移1）滑移变形滑移概念：在切应力作用下，晶体的一部分相对另一部分发生一定距离的移动。滑移机理（过程）：通过位错的逐步迁移来实现的。滑移机理（过程）动画示意滑移过程与地毯运动或波浪运动类似显微镜下的位错运动滑移的取向性：滑移总是沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）进行。滑移面：原子排列最密的晶面滑移方向：滑移面上原子排列最密的晶向原因：在原子排列最密的晶面和原子排列最密的晶向

4、上滑移的阻力最小。2）孪生变形孪生变形的实质：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变，并形成晶体取向的镜面对称关系。只有塑性较差的金属(如Cd,Zn,Mg)等在较大的冲击载荷下以及在低温下有可能产生孪生变形。单晶体的塑性变形小结：单晶体的塑性变形是在剪切应力作用下，沿着一定的晶面和晶向通过滑移或孪生来完成的，其中滑移是主要变形方式，而滑移又是位错逐步迁移的结果。（2）多晶体的塑性变形实际使用的金属都是多晶体，由大小、形状、位向都不完全相同的晶粒组成，各晶粒之间由晶界

5、相连接。多晶体塑性变形就每个晶粒内部来说与单晶体相同，还应考虑晶界和位向对变形的影响。晶界的影响：晶界原子排列混乱，明显阻碍滑移的进行，所以晶粒越细小（晶界增多），多晶体的宏观变形抗力越大，即材料的强度越高。晶粒位向的影响：多晶体在受到外力作用时，塑性变形首先发生在位向最有利的晶粒中，如图中的晶粒A和B。随着外力增加，作用在位向不太有利的滑移面上的切应力达到了塑性变形所需要的数值，塑性变形开始遍及越来越多的晶粒。各晶粒的变形先后不一致，变形量也不一致，这就造成了多晶体变形的不均匀性。当晶粒细小时，会

6、使这种不一致现象分散开，使不均匀性得到缓解，所以晶粒越细小，材料的塑性也越好。2.塑性变形对金属组织和性能的影响先看组织的变化：（1）工业纯铁晶粒形态的变化晶粒被拉长或者压扁晶粒被拉长或者压扁破碎成为细条状并形成纤维组织，等轴晶粒未变形原始晶粒轻微变形的滑移线拉长或压扁的晶粒细条状组织和纤维组织再看性能变化：经过塑性变形物理、化学性能电阻增加，抗腐蚀能力降低力学性能强度、硬度升高（利），塑性、韧性下降（弊）理、化和力学性能加工硬化经过塑性变形铜丝冷变形时的力学性能变化加工硬化的应用：强化金属材料的方

7、法之一纯铁和低碳钢抗拉强度增加400~500MPa高碳钢（细片状珠光体组织）抗拉强度可增加1000MPa以上对于不能通过热处理强化的材料，显得尤为重要。其他方面：金属材料具有加工硬化能力，零件在偶尔过载时可防止突然断裂；还可以使各种冷加工工艺得以进行。70%变形度80%变形度加热对变形金属组织和性能的影响经塑性变形的材料吸收了部分变形功，内能增高，结构缺陷增多，处于不稳状态，具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势;但由于室温下原子扩散能力低，可以保持亚稳状态；当冷形变的金属受热时原子扩散能力增强，将

8、发生回复、再结晶与晶粒长大等过程。变形金属在不同加热温度时晶粒大小和性能的变化示意图（1）回复组织和性能的变化：加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。回复的应用：用于降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂，提高耐蚀性的场合。比如冷拔高强度钢丝，利用加工硬化现象产生的高强度，此外，由于残