金属材料成形过程中的行为与性能变化

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1、第3章金属材料成形过程中的行为与性能变化3.2铸造、焊接过程中材料行为及性能变化3.3冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化3.4热塑性变形过程中的材料行为及性能变化3.1金属的凝固（solidificationofmetal）退出第3章金属材料成形过程中的行为与性能变化•零件常用的成形方法：铸件——整体凝固成形。焊件——局部熔化（凝固）连接成形。其它件——塑性成形（包括切削成形），如锻件、冲压件及机制件。•成形过程中材料内部组织结构有变化→材料行为、性能变化。3.1金属的凝固（solidificationofmetal）3.1.1纯金属的结晶（crystallizationofpurem

2、etal）⑴过冷现象（supercooling）液态金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。T1

3、结晶：产物为单相，无成分变化，得均匀的单相多晶体组织。•合金结晶：单相（固溶体）或多相（混合物）复杂形态的组织，成分变化，易形成成分偏析。3.1.3晶粒大小和控制（grainsizeandcontrol）•晶粒大小与性能：室温及不太高的温度下，细晶材料强韧性好→细晶强化。•晶粒大小度量：晶粒度ASTM1～12级（粗→细→超细）。•影响因素：N/G比值值越大，晶粒越细。•获得细晶方法：过冷度△T，△T↑，N↑↑。加形核剂，非自发核心数量↑↑。机械方法，搅拌，振动等，以破碎细小枝晶、增加核心。图3-53.2铸造、焊接过程中材料行为及性能变化3.2.1铸锭组织（ingotmicrostruct

4、ure）•实际结晶时，液态金属在模腔中凝固，存在①模壁作用②方向性散热，最终形成三晶区的铸锭组织。表面细等轴晶区：模壁激冷（大△T）及非自发形核→细小晶粒薄层，无实用价值。柱状晶区：△T↓且方向性散热→垂直模壁单相长大→柱晶，致密但粗大，性能有方向性且柱晶间为薄弱环节。中心等轴晶区：温度均匀，到处同时形核、各向长大，晶粒较小，性能较好。图3-63.2.2铸锭缺陷（ingotdefect）•各种缩孔、缩松，补缩不全造成；•气孔，溶解及反应生成的，未完全排出；•非金属夹杂物，冶炼过程中带入或生成；•各种成分偏析，分微观偏析（枝晶偏析等）和宏观偏析（区域偏析和比重偏析等）。图3-7图3-83.

5、2.3焊接接头与热影响区的特征（characteristicsofweld&HAZ）局部加热熔化+冷却（存在△T）→形成接头+热影响区⑴结晶特征：动态结晶，易呈单一柱晶。⑵热影响区特征：存在温度分布，经历固态相变过程,靠近焊缝的过热段晶粒粗大，性能很差。图3-9图3-10⑶焊接应力与裂纹（weldingstress&crack）•原因：焊接过程大的△T、加热与冷却及相变的非同时性→产生内应力→（室温为残余应力）→变形与开裂（最危险）。•类型：热裂纹结晶过程中产生，位于焊缝中心或两侧冷裂纹焊后产生，中、高强钢最易发生。•焊接残余应力的消除：退火（后述）。3.3冷塑性变形过程中的材料行为及性

6、能变化3.3.1冷塑性变形对金属组织与性能的影响（coldplasticdeformation,coldworking）现象1：金属材料的塑性：面心立方（Cu、Al、Ag、Au）>体心立方（Fe、Cr）>密排六方（Zn、Mg）。现象2：塑性变形过程中（如拉伸、弯曲），强度变大、塑性变小。⑴组织变化•晶粒（组织）沿变形方向拉长及纤维化。•晶粒（碎化）与亚结构（亚晶）细化。•晶体缺陷↑↑，畸变↑↑•择优取向效应。⑵性能变化•加工硬化（workhardening）随变形程度增加，强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。作用：①难以继续变形，需退火软化；②强化手段之一;③抵抗局部过载；④许多冷成型

7、加工的保证。•产生残余应力（residualstress）各部分及各晶粒之间的变形不均和晶格畸变所产生。•各向异性（anisotropy）晶粒的择优取向和组织纤维化引起。图3-11图3-12图3-13图3-143.3.2冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化•冷塑变后金属处于上述不稳定状态→（加热后）向稳定状态转变。⑴回复（recovery）T不高时，原子短程扩散回到平衡位置，畸变↓，残余应力↓，理化性能恢复。图3-15图3-16⑵再