材料成型基础 宋金虎 胡凤菊 1_ 7

《材料成型基础 宋金虎 胡凤菊 1_ 7》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第7章金属压力加工金属压力加工是使金属材料在外力作用下产生塑性变形（永久变形）以获得所需形状、尺寸及机械性能的毛坯或零件的一种加工方法，因适合于塑性好的金属材料如中、低碳钢和大多数有色金属及其合金，故又称为金属塑性加工，最常用的加工方法是锻造和冲压，简称锻压。金属压力加工的特点：①改善金属的组织，提高其机械性能；②可节约金属材料和切削加工工时；③除自由锻造外，其他压力加工方法具有较高的劳动生产率；④零件的结构工艺性要求高；⑤需要重型设备和复杂的工模具，不能加工脆性材料；⑥劳动条件差。7.1金属的塑性变形金属的塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著的影响，掌握塑性变形的

2、实质，塑性变形对金属组织和性能的影响及金属的锻造性，对于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺，提高产品质量和合理使用金属材料等方面都具有重要意义。7.1.1金属塑性变形的实质金属在外力作用下首先要产生弹性变形，当外力增大到内应力超过材料的屈服点时，就会产生塑性变形。金属的压力加工就是利用塑性变形实现的。金属塑性变形是由于金属在外力作用下，金属晶体每个晶粒内部的变形和晶粒间的相对移动、晶粒的转动的综合结果。单晶体的塑性变形主要是通过滑移的形式实现，即在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面产生滑移，如图7.1所示。图7.1单晶体滑移示意图单晶体的滑移是通过晶体

3、内的位错运动来实现的，而不是沿滑移面所有的原子同时作刚性移动的结果，只是位错中心附近的少数原子进行微量的位移，所以滑移所需要的切应力比理论值低得多。图7.2是位错运动引起塑性变形的示意图。图7.2位错运动引起塑性变形示意图工程上使用的金属绝大多数是多晶体。多晶体中每个晶粒内部的变形情况与单晶体的变形情况大致相似，可以看作是单个晶粒的位错及晶粒之间的滑动和转动的综合结果。如图7.3所示，多晶体中首先发生滑移的是那些滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒，使位错在晶界附近塞积，当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，

4、从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。图7.3多晶体塑性变形示意图7.1.2塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形程度的大小对金属组织和性能有较大的影响。变形程度过小，不能起到细化晶粒提高金属力学性能的目的；变形程度过大，不仅不会使力学性能再增高，还会出现纤维组织，增加金属的各向异性，当超过金属允许的变形极限时，将会出现开裂等缺陷。1．塑性变形后的组织变化金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生以下变化：（1）金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。（2）当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤

5、维状，晶界变得模糊不清。（3）晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力。（4）塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。2．加工硬化随着变化程度地增加，由于冷塑性变形在滑移面附近引起晶格的严重畸变，甚至产生碎晶而引起的强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象称为加工硬化。加工硬化现象在工业生产中具有重要的意义。生产上常用加工硬化来强化金属，提高金属的强度、硬度及耐磨性，尤其是难以用热处理强化的纯金属、某些铜合金及镍铬不锈钢等材料，加工硬化更是唯一有效的强化方法。   加工硬化也有其不利的一面。在冷轧薄钢板、冷拔细钢丝及深拉工件时，由于产生加工硬化，金属的塑性降低，使进一步冷塑性变形困难，故必须采用

6、中间热处理来消除加工硬化现象。3．回复、再结晶与晶粒长大金属经冷变形后,组织处于不稳定状态,有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。图7.4变形金属组织和性能的关系（1）回复回复是指加热温度较低时，冷变形金属的纤维组织没有明显变化，而当温度适当提高时，由于原子动能的增加，使原子扩散能力提高，晶格畸变程度减轻，内应力大大降低，从而使加工硬化部分消除的现象。回复温度一般约为金属熔点的0.25～0.30倍，即：T回≈（0.25～0.30）T熔式中：T回—以热力学温度表示的金属回复

7、温度；T熔—以热力学温度表示的金属熔点温度。在回复阶段，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力显著下降(如图7.4a)。工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火。如碳钢弹簧在冷卷后加热到250～300℃，再缓慢冷却以消除力应力。（2）再结晶再结晶是指当温度继续升高时，由于金属原子动能不断增加，使原子扩散能力更高，能以某些碎晶或杂质为核心，重新生核和成长为新的晶粒，从而完全消除加工硬化的现象（见图7.4b）。发生再结晶的最低