第三篇 压力加工

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1、第三篇金属塑性加工第一章金属的塑性变形第一节金属塑性变形的实质弹性变形：金属在外力作用下，其内部必将产生应力．此应力迫使原子离开原来的平衡位置，从而改变了原子间的距离，使金属发生变形，并引起原子位能的增高．但处于高位能的原子具有返回到低位能平衡位置的倾向．因而当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失．金属的这种变形称为弹性变形．塑性变形：当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限之后，即使外力停止作用，金属的变形并不消失，这种变形称为塑性变形．一、单晶体的塑性变形单晶体内的滑移变形如图10-1所示。图10-2是由位错运动引起的塑型示意图二、多晶体的塑性变形工业中实际使用的金属大多是由许

2、多微小晶粒组成的多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个晶粒产生变形(称为晶内变形)的综合效果。同时，晶粒之间也有滑动和转动(称为晶间变形)，如图10-3所示．由此可知，金属内部有应力就会发生弹性变形．应力增大到一定程度后使金属产生塑性变形。因此，塑性变形过程中一定有弹性变形存在．当外力去除后，弹性变形将恢复，称“弹复”现象。这种现象对有些压力加工件的变形和工件质量有很大影响，必须采取工艺措施来保证产品的质量．第二节塑性变形对金属组织和性能的影响金属在常温下经过塑性变形后，其内部组织将发生变化：① 晶粒沿最大变形的方向伸长；② 晶粒与晶格均发生扭曲并产生内应力；③晶粒间产生碎晶．金

3、属的力学性能随其内部组织的改变而发生明显变化．变形程度增大时，金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降(图10-4)．术语介绍：加工硬化：随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象称为冷变形强化，又称加工硬化。回复：随着温度的提高，原子因获得热能，热运动加剧，使原子得到回复正常排列，晶格扭曲被消除，内应力明显下降，加工硬化也得到部分消除．这一过程称为“回复”如图10-5（b）。再结晶：当温度继续升高到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，金属原子获得更多的热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，从而消除了全部冷变形强化现象．这个过程称为再结晶如图10-5(c)．这时的

4、温度称为再结晶温度，即T再=0.4T熔式中：——以绝对温度表示的金属再结晶温度。冷变形：金属在再结晶温度以下的变形叫冷变形．变形过程中无再结晶现象，变形后的金属具有加工硬化现象．热变形：金属在再结晶温度以上的变形叫热变形．变形后，金属具有再结晶组织，而无加工硬化痕迹．金属只有在热变形情况下，才能以较小的功达到较大的变形。图10-6是铸锭热变形前后的组织压力加工过程中，常用锻造比(y)来表示变形程度．拔长时的锻造比为Y拔=A0/A镦粗时的锻造比为Y镦=H0/H式中：H0、A0--分别为坏料变形前的高度和横截面积；H、A--分别为坯料变形后的高度和横截面积。纤维组织的利用如图10-7第三节金属的

5、可锻性金属的可锻性是衡量金属材料在经受压力加工时获得优质零件难易程度的一个工艺性能．金属的可锻性好，表明该金属适合于经受压力加工成形．可锻性差，说明该金属不宜于选用压力加工方法成形．金属的塑性用金属的断面收缩率ψ、伸长率δ等来表示。金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。一、金属的本质1．化学成分的影响2．金属组织的影响二、加工条件1.变形温度的影响图10-8所示为低碳钢在不同温度时的机械性能变化曲线。从图中可看到，在300℃以上随温度升高，金属的塑性上升，变形抗力下降。即金属的可锻性增加。但温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废．所以应该严格控制图10-8低碳钢的

6、机械性能与温度变化的关系锻造温度．锻造温度范围系指始锻温度(开始锻造的温度)和终锻温度(停止锻造的温度)间的温度区间。始锻温度和终锻温度的确定以合金状态图为依据．碳钢的始锻温度和终锻温度如图10-9所示。2．变形速度的影响变形速度是指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量．它对金属可锻性的影响是矛盾的，一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大(图10-10)，可锻性变坏．另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)．变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下

7、降(图10-10中a点以后)，可锻性变好．但热效应现象除高速锤锻造外，在一般压力加工的变形过程中，因速度低故不甚明显。3．应力状态的影响图10-11是不同变形方法的金属应力状态。同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力，可用图10-12进行示意说明：第二章锻造第一节自由锻自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。1.自由锻的优缺点2.自由锻的设备一、自