第六章 金属塑性成形工艺理论基础

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1、第二篇金属的塑性成形工艺第六章金属塑性成形的理论基础目的：掌握金属塑性成形的基本原理及影响塑性变形的因素。要求掌握塑性成形的基本工艺、基本变形理论；熟悉回复与再结晶、冷变形与热变形、纤维组织、最小阻力定律、体积不变假设、锻造比、锻造性等概念；了解影响塑性变形的因素。重点：冷变形、热变形、纤维组织利用原则、锻造性的概念。难点：金属的回复与再结晶。金属塑性成形（也称压力加工）：在外力作用下，金属产生了塑性变形，以此获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。外力：冲击力——锤类设备压力——轧机、压力机§6-1金属塑性成形的基本工艺1．轧制—-钢板、型材、无缝管材。2．挤压应用：低

2、碳钢、非铁金属及其合金。3．拉拔应用：各种细线材，薄壁管、特殊几何形状的型材。4．自由锻坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而变形。5．模锻坯料在锻模模腔内受冲击力或压力而变形。6．板料冲压金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。金属的原材料，大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。§6-2金属的塑性变形§6-3塑性变形理论及假设一、最小阻力定律定义：受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的流动量→成形合理。最小阻力定律示意图。在镦粗中，此定律也称最小周边法则。二、塑性变形

3、前后体积不变的假设弹性变形：考虑体积变化。塑性变形：假设体积不变（由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略）此假设+最小阻力定律→成形时金属流动模型。三、变形程度的计算变形程度：用“锻造比”表示。拔长时锻造比为：Y拔=S0/S镦粗时锻造比：Y镦=H0/HH0、S0：坯料变形前的高度和横截面积H、S：坯料变形后的高度和横截面积要求横向力学性能时：Y锻=2~2.5。要求纵向力学性能时：Y锻适当增加。由Y锻可得坯料的尺寸：如：拔长时，S坯料=Y拔×S锻件式中，S锻件为锻件的最大截面积；§6-4影响塑性变形的因素金属的可锻性：衡量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。

4、可锻性好适合于压力加工成形；可锻性差不宜于选用压力加工。可锻性衡量指标：金属的塑性和变形抗力综合衡量。塑性越大、变形抗力越小，可锻性好。金属的塑性：①用截面收缩率ψ、延伸率δ、冲击韧性αk表示；②ψ、δ、αk↑→塑性↑。变形抗力：金属对变形的抵抗力。变形抗力↓→变形中所消耗的能量↓。金属的可锻性取决于材质和加工条件。一、材料性质的影响1．化学成分的影响（录像）纯金属的可锻性比合金要好；纯铁>低碳钢>合金钢。杂质→可锻性↓。2．金属组织的影响内部的组织结构不同，可锻性差别很大；纯金属、固溶体的可锻性好；碳化物（如渗碳体）的可锻性差；铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻

5、性好。二、加工条件的影响1．变形温度的影响提高变形时的温度→改善可锻性，并对生产率、产品质量及金属的有效利用均影响大。但温度过高→过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷→锻件报废。应严格控制锻造温度——始锻温度和终锻温度间的温度范围（以合金状态图为依据）。塑性成形应避免脆性区：2．变形速度的影响（录像）变形速度：单位时间内的变形程度。对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→金属塑性↓、抗力↑→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，使温度升高（热效应现象），使塑性↑变形抗力↓→可锻性好，但热效应现象一般

6、压力加工的变形过程不明显；故采用较小的变形速度为宜。3．应力状态的影响压应力数量↑→塑性好；拉应力数量↑→塑性差。>挤压时的变形抗力>>拉拔时的变形抗力。因此，对塑性较低的金属，应采用挤压工艺，以免产生裂纹；对塑性较好的金属，应采用拉拨工艺，可减少变形能量的消耗。结束