材料工程导论 教学课件 作者 毕大森 主编第2章 金属塑性成形.ppt

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1、第二章金属塑性成形天津理工大学毕大森《材料工程导论》金属塑性成形又称为金属压力加工，它是指在外力作用下，使金属材料产生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。金属塑性成形的基本条件：成形的金属必须具备可塑性，并且有外力的作用。第二章金属塑性成形2.1金属塑性成形理论基础2.1.1金属塑性变形金属塑性变形时，由外力引起的金属内部应力超过该金属的屈服点，其内部的原子排列位置将发生不可逆变化。滑移变形和孪生变形是金属晶内塑性变形的两种基本形式。第二章金属塑性成形滑移变形滑移是在切应

2、力的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相对的滑移。第二章金属塑性成形孪生变形孪生是晶体在切应力作用下，晶格的一部分相对于另一部分沿孪晶面发生相对转动的结果。第二章金属塑性成形金属塑性变形规律（1）最小阻力定律金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。第二章金属塑性成形（2）体积不变定理金属塑性成形时金属变形后的体积等于变形前的体积。依据体积不变定律，在金属塑性变形时，坯料在一个方向上的尺寸减少，必然在其他方向上的尺寸有所增加。所以，根据体积不变定律可以确定金属塑性变

3、形的毛坯尺寸和各中间工序尺寸的变化。第二章金属塑性成形2.1.2金属塑性变形后的组织与性能根据金属材料塑性变形时的温度不同，可以分为冷变形和热变形。金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形；金属在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变形。第二章金属塑性成形1.冷变形对金属组织与性能的影响（1）冷变形后的金属显微组织冷变形会使金属的显微组织发生明显的改变，由最初的等轴晶粒沿主变形方向被拉长，变形量越大，晶粒的伸长程度越明显。当变形量很大时，晶界被破坏，形成纤维组织。纤维组织具有明显的方向性，使金属的

4、力学性能产生各向异性。第二章金属塑性成形（2）加工硬化金属冷变形时，随着变形量的增加，金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。第二章金属塑性成形加工硬化的影响不同金属材料在相同的塑性变形时其加工硬化程度会有所不同。金属材料的加工硬化使其变形抗力增加，塑性下降，并使其继续变形受到影响。实际生产中采用中间退火工艺来消除加工硬化，降低变形抗力，使塑性变形能够继续进行。加工硬化还可以用来强化金属材料，特别是对一些不能用热处理强化的金属材料。（3）残余应力残余应力是指金属材料除去变形外力后残余在内部的应力

5、。残余应力主要由于金属在外力作用下变形不均匀而引起的。残余应力使金属内部的原子处于一种高能状态，具有自发恢复到平衡状态的倾向，因此在特定的条件下，残余应力会释放出来。第二章金属塑性成形冷变形使金属的组织处于热力学不稳定状态，可以通过回复和再结晶来改善其性能。第二章金属塑性成形回复是指将冷成形后的金属材料加热到（0.25～0.3）Tm（Tm熔点，K）以下的温度范围，可以消除晶粒的晶格扭曲，显著降低金属的内应力，而金属内部晶粒的尺寸和形状无明显变化，金属的强度和塑性变化不大。再结晶是指将冷变形金属加热到

6、较高的温度，使原子能够在金属内部重新排列，促使变形组织向稳定状态转变，产生新的等轴晶粒。再结晶可以使冷变形金属的强度和硬度显著下降，塑性和韧性提高。2.热变形对金属组织与性能的影响（1）消除缺欠与细化组织热变形可以焊合铸锭中未氧化的气孔、疏松等缺欠，使金属材料致密度提高。同时可以打碎粗大的铸态组织，使其细化，从而提高其力学性能。第二章金属塑性成形（2）动态回复和动态再结晶在热变形中，金属材料的加工硬化过程与回复和再结晶软化过程同时发生。因此，在热变形后的金属材料中不会产生硬化，这种现象称为动态回复和

7、动态再结晶。第二章金属塑性成形（3）锻造比及锻造流线锻造塑性变形程度常用锻造前后金属坯料的横截面积比值或长度（高度）比值来表示，这称为锻造比。第二章金属塑性成形态金属在锻造时其晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿着变形方向被拉长，呈纤维形状，这种结构称为锻造流线。锻造流线使锻件的性能具有方向性，在平行于流线方向上的塑性、韧性明显提高，而强度有所提高。锻造流线不能用热处理的方法消除，只能用变形的方法改变其方向和分布。第二章金属塑性成形螺钉内锻造流线的分布第二章金属塑性成形2.1.3金属可

8、锻性及影响因素金属的可锻性是指金属材料承受锻造成形的能力，通常用塑性和变形抗力来综合评价。金属的塑性越高、变形抗力越低，则可锻性越好。金属的可锻性受其本身的成分、组织等内部因素和锻造温度、变形速度、应力状态等外部因素的影响。第二章金属塑性成形1.内部影响因素（1）化学成分的影响不同成分的金属材料塑性不同，其可锻性也不同。一般纯金属的可锻性好于合金，低碳钢的可锻性优于高碳钢。因此，钢中加入合金元素，特别是难熔合金元素，其塑性差、变形抗力大，锻造成形困难。第二章金属塑性成