金属塑性变形
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金属的塑性变形
金属的塑性变形
当温度升高到金属的绝对熔化温度的0.4 倍时，金属的原子以某些碎晶或者杂质为核心 会生成新的晶粒，最后全部消除加工硬化现象 。这个现象我们称为“再结晶”。 注意，不同的金属，其再结晶的温度是不 同的。 再结晶使金属获得良好的塑性，同时也由 于新的晶核的生长，使金属获得细小的均匀的 晶粒，进一步提高金属的机械性能。
金属的塑性变形
而纤维组织的明显程度与锻造时的锻造 比有关。金属具有一定的锻造比后，能改变 金属的铸造组织，使内部组织致密，改变晶 粒度，使其细小，金属内部偏析均匀。 所以，为了利用纤维组织的特点，在设 计和制造零件时，应该尽量使工作的最大正 应力方向与纤维方向重合，而最大切应力方 向应该与纤维方向垂直。 再就是在切削加工时尽量避免切断纤维组 织。
金属的塑性变形
② 金属的热变形 热变形：指在再结晶温度以上的 热变形 变形。 变形特点；变形后由于再结晶而形成细小 的晶粒，可使金属获得良好的塑性，获得高 的机械性能。 如，金属压力加工主要是利用热变形进行 的（特别是大中型零件或产品的加工）。而冷 加工主要用于板料冲压、冷挤压等。
金属的塑性变形
金属的塑性变形
一、金属的塑性变形 金属的塑性变形是金属在外力的作用下晶 体的一部分相对于另一部分通过滑移的方式产 生的一种永久的变形。
金属的塑性变形
1、滑移 滑移即是金属晶体在外力的作用下，当外 力增大至使晶体的歪扭程度超过其弹性变形的 允许值时，则晶体的一部分会相对于另一部分 产生滑动位移。 由于滑移引起晶体变形， 当外力去除后，晶体的变形 将不能全部回复原状，从而 使产生永久的变形（即塑性变形）。
金属的塑性变形
艺，对于一些不能用热处理方式来强化的金属，则 可以利用加工硬化来提高零件的强度。 如，采用冷挤压的方法，可用低碳钢来制造一 些表面耐磨的零件，而使简化工艺流程。 ⑵ 回复和再结晶 金属的加工硬化有一个特点，那就是将金属的 温度提高，可以使金属原子消除晶格扭曲，恢复正 常排列，从而消除部分加工硬化。这样的方法称为 “回复”，这时的温度称为“回复温度”。
第一章 金属塑性变形
图：冷变形金属在加热时组织 和性能的变化示意图
3）晶粒长大 冷变形金属刚刚结束再 结晶时的晶粒是比较细 小、均匀的等轴晶粒， 如果再结晶后不控制其 加热温度或时间，继续 升温或保温，晶粒之间 便会相互吞并而长大。
原因：晶体内部的各种缺陷（特别是位错）的运动更 容易产生滑移，而且位错运动所需切应力远远小于刚 性的整体滑移所需的切应力。当位错运动到晶体表面 时，晶体就产生了塑性变形。
未变形
位错运动
塑性变形
图：晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图
2. 多晶体金属的塑性变形
多晶体的塑性变形与单晶体的相同处，在于它也是 以滑移和孪生为其塑性变形的基本方式。但多晶体是由 许多形状、大小、取向各不相同的晶粒所组成，这就使 多晶体的变形过程增加了若干复杂因素，具有区别于单 晶体塑性变形的特点。
首先，多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和位向不 同的晶粒的影响；其次，任何一个晶粒的塑性变形都不 是处于独立的自由变形状态，需要其周围的晶粒同时发 生相适应是变形来配合，以保持晶粒之间的结合和整个 物体的连续性。因此，多晶体的塑性变形要比单晶体的 情况复杂得多。
多晶体塑性变形的特点： • 1、各晶粒变形的不同时性； • 2、各晶粒变形的相互协调性； • 3、多晶体的塑性变形也具有不均匀性。
重要齿轮、连杆、炮管、枪管等； 板料冲压-汽车制造、电器、仪表及日用品。
第一章 金属的塑性变形
第一节 金属塑性变形的实质 金属在外力作用下产生塑 性变形的实质是晶体内部 的原子产生滑移。 1. 单晶体金属的塑性变形
滑移面
单晶体的塑性变形主要通过滑移进行。 整体刚性
滑移
（a）未变形（b）弹性变形（c）弹塑性变形（d）塑性变形 图：单晶体滑移变形示意图
金属材料的塑性变形与回弹性能
金属材料的塑性变形与回弹性能金属材料的塑性变形与回弹性能是重要的材料力学性能指标，关乎到金属材料在工程应用中的可塑性和稳定性。
塑性变形是指金属材料在外力作用下会发生永久性变形的能力，而回弹性能则是指金属材料在撤去外力后能够恢复到原始形状的能力。
本文将从塑性变形和回弹性能的定义、影响因素以及控制方法等方面展开论述。
一、塑性变形的定义及影响因素塑性变形是指金属材料在外力作用下，由于晶体结构的滑移和位错的运动而发生的永久性变形。
塑性变形的大小取决于材料的塑性性能以及应力的强度，可以通过应变值来进行表征。
影响金属材料塑性变形的因素有很多，其中包括材料的晶体结构和晶格缺陷，材料的成分和结构等。
晶体结构的滑移是金属材料发生塑性变形的主要机制，而晶格缺陷如位错则会影响晶体的滑移过程。
此外，材料的成分和结构也会对塑性变形起到重要的影响，例如晶粒尺寸的大小、材料的纯度等都会对材料的塑性变形性能产生显著的影响。
二、回弹性能的定义及影响因素回弹性能是指金属材料在外力撤除后能够恢复到原始形状的能力。
回弹性能的好坏反映了金属材料的弹性模量和塑性变形程度。
金属材料的回弹性能受到多种因素的影响，包括金属材料的弹性模量、外力加载的速率以及材料的塑性变形程度等。
弹性模量是描述材料抵抗形变能力的指标，高弹性模量的金属材料具有较好的回弹性能。
外力加载的速率越快，金属材料的回弹性能越差。
此外，材料的塑性变形程度也会影响回弹性能，通常情况下，塑性变形越大，回弹性能也会相对较差。
三、控制塑性变形与回弹性能的方法为了控制金属材料的塑性变形和回弹性能，可以采取以下方法：1.合理选择材料和处理工艺：通过选择合适的金属材料和采取适当的处理工艺，可以改善材料的塑性变形和回弹性能。
例如，通过热处理可以优化材料的晶体结构，提高材料的塑性变形和回弹性能。
2.控制外力加载的速率：外力加载的速率对金属材料的塑性变形和回弹性能有着显著影响。
适当控制外力加载的速率，可以减小材料的塑性变形和提高回弹性能。
金属的塑性变形
孪生机制
在某些特定条件下，金属晶体的一部分相对于另一部分沿一定轴进 行镜像对称的移动，形成孪晶。
扩散机制
金属在高温下，原子扩散能力增强，通过原子间的相互移动实现塑 性变形。
应力-应变关系与曲线分析
应力-应变关系
描述金属在塑性变形过程中所受应力 与产生的应变之间的关系。应力是单 位面积上的内力，应变是物体形状或 体积的改变程度。
热处理工艺改进
退火处理
通过退火处理可以消除金属材料内部的残余应力，改善其组织结 构和力学性能，从而提高其塑性变形能力。
正火处理
正火处理可以使金属材料获得细化的晶粒和均匀的组织，提高其 强度和塑性。
回火处理
回火处理可以消除淬火应力，稳定金属材料的组织和性能，进一 步提高其塑性变形能力。
微观组织调控手段
热处理工艺对塑性影响
01
退火处理
退火处理可以消除金属内部的残余应力，改善组织结构，提高其塑性。
例如，冷加工后的金属经过退火处理，可以恢复其塑性和韧性。
02
正火处理
正火处理可以使金属获得细化的晶粒和均匀的组织，从而提高其塑性和
韧性。正火处理常用于改善中碳钢的切削性能和力学性能。
03
淬火处理
淬火处理可以使金属获得马氏体组织，提高其硬度和强度，但会降低其
金属的塑性变形
目 录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属塑性变形过程中的组织结构演变 • 影响金属塑性变形能力因素探讨 • 金属塑性变形实验方法及技术应用 • 提高金属材料塑性变形能力策略探讨 • 总结：金属塑性变形研究意义与未来发展趋势
塑性变形基本概念与
01
原理
塑性变形定义及特点
塑性变形定义
利用电子显微镜的高分辨率和 高放大倍数，观察金属的微观 组织和结构缺陷，如位错、层 错、孪晶等。这些信息有助于 深入了解金属的塑性变形机制 和强化机制。
在某些特定条件下，金属晶体的一部分相对于另一部分沿一定轴进 行镜像对称的移动，形成孪晶。
扩散机制
金属在高温下，原子扩散能力增强，通过原子间的相互移动实现塑 性变形。
应力-应变关系与曲线分析
应力-应变关系
描述金属在塑性变形过程中所受应力 与产生的应变之间的关系。应力是单 位面积上的内力，应变是物体形状或 体积的改变程度。
热处理工艺改进
退火处理
通过退火处理可以消除金属材料内部的残余应力，改善其组织结 构和力学性能，从而提高其塑性变形能力。
正火处理
正火处理可以使金属材料获得细化的晶粒和均匀的组织，提高其 强度和塑性。
回火处理
回火处理可以消除淬火应力，稳定金属材料的组织和性能，进一 步提高其塑性变形能力。
微观组织调控手段
热处理工艺对塑性影响
01
退火处理
退火处理可以消除金属内部的残余应力，改善组织结构，提高其塑性。
例如，冷加工后的金属经过退火处理，可以恢复其塑性和韧性。
02
正火处理
正火处理可以使金属获得细化的晶粒和均匀的组织，从而提高其塑性和
韧性。正火处理常用于改善中碳钢的切削性能和力学性能。
03
淬火处理
淬火处理可以使金属获得马氏体组织，提高其硬度和强度，但会降低其
金属的塑性变形
目 录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属塑性变形过程中的组织结构演变 • 影响金属塑性变形能力因素探讨 • 金属塑性变形实验方法及技术应用 • 提高金属材料塑性变形能力策略探讨 • 总结：金属塑性变形研究意义与未来发展趋势
塑性变形基本概念与
01
原理
塑性变形定义及特点
塑性变形定义
利用电子显微镜的高分辨率和 高放大倍数，观察金属的微观 组织和结构缺陷，如位错、层 错、孪晶等。这些信息有助于 深入了解金属的塑性变形机制 和强化机制。
金属及合金的塑性变形
应力-应变曲线分析
弹性阶段
在应力作用下，金属首先发生 弹性变形，应力与应变成正比
关系，遵循胡克定律。
屈服阶段
当应力达到金属的屈服强度时， 金属开始发生塑性变形，应力-应 变曲线出现屈服平台或屈服点。
强化阶段
随着应变的增加，金属的加工 硬化效应逐渐显现，应力随之 上升，呈现强化现象。
断裂阶段
当应力达到金属的抗拉强度时 ，金属发生断裂。
03
形
多晶体结构特点及影响因素
结构特点
多晶体由许多取向不同的小晶体（晶粒）组成，晶粒之间存在晶界。
影响因素
晶粒大小、晶界结构、第二相粒子、温度、应变速率等。
晶界在塑性变形中作用
要点一
阻碍位错运动
晶界是位错运动的障碍，使位错在晶界处塞积，引起应力 集中。
要点二
协调变形
晶界能协调不同晶粒之间的变形，使多晶体能够保持连续 性变形。
新型塑性变形机制的探索
随着新材料和新技术的不断涌现，未来可能会出现新的塑性变形机制。探索这些新型塑性变形机 制将有助于拓展金属及合金的应用领域并提升其性能。
THANKS.
加工硬化现象及机制
加工硬化现象
金属在塑性变形过程中，随着变形量的增加，其强度和硬度逐渐提高，而塑性 和韧性逐渐降低的现象。
机制
加工硬化的机制主要包括位错增殖、晶粒细化和相变等。其中，位错增殖是金 属塑性变形过程中加工硬化的主要原因，位错密度增加导致金属强化。
金属单晶体的塑性变
02
形
单晶体滑移与孪生过程
金属及合金的塑性变形
目录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属单晶体的塑性变形 • 金属多晶体的塑性变形 • 合金的塑性变形行为及特点 • 塑性变形对金属及合金性能影响 • 总结与展望
第三章 金属的塑性变形
发生再结晶的最低温度称再结晶温度。
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系: T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
金属熔点越高, T再也越高.
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
影响再结晶退火后晶粒度的因素
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、单晶体的塑性变形 分析单晶体的塑性变形，实际上就是分析 晶内变形。 单晶体塑性变形的主要方式有滑移和孪晶。 根据晶体结构 理论，任何一块单 晶体都包含有若干 不同方向的晶面。
外 力 在 晶 面 上 的 分 解 切 应 力 作 用 下 的 变 形 锌 单 晶 的 拉 伸 照 片
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
第四节
金属的热加工
• 一、冷加工与热加工的区别
• 在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温
度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷 加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。
轧制
模锻
拉拔
• 如 Fe 的再结晶温度为451℃，其在400℃ 以下的加 工仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为-71℃，则其 在室温下的加工为热加工。 • 热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化 所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种冷变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 再结晶也是一个晶核形成 和长大的过程，但不是相 变过程，再结晶前后新旧 晶粒的晶格类型和成分完 全相同。
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系: T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
金属熔点越高, T再也越高.
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
影响再结晶退火后晶粒度的因素
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、单晶体的塑性变形 分析单晶体的塑性变形，实际上就是分析 晶内变形。 单晶体塑性变形的主要方式有滑移和孪晶。 根据晶体结构 理论，任何一块单 晶体都包含有若干 不同方向的晶面。
外 力 在 晶 面 上 的 分 解 切 应 力 作 用 下 的 变 形 锌 单 晶 的 拉 伸 照 片
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
第四节
金属的热加工
• 一、冷加工与热加工的区别
• 在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温
度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷 加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。
轧制
模锻
拉拔
• 如 Fe 的再结晶温度为451℃，其在400℃ 以下的加 工仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为-71℃，则其 在室温下的加工为热加工。 • 热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化 所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种冷变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 再结晶也是一个晶核形成 和长大的过程，但不是相 变过程，再结晶前后新旧 晶粒的晶格类型和成分完 全相同。
金属的塑性变形和断裂分析课件
腐蚀速率
金属腐蚀的速度，通常以单位 时间内腐蚀的深度或质量损失
表示。
腐蚀防护采用涂层、电镀、缓来自剂等措 施来减缓金属的腐蚀速率。
提高金属抗疲劳和抗腐蚀的方法
材料选择
选择具有优异抗疲劳和抗腐蚀 性能的材料，如不锈钢、钛合
金等。
表面处理
采用喷涂、电镀、化学镀等表 面处理技术，提高金属表面的 耐腐蚀性能。
金属的塑性变形和断 裂分析课件
目录
CONTENTS
• 金属的塑性变形 • 金属的断裂分析 • 金属的塑性和韧性 • 金属的强度和硬度 • 金属的疲劳和腐蚀
01 金属的塑性变形
塑性变形的定义
塑性变形：金属在受到外力作用 时，发生的不可逆的形状变化。
塑性变形是一种不可逆的永久变 形，即使外力撤去，也无法恢复
温度
温度对金属的塑性变形有显著影响，温度升高， 金属的塑性增加，更容易发生塑性变形。
应变速率
应变速率越快，金属的塑性越差；应变速率越慢 ，金属的塑性越好。这是因为应变速率快时，金 属内部的应变硬化速度跟不上应变速率，导致金 属容易发生断裂。
02 金属的断裂分析
断裂的定义和分类
总结词
断裂是金属材料在受力过程中发生的永久性结构变化，通常表现为突然的开裂或分离。
强度和硬度在一定程度上可以相互转换，但转换公式因材料和测试方法 而异。
强度和硬度的关系对于材料的选择和应用具有重要的指导意义，例如在 机械零件的设计和制造中，需要根据零件的工作条件和要求合理选择材 料的强度和硬度。
05 金属的疲劳和腐蚀
金属的疲劳
疲劳定义
金属在循环应力作用下 ，经过一段时间后发生
提高金属塑性和韧性的方法
合金化
金属材料的塑性变形课件
热轧工艺
总结词
热轧工艺是一种在高温下对金属材料进行塑性变形的加工方法，通过将金属材料加热至一定温度后进 行轧制，使其发生塑性变形。
详细描述
热轧工艺通常在高温下进行，将金属材料加热至其塑性变形温度范围后进行轧制。在轧制过程中，金 属材料的晶格结构发生变化，导致其形状和尺寸发生改变。热轧工艺可以生产出大尺寸、形状简单的 金属制品，广泛应用于钢铁、铜、铝等金属材料的加工。
金属材料的塑性变形机制
滑移
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生相对移动
。
孪生
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生较大的相 对移动，但不改变晶体的对称性
的变形方式。
晶界滑移
晶界在切应力的作用下发生相对 移动，使整个晶体发生变形。
形加工，以确保其性能和安全性。
05
金属材料塑性变形的挑战与展 望
金属材料塑性变形的挑战
01
加工硬化
金属在塑性变形过程中，随着 变形程度的增加，材料的强度 和硬度逐渐提高，导致继续变 形所需的应力不断增加。这使 得金属的塑性变形变得困难， 甚至可能导致加工中止。
02
温度影响
金属材料的塑性变形受温度影 响较大。在低温环境下，金属 材料的塑性变形能力会显著降 低，可能导致脆性断裂。而在 高温环境下，金属可能会发生 氧化、腐蚀等反应，影响其力 学性能。
锻造工艺
总结词
锻造工艺是一种通过施加外力使金属材 料发生塑性变形的加工方法，通常在高 温或室温下进行。
VS
详细描述
锻造工艺可以通过多种方式实现，如自由 锻、模锻等。在锻造过程中，金属材料被 施加外力，使其发生塑性变形，以获得所 需的形状和性能。锻造工艺可以生产出高 强度、高韧性的金属制品，广泛应用于航 空、汽车、船舶等领域的金属加工。
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• 终锻： 800℃
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变形速度
• 单位时间内的变形程 度
• 对可锻性的影响？
– 速度快 => 强化难以 及时消除 => 可锻性 差？
– 速度快 => 热能 => 提 高塑性 => 可锻性好 ？
– 高速锤才明显变好
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应力状态
• 三向应力 => 塑性好 • 两向应力 => 塑性差 • 拉应力不好
– 锻件尺寸精确、结构可较复杂、生产率高
• 按设备分类
– 锤上模锻 – 曲柄压力机上模锻 – 摩擦压力机上模锻 – 胎模锻
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锤上模锻
锤上模锻演示
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• 1 －锤头 • 2 －上模 • 3 －飞边槽 • 4 －下模 • 5 －模垫 • 6/7/10 －楔铁 • 8 －分模面 • 9 －模膛
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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© 2004 金工教研室 机械制造基础
敷料、余量、公差
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分模面
© 2004 金工教研室 机械制造基础
模锻斜度
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模锻圆角半径
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冲孔连皮
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锻造工序（工步）设计
第五讲 金属塑性变形与锻造工艺方法
机械制造基础
金工教研室 制造科学与工程学院
2004 年春季学期
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第五讲 金属塑性变形与锻造工艺 方法
• 压力加工－塑性变形－冷 / 热 • 基本生产方式
压力加工 演示
– 轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压
• 制作
– 原材料
• 金属型材、板材、管材、线材
– T 回＝（ 0.25~0.3 ） T 熔
• 0.4T 熔时，碎晶位核再结晶
– T 再＝ 0.4T 熔
• 冷变形：再结晶温度以下的塑性变形 • 热变形：以上
– 强化与再结晶过程同时存在，强化消失
• 再结晶退火：冷变形后进行
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两种金属的变形
• 铅（熔点 327 ℃ ）： 0 ℃ 时的变形
自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
• 取决于
– 金属的本质：碳化物都不好
• 化学成分：纯金属、含碳量小好 • 内部组织：纯金属、故溶体、晶粒细好
– 加工条件
• 变形温度、变形速度、应力状态
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变形温度
• 高温 => 塑性好、易变 形 => 太高 => 过热、过 烧
• 始锻： AE 线以下 200 ℃
– T 再＝ 0.4T 熔＝ 0.4 （ 327 ＋ 273 ） K ＝ 240K – 0 ℃ ＝ 273K ：热变形
• 钨（熔点 3380 ℃ ） ： 1100 ℃ 时的变形
– T 再＝ 0.4T 熔＝ 0.4 （ 3380 ＋ 273 ） K ＝ 1461K – 1100 ℃ ＝ 1373K ：冷变形
锻模
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锻模件
© 2004 金工教研室 机械制造基础
制坯模膛－拔长
© 2004 金工教研室 机械制造基础
制坯模膛－滚压
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制坯模膛－弯曲和切断
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弯曲连杆的锻造过程
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曲柄压力机
© 2004 金工教研室 机械制造基础
曲柄压力机用的锻模
© 2004 金工教研室 机械制造基础
摩擦压力机
摩擦压力机模锻演 示
© 2004 金工教研室 机械制造基础
胎模锻
• 在自由锻设备上增加胎模 • 三种胎模：扣模、筒模、合模
© 2004 金工教研室 机械制造基础
筒模
© 2004 金工教研室 机械制造基础
• 长轴类零件© 20来自4 金工教研室 机械制造基础锻造工序（工步）设计
• 短轴类零件
© 2004 金工教研室 机械制造基础
半轴的自由锻工艺
© 2004 金工教研室 机械制造基础
锻造工艺过程
锻出头部 拔长
拔长并留出台阶
拔长及修正台阶
© 2004 金工教研室 机械制造基础
锻出凹挡及拔 长端部并修整
总结
• 金属的塑性变形 • 金属的锻造性能 • 锻造
– 自由锻 – 模锻 – 锻造工艺问题
© 2004 金工教研室 机械制造基础
作业！！
• 作业：
– 习题集
• 一（ 18-26 、 37 、 38 ） • 二（ 15-23 ， 31 ） • 三（ 10-12 ）
• 思考：
– 教材
• p96 （ 1-6 题） • p111 （ 1-2 题）
合模
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三种胎模锻模具彩图
© 2004 金工教研室 机械制造基础
锻造工艺问题
• 锻件图设计
– 敷料、余量、公差、分模面 – 模锻斜度、模锻圆角半径、冲孔连皮
• 坯料重量和尺寸计算
– G 坯料＝ G 锻件＋ G 烧损＋ G 料头
• 锻造工序设计 • 其他问题
– 温度及加热冷却规程、辅助工序
© 2004 金工教研室 机械制造基础
塑性变形与性能的关系
• 强度硬度提高塑性韧性降低
© 2004 金工教研室 机械制造基础
常温 下塑 性变 形对 低碳 钢力 学性 能的 影响
冷变形强化的回复
• 不稳定 => 自发回复稳定状态（温度）
© 2004 金工教研室 机械制造基础
回复与再结晶温度
• 回复温度
– 大型、特大型锻件唯一成形方法
• 设备
– 上下各一个抵铁 – 锤锻（中小型锻件）：锻锤冲击力 – 液（水）压机（大型锻件）：液压力
© 2004 金工教研室 机械制造基础
自由锻基本设备：空气锤
自由锻基本 工序演示
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
• 注意：冷变形不是“室温”下的变形
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金属纤维组织
• 铸锭缺陷 => 纤 维组织 => 性能 方向性 => 竹竿
• 纵向塑性韧性提 高，横向降低
• 不能用热处理消 除
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金属可锻性
• 压力加工获得优良制品的工艺性能
– 塑性好、变形抗力小 => 工艺性好
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锻造工艺：环类锻件
• 镦粗－拔长－冲孔－在芯轴上扩孔
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锻造工艺：曲轴类锻件
• 镦粗－拔长－错移－锻台阶－扭转
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锻造工艺：弯曲类锻件
• 拔长－弯曲
叉杆类零件锻造过程演示
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模锻
• 在锻模模膛内变形 • 变形流动受限
– 零件
• 主轴、齿轮、枪炮管、汽车覆盖件、日用五金
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金属塑性变形
• 单晶体滑移变形－纯理论设想
未变形
弹性变形
弹塑性变 形
塑性变形
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位错运动
• 晶体内部存在大量 “ 缺陷 ”
– “ 位错”为主：使变形抗力增大千倍
未变形
位错运动
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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锻造工艺：盘类锻件
• 拔长－镦粗－冲孔
盘类零件锻造过程演示
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锻造工艺：轴类锻件
• 镦粗－拔长－切肩－锻台阶
大、中、小型轴类零件锻造过程演 示
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锻造工艺：筒类锻件
• 镦粗－拔长－冲孔－在芯轴上拔长
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讨论：“趁热打铁”
• 铁：能打吗？ （锻造）
– 工业上 “铁” 即是 “铸铁” – 可锻性极差，绝对不能 “ 打 ”
• 趁热：
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变形速度
• 单位时间内的变形程 度
• 对可锻性的影响？
– 速度快 => 强化难以 及时消除 => 可锻性 差？
– 速度快 => 热能 => 提 高塑性 => 可锻性好 ？
– 高速锤才明显变好
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应力状态
• 三向应力 => 塑性好 • 两向应力 => 塑性差 • 拉应力不好
– 锻件尺寸精确、结构可较复杂、生产率高
• 按设备分类
– 锤上模锻 – 曲柄压力机上模锻 – 摩擦压力机上模锻 – 胎模锻
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锤上模锻
锤上模锻演示
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• 1 －锤头 • 2 －上模 • 3 －飞边槽 • 4 －下模 • 5 －模垫 • 6/7/10 －楔铁 • 8 －分模面 • 9 －模膛
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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敷料、余量、公差
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分模面
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模锻斜度
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模锻圆角半径
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冲孔连皮
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锻造工序（工步）设计
第五讲 金属塑性变形与锻造工艺方法
机械制造基础
金工教研室 制造科学与工程学院
2004 年春季学期
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第五讲 金属塑性变形与锻造工艺 方法
• 压力加工－塑性变形－冷 / 热 • 基本生产方式
压力加工 演示
– 轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压
• 制作
– 原材料
• 金属型材、板材、管材、线材
– T 回＝（ 0.25~0.3 ） T 熔
• 0.4T 熔时，碎晶位核再结晶
– T 再＝ 0.4T 熔
• 冷变形：再结晶温度以下的塑性变形 • 热变形：以上
– 强化与再结晶过程同时存在，强化消失
• 再结晶退火：冷变形后进行
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两种金属的变形
• 铅（熔点 327 ℃ ）： 0 ℃ 时的变形
自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
• 取决于
– 金属的本质：碳化物都不好
• 化学成分：纯金属、含碳量小好 • 内部组织：纯金属、故溶体、晶粒细好
– 加工条件
• 变形温度、变形速度、应力状态
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变形温度
• 高温 => 塑性好、易变 形 => 太高 => 过热、过 烧
• 始锻： AE 线以下 200 ℃
– T 再＝ 0.4T 熔＝ 0.4 （ 327 ＋ 273 ） K ＝ 240K – 0 ℃ ＝ 273K ：热变形
• 钨（熔点 3380 ℃ ） ： 1100 ℃ 时的变形
– T 再＝ 0.4T 熔＝ 0.4 （ 3380 ＋ 273 ） K ＝ 1461K – 1100 ℃ ＝ 1373K ：冷变形
锻模
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锻模件
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制坯模膛－拔长
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制坯模膛－滚压
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制坯模膛－弯曲和切断
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弯曲连杆的锻造过程
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曲柄压力机
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曲柄压力机用的锻模
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摩擦压力机
摩擦压力机模锻演 示
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胎模锻
• 在自由锻设备上增加胎模 • 三种胎模：扣模、筒模、合模
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筒模
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• 长轴类零件© 20来自4 金工教研室 机械制造基础锻造工序（工步）设计
• 短轴类零件
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半轴的自由锻工艺
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锻造工艺过程
锻出头部 拔长
拔长并留出台阶
拔长及修正台阶
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锻出凹挡及拔 长端部并修整
总结
• 金属的塑性变形 • 金属的锻造性能 • 锻造
– 自由锻 – 模锻 – 锻造工艺问题
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作业！！
• 作业：
– 习题集
• 一（ 18-26 、 37 、 38 ） • 二（ 15-23 ， 31 ） • 三（ 10-12 ）
• 思考：
– 教材
• p96 （ 1-6 题） • p111 （ 1-2 题）
合模
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三种胎模锻模具彩图
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锻造工艺问题
• 锻件图设计
– 敷料、余量、公差、分模面 – 模锻斜度、模锻圆角半径、冲孔连皮
• 坯料重量和尺寸计算
– G 坯料＝ G 锻件＋ G 烧损＋ G 料头
• 锻造工序设计 • 其他问题
– 温度及加热冷却规程、辅助工序
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塑性变形与性能的关系
• 强度硬度提高塑性韧性降低
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常温 下塑 性变 形对 低碳 钢力 学性 能的 影响
冷变形强化的回复
• 不稳定 => 自发回复稳定状态（温度）
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回复与再结晶温度
• 回复温度
– 大型、特大型锻件唯一成形方法
• 设备
– 上下各一个抵铁 – 锤锻（中小型锻件）：锻锤冲击力 – 液（水）压机（大型锻件）：液压力
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自由锻基本设备：空气锤
自由锻基本 工序演示
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
• 注意：冷变形不是“室温”下的变形
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金属纤维组织
• 铸锭缺陷 => 纤 维组织 => 性能 方向性 => 竹竿
• 纵向塑性韧性提 高，横向降低
• 不能用热处理消 除
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金属可锻性
• 压力加工获得优良制品的工艺性能
– 塑性好、变形抗力小 => 工艺性好
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锻造工艺：环类锻件
• 镦粗－拔长－冲孔－在芯轴上扩孔
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锻造工艺：曲轴类锻件
• 镦粗－拔长－错移－锻台阶－扭转
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锻造工艺：弯曲类锻件
• 拔长－弯曲
叉杆类零件锻造过程演示
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模锻
• 在锻模模膛内变形 • 变形流动受限
– 零件
• 主轴、齿轮、枪炮管、汽车覆盖件、日用五金
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金属塑性变形
• 单晶体滑移变形－纯理论设想
未变形
弹性变形
弹塑性变 形
塑性变形
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位错运动
• 晶体内部存在大量 “ 缺陷 ”
– “ 位错”为主：使变形抗力增大千倍
未变形
位错运动
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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自由锻工序－基本工序
• 镦粗 • 拔长 • 冲孔 • 弯曲 • 扩孔 • 错移 • 切割 • 扭转
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锻造工艺：盘类锻件
• 拔长－镦粗－冲孔
盘类零件锻造过程演示
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锻造工艺：轴类锻件
• 镦粗－拔长－切肩－锻台阶
大、中、小型轴类零件锻造过程演 示
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锻造工艺：筒类锻件
• 镦粗－拔长－冲孔－在芯轴上拔长
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讨论：“趁热打铁”
• 铁：能打吗？ （锻造）
– 工业上 “铁” 即是 “铸铁” – 可锻性极差，绝对不能 “ 打 ”
• 趁热：