金属冷变形机理
冷挤压成型的原理
冷挤压成型的原理冷挤压成型是一种常见的金属成形加工方法，通过在常温下将金属材料加压塑性变形，使其通过预设的模具形成所需形状。
冷挤压成型通常用于生产高精度、复杂形状的零件和轴类零件。
下面将详细介绍冷挤压成型的原理及其过程。
冷挤压成型的原理基于金属在常温下的塑性变形性质。
金属材料在受到应力的作用下，会发生塑性变形，通过逐渐增加外力，金属材料内部的晶粒发生位移和滑动，最终达到塑性变形。
冷挤压成型利用了金属材料塑性变形的特性，通过外力的施加，将金属材料挤压至模具的形状中，从而得到所需的零件形状。
冷挤压成型的过程一般包括以下几个主要步骤：1. 材料准备：选取适合的金属材料进行冷挤压成型，通常选择具有良好塑性的材料，如铝合金、铜合金等。
2. 模具设计与制造：根据零件的形状和尺寸，设计和制造适用的模具。
模具的形状决定了最终零件的形状，模具的材质一般选用高硬度和耐磨损的工具钢。
3. 加压与挤压：将预热的金属材料放入冷挤压机中，通过液压装置施加高压力力，将金属材料挤压至模具的形状中。
挤压的过程中，金属材料会发生塑性变形，逐渐填满模具的空腔。
4. 精加工与处理：冷挤压成型得到的零件通常需要进行后续的精加工和热处理。
精加工可以包括切割、修整、表面处理等，以得到最终所需的精度和质量。
热处理可以改变零件的组织结构和性能，提高其强度和耐磨性等特性。
冷挤压成型的优点主要有以下几点：1. 高精度：冷挤压成型可以生产高精度的零件，在成形过程中几乎不会产生撕裂、裂纹和疲劳等问题，确保零件的尺寸和形状精度。
2. 高效率：冷挤压成型可以快速达到所需形状，减少了后续热处理的时间和工序。
3. 节约材料：冷挤压成型可以最大限度地利用原材料，减少废料产生，提高材料的使用效率。
4. 节约能源：冷挤压成型是在常温下进行的，相比热挤压成型，不需要加热材料，节约了能源消耗。
5. 增加材料强度：通过冷挤压成型，可以使金属材料的晶粒发生位移和滑动，进而改变其晶界结构，提高材料的强度和硬度。
冷塑变形的名词解释
冷塑变形的名词解释冷塑变形是一种工艺过程，通过冷加工方式改变金属材料的形状和性能。
与热塑变形不同，冷塑变形在常温下进行，不需要高温加热，也不产生熔化和液态变化。
这种方式的应用广泛，可以用于生产各种金属制品，包括金属件、管材和线材等。
1. 冷塑变形的原理和优势冷塑变形利用机械力的作用，在金属表面施加压力，使其形态发生改变。
金属的变形过程涉及晶体结构的变化和原子间的位移。
通过压力作用，金属内部的晶体结构发生滑移、滚动和重构，从而实现形状的改变。
与热塑变形相比，冷塑变形具有以下优势：a. 保留金属的力学性能：由于冷塑变形在常温下进行，金属的晶体结构不会破坏，原子之间的结合力保持良好，因此制成的金属制品具有较高的强度和硬度。
b. 精度高：冷塑变形可以在更低的温度下进行，原材料热膨胀系数小，热变形引起的尺寸误差较小，可以制造出更精确的金属制品。
c. 节省能源和成本：冷塑变形不需要加热设备和高温条件，不仅节省了能源，还降低了生产成本。
同时，冷加工还可以降低生产过程中的杂质含量和氧化层的生成，减少了后续的处理工序。
2. 冷拉伸和冷压缩冷塑变形的主要形式包括冷拉伸和冷压缩。
这两种方式都是通过施加外力使材料形状改变，但应用场景和特点有所不同。
冷拉伸是将金属材料拉伸至一定长度，从而使断面积变小而长度增加。
冷拉伸适用于制造丝材、钢丝绳和金属线等。
在冷拉伸过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，断面出现颈缩现象，形成较高的拉伸强度和延展性。
冷压缩是将金属材料压缩成特定形状，适用于制造金属板材、管材和型材等。
冷压缩过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，在特定模具的作用下，使金属原料形成所需的形状和尺寸。
压缩过程中，材料的宽度和厚度均发生变化，所以冷压缩可用于制造曲线形状和复杂几何结构的金属制品。
3. 冷塑变形的应用冷塑变形广泛应用于各个行业的生产制造过程中。
以下列举几个主要的应用领域：a. 汽车工业：冷塑变形被广泛应用于汽车行业，用于生产汽车车身结构件、底盘部件和发动机零部件。
第三章金属冷塑性变形解析ppt课件
式中常数c-0.5 2、储存能与亚结构的关系
ED
s
R
或
ED
K
D
式中常数α-1.5，K是常数
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3、储存能与取向的关系 E110>E111>E112>E100
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3.2 金属组织结构的变化
• 金属塑性变形的物理实质基本上就是位错的运动， 位错运动的结果就产生了塑性变形。
• 在位错的运动过程中，位错、溶质原子、间隙位 置原子、空位、第二相质点都会发生相互作用， 引起位错的数量、分布和组态的变化。从微观角 度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中 或变形后的主要变化。
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
体心立方晶格金属最主要的择优取向是轧制平 面内的立方体平面{001}<110>，而且还有其它织 构类型，如{112}<110>和{111}<112>。
密排六方晶格金属通常会使底面平行于轧制平 面和密排方向<11-20>平行于轧制方向。
纯银在轧制期间形成一个{110}<112>简单织构， 这种织构称为“黄铜”织构。
织构的形成是与温度有关的。提高变形温度，促 进铜型织构而不利于黄铜型织构，以致于堆垛层错 能很低的金属或合金，仅当提高温度（如达到 0.5TM）时，才能保持黄铜织构。
冷变形后金属的变化
冷变形后金属的变化
金属在冷变形后，组织和性能会发生一系列变化。
具体来说，随着冷变形程度的增加，金属的强度和硬度会上升，而塑性和韧性会下降。
这是因为在冷变形过程中，金属内
部的晶格结构会发生扭曲，产生大量的晶体缺陷，如位错和畸变，这些缺陷会导致金
属的强化。
同时，由于冷变形过程中金属的晶粒被拉长、破碎和细化，导致金属的塑
性和韧性下降。
此外，冷变形后的金属在加热时，组织和性能也会发生变化。
具体来说，随着温度的
升高，原子扩散能力增加，金属将经历回复、再结晶和晶粒长大等过程。
在回复阶段，金属中的位错和空位等缺陷会重新排列，形成较为稳定的晶格结构，导致金属的力学
性能变化不大，但塑性略有提高。
当温度继续升高，金属将发生再结晶，形成新的等
轴晶粒组织。
在这个过程中，金属的强度和硬度会进一步上升，而塑性和韧性会明显
改善。
金属在冷变形后组织和性能会发生变化，具体变化程度取决于变形程度和加热温度等
因素。
了解这些变化对于材料的加工、选材和应用都具有重要意义。
钢材的冷作硬化名词解释
钢材的冷作硬化名词解释冷作硬化，也被称为塑性变形硬化，是指在常温下通过塑性变形来增强钢材的硬度和强度的现象。
在钢材的生产过程中，常会经历冷轧、压延、拉伸等工艺，这些过程会引起钢材的冷作硬化。
本文将从冷作硬化的机理、影响因素和应用等方面进行解释。
一、冷作硬化的机理在常温下，当钢材受到外力的塑性变形时，原子和晶粒之间的结构发生变化，产生了位错。
位错是晶体中原子位置的偏移，它可以看作是晶体中的一个“缺陷”。
在塑性变形过程中，位错增加，随着位错的累积，晶体的内部结构发生了明显改变，这就是冷作硬化的机理。
冷作硬化的机理可以归结为两个方面：第一，位错对晶体的阻力。
位错使晶体内部结构变得复杂，阻碍了晶体中原子的滑移，从而增强了钢材的硬度和强度。
第二，位错堆积引起的晶界位错。
位错的堆积会导致晶界周围存在高密度的位错，进而限制了位错的移动，增加了钢材的硬度。
二、冷作硬化的影响因素冷作硬化的程度和效果受到多种因素的影响，主要包括塑性变形量、变形速率和冷变形温度等。
1. 塑性变形量：塑性变形量指的是钢材受到的变形程度。
一般来说，塑性变形量越大，冷作硬化的效果就越显著。
因为较大的变形量会导致位错增加更多，晶体结构的变化也会更明显，从而提高钢材的硬度。
2. 变形速率：变形速率指的是钢材受到塑性变形的速度。
当变形速率较高时，钢材的冷作硬化效果更好。
这是因为较快的变形速率可以增加位错的产生和堆积，使钢材的内部结构更加复杂，从而提高了硬度和强度。
3. 冷变形温度：冷变形温度指的是钢材在进行冷作硬化时的温度。
一般来说，较低的温度有利于冷作硬化的效果。
低温下，原子的运动能力降低，位错的移动受到限制，从而增加了位错的累积和晶界周围的位错密度，提高钢材的硬度。
三、冷作硬化的应用冷作硬化是一种常用的工艺方法，广泛应用于制造业的各个领域。
特别是在金属材料的生产和加工过程中，冷作硬化发挥了重要的作用。
1. 冷轧钢板：冷轧是一种常见的钢材冷作硬化工艺。
冷成型技术
冷成型技术1. 简介冷成型技术是一种常见的金属加工方法，通过在室温下对金属材料进行塑性变形来制造各种零件和产品。
相比于热成型技术，冷成型具有更低的能耗、更高的生产效率和更好的产品质量。
本文将详细介绍冷成型技术的原理、工艺流程、应用领域以及发展趋势。
2. 原理冷成型技术基于金属材料在室温下具有一定的塑性，可以通过外力施加使其发生可逆形变和不可逆形变。
主要原理如下：•可逆形变：当外力作用于金属材料时，其晶格结构会发生弹性变形，即金属材料会恢复到没有外力作用时的初始状态。
•不可逆形变：当外力超过一定程度时，金属材料会出现塑性变形，即晶格结构发生永久改变。
基于以上原理，冷成型技术利用机械设备施加力量来使金属材料发生塑性变形，并通过模具来控制和定型成所需形状。
3. 工艺流程冷成型技术的工艺流程主要包括以下几个步骤：3.1 材料准备首先需要选择合适的金属材料作为原料，常见的有铝、铜、钢等。
根据产品要求，对材料进行切割或切割成合适的尺寸和形状，以便后续加工。
3.2 模具设计与制造根据产品的形状和尺寸要求，设计并制造相应的模具。
模具通常由硬质材料（如钢）制成，以保证其耐用性和精度。
3.3 冷成型加工将材料放置在冷成型机床上，并将模具安装在机床上。
通过控制机床运动和施加力量，使得金属材料在模具的作用下发生塑性变形。
冷成型可以采用单向拉伸、压缩、弯曲、冲压等不同方式进行。
3.4 后处理冷成型完成后，通常需要进行一些后处理操作，如去除余边、修整边缘等。
此外，还可以对产品进行表面处理（如涂层、镀膜等）以提高其防腐性和美观度。
4. 应用领域冷成型技术在许多领域都有广泛的应用，其中包括但不限于以下几个方面：4.1 汽车工业冷成型技术可以用于制造汽车零部件，如车身、车门、引擎罩等。
它可以提供高精度和高强度的产品，并能够满足汽车工业对质量和效率的要求。
4.2 家电行业冷成型技术可用于制造家电产品，如冰箱、洗衣机、空调等。
通过冷成型，可以生产出外形精美、耐用且符合设计要求的产品。
冷变形金属的组织和性能
再结晶
三 再结晶温度
3 影响因素 变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；
纯度越高，再结晶温度越低；
再结晶
四 影响再结晶的因素
1 退火温度。温度越高，再结晶速度越大。 2 变形量。变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶温
度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 4 微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 5 第二分散相。间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核
力学性能：利:深冲板材变形控制;弊：制耳。
物理性能:硅钢片{100}[001]织构可减少铁损。
P351 高斯织构为（011）[100]
３ 形成位错胞
３ 形成位错胞
变形量 位错缠结 位错胞
f 0 kd1
（大量位错缠结在胞壁，胞内位错密度低。)
冷变形金属在加热时的组织和性能的 变化
冷变形金属在加热时的组织和性能的 变化
3 消除：去应力退火。
6h
塑性变形对材料组织的影响
塑性变形对材料组织的影响
1 形成纤维组织 晶粒拉长;杂质呈细带状或链状分布。
对材料性能的影响：各向异性
２形成形变织构
２形成形变织构
形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优 取向的组织。
类型：
丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成） 板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平
▪ 1 固溶强化的机理 ▪ 2． 试用位错理论解释低碳钢的屈服和应变
时效。举例说明吕德斯带对工业生产的影响 及防止办法。
▪ 3 弥散强化的机理
北科大材科基实验金属冷变形
金属材料冷变形与退火过程的组织和性能分析张问作为对于力作用的响应，材料发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。
根据除去载荷后材料是否恢复到原始形状和尺寸，变形由可分为弹性变形和索性百年行。
本实验进行观察的是塑性变形对材料微观组织和力学性能的影响规律，且仅涉及在低于材料再结晶温度的条件下以滑移、孪生等基本形式发生的塑性变形，因为材料冷变形所引起的组织结构变化和力学性能变化可以在变形后保留下来。
首先，冷形变导致晶粒组织呈现方向性，且其程度随变形量的增大而增大。
在形变前显微组织为等轴晶粒，经受较大程度的方向性形变后则导致晶粒沿受力方向伸展，变形程度越大则晶粒被拉得越长。
当变形程度很大时，晶粒不但被拉长，晶粒内部还会被许多的滑移带分割成细的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。
通过对本实验中冷形变后的一组纯铁金相样品以及冷变形黄铜未退火样品的光学显微镜观察可以容易地证实这一点。
而对于冷形变材料中晶体缺陷密度的增大和变化等的观测，光学显微镜是无能为力的；若确实必须进行观测，则需要电子显微镜及其它研究手段才行。
冷变形导致的形变织构的形成等重要微观组织变化特征研究，则更超出了本实验的观测与讨论范围。
1 实验材料及方法1.1实验材料α-Fe:经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形样品各1块，均为经化学浸蚀好的金相样品（光学显微镜观察用），浸蚀剂：4%硝酸酒精。
另备经退火并电解抛光后常温微量变形的α-Fe样品1块，变形后不浸蚀。
Al：经退火和电解抛光后常温微量变形的Al片1组;(变形后不抛磨、不浸蚀)。
Zn：经常温变形且经化学浸蚀好的金相样品1块。
浸蚀剂：HNO3:HCl=1:1。
（光学显微镜观察用）纯Cu：经0%、20%、40%、60%常温变形样品各1块（测量变形量与硬度的对应曲线用）。
金相显微镜，TH320全洛氏硬度计1.2实验方法用金相显微镜直接观察经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形的α-Fe，常温变形的Zn，电解抛光后拉伸的Al。
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金属冷变形的基本理论
1.3.3 冲压成形过程中变形趋向性及其控制
1、变形趋向性(如图1.3.3) 弱区必先变形，变形区应为弱区
2、变形趋向性的控制 ﹡ 改变坯料各部分的相对尺寸
﹡改变模具工作部分的几何形状和尺寸 ﹡改变坯料和模具之间的摩擦阻力
金属冷变形的基本理论
1.1.5金属塑性变形对组织和性能的影响
晶粒形状和方位变化； 产生应力； 产生加工硬化。 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图1.1.1 晶体变形
图1.1.2多晶体的塑 性变形
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.2 塑性变形的力学基础
外力 模具 毛坯 内力 零件
1.2.1 点的应力与应变状态
１.应力：内力的强度，用σ表示。 2.点的应力状态(如图1.2.1) 3.应
4.点的应变状态 空间一点无论受多少个力，都可简化为九个应力分量。在 静力平衡时，根据剪应力互等定理，可简化为六个应力分量。 主平面：剪应力为零的平面。 主应力：主平面上的应力。 《冲压工艺及模具设计》
单向拉伸应力-应变曲线(如图1.2.2)
金属冷变形的基本理论
1.增量理论 d1 d 2 d 2 d 3 d 3 d1 C 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 1 2.全量理论 C 1 2 2 3 3 1
1.4.3 板料的力学性能与冲压成形性能的关系
1、屈服极限 屈服极限 s 小,材料容易屈服,则变形抗力小. 2、屈强比 屈强比小,说明 s值小而 b 值大 3、伸长率 拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率 4、硬化指数 单向拉伸硬化曲线可写成 k n 其中n为硬化指数 5、厚向异性指数 厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应 变之比 b / t 6、板平面各向异性指数 ( 2 ) / 2
3.例：全量理论分析应力应变关系 1) 2 0时， 称平面应变(或称平面变形),由上式可得出:
2 (1 2 ) / 2
2) 1 0, 且 2 3 0时， 材料受单向拉应力,由上式可得:
1 0, 2 3 (1 / 2)1
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1金属塑性变形的基本概念
2塑性变形的力学基础
3各种冲压成形方法的力学特点与分类 4板料的冲压成形性能及冲压材料
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.1金属塑性变形的基本概念
外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分 为弹性变形与塑性变形．
1.1.1塑性变形的物理概念
0 90 45
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.4.4常用冲压材料及其力学性能
黑色金属 金属材料
冲压材料
有色金属
非金属材料 板料：大型零件 条料：中小型零件
坯料类型
卷料：大批量生产的自动送料 块料：少数钢种和有色金属的冲压
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
LK L0 伸长率： 100% L0 A0 A K 100% A0
断面收缩率：
2.变形抗力及其指标 金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为 变形抗力。通常以真实应力作为变形抗力的指标。 《冲压工艺及模具设计》
H0 HK 镦粗率： c 100% H0
1.4.1 板料的冲压成形性能
冲压成形性能: 板料对各种冲压成形加工的适应能力. 抗破裂性、 贴模性、定形性
成形极限
冲压件形状尺寸精度
1.4.2 板料的冲压成形性能试验
1、间接试验（图１.４.２） 伸长率、屈服点、屈强比、硬化指数、 板厚方向性系数、板平面方向性 2、直接试验 胀形成形性能试验、拉深成形性能试验（图１.４.１） 《冲压工艺及模具设计》
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
3．冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值 大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况) （图1.3.2） r 0 , t 0且 r
变形时的硬化现象和硬化曲线
金属冷变形的基本理论
1.硬化现象的表现形式: 材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低.
2.加工硬化的结果 引起材料力学性能的变化.
3.加工硬化有利及不利方面 有利方面:板料硬化能够减小过大的局部变形,使变形趋于均 匀,增大成形极限,同时也提高了材料的强度 不利方面:使进一步变形困难. 4.硬化曲线(如图1.2.3) 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
5.主应变及主应变状态 点的应变状态 主应变状态 6.体积不变定律 1 2 3 0 该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体 积的变化。
三个推论：
﹡塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化； ﹡不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个 主应变的符号相反； ﹡已知两个应变就可求第三个应变。 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.2.2 屈服准则（塑性条件）
屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某
点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。 1.屈雷司加准则 2.密席思准则 3.工程上常采用屈服准则通式：
1 2 s
《冲压工艺及模具设计》
1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系
0 r , t 0且 r
4．冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大 于拉应力的绝对值。 (可以分为以下两种情况)
r 0 , t 0且 r 0 r , t 0且 r
1.3.1 变形毛坯的分区(如图1.3.1) 1.3.2 变形区的应力与应变特点
1． 冲压毛坯两向受拉应力的作用 (可分两种情况)：
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
（图1.3.2Ⅰ象限）
2．冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 （图1.3.2Ⅲ象限）
1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的因素
1.影响塑性的因素 内因 ：化学成分的影响；组织结构的影响 外因：变形温度 ；变形速度 ；变形的应力状态 2.影响金属变形抗力的主要因素 1)化学成分及组织的影响 2)变形温度对变形抗力的影响(如图1.1.3) 3)变形速度对变形抗力的影响 4)变形程度对变形抗力的影响 5)应力状态对变形抗力的影响
外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起 金属形状和尺寸的变化。
1.1.2塑性变形的基本方式
滑移 \孪生 \多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变 形织构）(如图)
《冲压工艺及模具设计》
1.1.3金属的塑性与变形抗力
金属冷变形的基本理论
１.塑性及塑性指标 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而 不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标
﹡改变坯料局部区域的温度
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
A－变形区；B－传力区；C－已变形区 图１.３.３ 变形趋向性对冲压工艺的影响
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.4 板料冲压成形性能及冲压材料
金属冷变形的基本理论
图1.2.1 点的应力状态 a)任意坐标系; b) 主轴坐标系
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.２.２ 单向拉应力－应变曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.２.３ 几种常用冲压板料的硬化曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.3 各种冲压成形方法的力学特点与分类
图１.４.１ 拉深试验试样
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.４.２拉伸曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》