金属的热变形
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真实应力-应变曲线上，真应力几乎不随变形程度的 增加而变化。
超塑性材料的条件应力-应变曲线
超塑性材料的真实应力-应变曲线
2、流动应力(真应力)对变形速率极其敏感
特征方程： c—决定于试验条件的材料常数； m—应变速率敏感性指数。它反映材料抗局部收缩或产 生均匀拉伸变形的能力。 m 是表征超塑性的一个重要指标。 m值大，流动应力会随应变速率的增大而急速增大。 如试样某处有局部缩小，该处应变速率加大，继续变 形所需应力也随之剧增，阻止了该处断面的继续减小，促 使变形向别处发展而趋于均匀，最终获得更大的伸长率。 m=1，上式即为牛顿粘性流动公式，c为粘性系数。普 通金属，m=0.02~0.2；超塑性金属，m=0.3~1.0；m值越大， 伸长率越大。
组织稳定，则在变形过程中，晶粒长大速度 缓慢，以便在保持细晶的条件下有充分的热变形 持续时间
六、组织变化和对力学性能的影响
1、组织变化 变形后晶粒虽有些长大，但仍为等轴晶，晶粒未变形拉 长； 在试样抛光表面上不出现滑移线，没有亚结构的形成和 位错密度的增加； 有显著的晶界滑移痕迹，在许多情况下，晶界或相界处 形成空洞.
铝在400℃挤压所形成的动态回复亚晶
a)光学显微组织（偏振光 430×）；b)透射电子显微组织
影响亚晶尺寸的因素：
形变温度：形变温度高，亚晶尺寸大；
形变速率：形变速率小，亚晶尺寸大。
应变与回复同时进行，避免了冷加工效果的积 累，位错密度较冷变形时低。
动态回复产生的亚组织，不能靠综合冷加工和 静态回复两个过程迭加得到。
εc—开始发生动态再结晶的 临界变形量。
真应力
热冲压原理
热冲压原理热冲压是一种利用热变形原理进行成形的工艺方法，它是将金属材料加热到一定温度后进行成形的过程。
在这个过程中，金属材料会发生热变形，从而达到所需的成形效果。
下面将详细介绍热冲压的原理。
一、热冲压的基本原理1.1 热变形原理热变形是指在高温下，材料因受到应力而发生塑性变形的现象。
在高温下，金属材料的晶粒会发生较大的位错活动和扩散现象，从而使其塑性增强。
这种增强效应可以使金属材料在受到应力时更容易发生塑性变形。
1.2 热冲压工艺流程热冲压工艺流程包括：原材料切割、预加工、加热、成形和后处理等环节。
其中，加热环节是整个过程中最为关键的环节之一。
通过加热可以使金属材料达到足够高的温度，从而使其发生塑性变形。
二、热冲压的主要特点2.1 成形精度高由于热冲压工艺采用的是加热后成形的方式，因此可以使金属材料发生较大的塑性变形，从而达到较高的成形精度。
2.2 成形效率高相比于传统的冷冲压工艺，热冲压工艺具有更高的成形效率。
这是因为在加热后，金属材料更容易发生塑性变形，从而可以在较短的时间内完成成形过程。
2.3 适用范围广热冲压工艺适用于各种不同类型的金属材料。
例如铝、镁、钛等轻合金材料以及不锈钢、铜、铁等常规金属材料都可以采用热冲压工艺进行成形。
三、热冲压的应用领域3.1 汽车制造业汽车制造业是热冲压应用最广泛的领域之一。
在汽车制造中，许多零部件都需要采用热冲压工艺进行成形。
例如车身件、底盘件、发动机件等。
3.2 电子制造业在电子制造业中，热冲压工艺也得到了广泛的应用。
例如手机、电视、电脑等电子产品中的金属外壳、散热片等部件都可以采用热冲压工艺进行成形。
3.3 航空航天制造业在航空航天制造业中，热冲压工艺也是一种重要的成形方法。
例如飞机发动机叶片、涡轮盘等部件都需要采用热冲压工艺进行成形。
四、总结综上所述，热冲压是一种利用热变形原理进行成形的工艺方法。
它具有成形精度高、成形效率高和适用范围广等优点，在汽车制造、电子制造和航空航天制造等领域都得到了广泛应用。
金属切削过程中的三个变形区
金属切削过程中的三个变形区金属切削过程是工业生产中不可或缺的生产工艺之一，它是制造各种零部件的基础。
而在这一过程中，金属材料受到了各种形变和力的影响，这些变形对于零件的质量和加工精度具有很大的影响。
在金属切削过程中，主要涉及三个变形区，它们包括：塑性变形区、热变形区和弹性变形区。
一、塑性变形区金属材料在受到外力的冲击时，往往会发生一定的体积变形，称为塑性变形。
塑性变形区主要发生在工件表层，并且具有一定的深度，常常是厚度的几个百分点。
在这个区域中，金属材料受到了很大的塑性变形，导致晶体的再定向和晶界滑移，原有的晶粒被分解成了更小的晶粒，而这些新生的晶粒往往具有更优良的力学性能和加工性能。
二、热变形区金属在加工过程中会产生热量，这些热量会使得工件表面温度升高，形成热变形区。
热变形区主要是针对高速切削，刀具与工件接触的区域受到的温度热力大，导致金属材料发生热膨胀和热软化。
这个区域内的晶粒被高温的热力影响下重新排列，晶界出现了位错、导致晶体再定向，从而改变了材料力学性能，对于提高精度和表面质量有很大的影响。
三、弹性变形区弹性变形区主要是针对较低速切削。
在这个区域中，金属材料受到外力的冲击时，会产生一定的表层弹性变形，但是后者又会回复到初始状态。
这个区域中，金属材料受到的变形相对较小，不会引起晶界滑移和晶粒再定向，但是也会对后续的加工和表面质量产生一定的影响。
总的来说，塑性变形区、热变形区和弹性变形区在金属切削过程中都有着不同的作用，对于后续加工、表面质量和零件的精度都有着很大的影响。
因此，在进行金属切削过程中，需要根据不同的加工要求来选择合适的切削条件，以减少变形，提高零件的精度和表面质量。
冲压件中的热变形与退火处理
冲压件中的热变形与退火处理在制造业中，冲压件扮演着至关重要的角色，它们广泛应用于汽车、电子、家电等行业。
冲压件的制造过程中，热变形和退火处理是关键的工艺步骤，对冲压件的质量和性能具有重要影响。
本文将探讨冲压件中的热变形和退火处理的原理和应用。
一、热变形与冲压件的关系1. 热变形的概念热变形是指将金属在高温下加工成所需形状的过程。
在冲压件的制造过程中，由于冷态冲压会导致金属在形状上发生变化，破坏了设计所要求的精度和形状，因此需要利用热变形来解决这个问题。
2. 热变形的原理热变形的原理是通过将金属材料加热至高温，使其发生塑性变形，然后迅速冷却以固定所需形状。
通过高温的作用，金属材料的晶体结构发生变化，使其具有更好的塑性和可变形性，从而实现精确的形状和尺寸。
3. 热变形在冲压件制造中的应用在冲压件的制造过程中，常用的热变形方法有淬火、钝化、退火等。
淬火可以提高冲压件的硬度和强度，钝化可以提高冲压件的耐腐蚀性能，而退火则可以降低冲压件的硬度和强度，使其更容易变形。
热变形的应用可以有效地提高冲压件的形状精度和尺寸一致性。
二、退火处理对冲压件的影响1. 退火处理的概念退火处理是指将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却至室温，以改善材料的组织结构和性能的工艺。
在冲压件的制造过程中，退火处理是不可或缺的步骤，可以改善冲压件的硬度、强度、塑性和脆性等性能。
2. 退火处理对冲压件性能的影响退火处理可以改善冲压件的晶体结构，使其处于较稳定的状态，从而提高其硬度、强度和塑性。
通过控制退火过程中的温度、时间和冷却速率等参数，可以调整冲压件的硬度和强度，使其达到设计要求。
此外，退火处理还可以减少冲压件的内应力、改善其腐蚀和疲劳性能。
3. 退火处理的方法常见的退火处理方法有全退火、间歇退火、连续退火等。
全退火是将冲压件加热到足够高的温度，然后缓慢冷却至室温的过程。
间歇退火是指将冲压件加热到一定温度，然后迅速冷却至一定温度后再缓慢冷却，以改善材料的机械性能。
钛合金热变形
钛合金热变形
钛合金是一类特殊的金属合金，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优异性能。
在高温条件下，钛合金可能发生热变形，这是由于高温下金属晶格结构的改变和原子热运动的增强导致的。
热蠕变（Creep）：在高温和应力作用下，钛合金可能会发生热蠕变。
这是一种渐进性的塑性变形，主要是由于晶格内部的原子滑移导致的。
热蠕变的发生速率与应力、温度和合金的化学成分等因素密切相关。
高温氧化：高温下，钛合金容易与氧气发生反应，形成氧化物。
这种氧化可能导致表面的脆化和剥落，进而影响合金的性能。
晶粒长大：在高温条件下，钛合金的晶粒可能会发生长大。
这种现象可能导致材料的塑性降低和抗拉强度下降。
为了减缓钛合金的热变形，可以采取以下措施：
合金设计：通过调整合金的成分，可以改变其晶格结构和相变温度，从而提高其高温稳定性。
表面涂层：对钛合金进行表面涂层，可以提高其耐高温氧化的
能力，减缓氧化对合金性能的影响。
热处理：通过合适的热处理工艺，可以调整合金的晶粒结构，改善其高温性能。
总的来说，了解钛合金的热变形特性对于在高温环境下使用这类材料的工程应用至关重要。
合理的材料选择、设计和工艺控制可以最大程度地减缓钛合金的热变形，保障其在高温环境下的可靠性和稳定性。
热变形系数
热变形系数
热变形系数是一个物质在受热后发生尺寸变化的程度的量化指标。
它描述了物质在温度变化下产生的线膨胀或收缩的能力。
热变形系数通常表示为α（alpha），单位为每摄氏度（℃）。
它可以根据物质的不同性质和应用情况而异。
对于线膨胀，热变形系数定义为材料长度变化与温度变化之比。
如果材料受热而增长，则热变形系数为正值；如果材料受热而收缩，则热变形系数为负值。
一般来说，金属材料的热变形系数较大，而非金属材料（如陶瓷）的热变形系数较小。
热变形系数的计算公式为：
α=ΔL/(L0*ΔT)
其中，α表示热变形系数，ΔL表示长度变化，L0表示原始长度，ΔT表示温度变化。
需要注意的是，热变形系数通常是在一定温度范围内有效，因为不同材料在不同温度范围内可能表现出不同的热膨胀特性。
此外，热变形系数也可能随着温度的变化而发生变化。
因此，在具体应用中，需要根据实际情况选择合适的热变形系数数据。
1。
冷、热变形金属的组织与性能变化
苏铁健1. 冷变形金属的组织变化（1）点缺陷（空位）密度增加位错在外力作用下攀移的结果；（2）位错密度增加金属塑性变形时，位错源在外力作用下不断产生新的位错；（3）晶粒碎化塑性变形足够大时，出现位错缠结并进一步发展形成位错胞结构（中心位错密度低，胞壁处位错密度很高），使得晶粒分割成很多极小的碎块，称为晶粒碎化；剧烈冷变形金属中的位错胞（4）纤维组织随着变形量增加，晶粒沿着最大变形方向伸长，最后成为细条状，这种变形组织称为纤维组织；（5）变形织构塑性变形量足够大时，各软取向晶粒逐渐转向为硬取向晶粒，各晶粒的取向逐渐趋向一致，这种组织称为变形织构。
变形前变形后的纤维组织变形织构1）加工硬化金属随着变形量增加，其强度与硬度增加，塑性降低的现象。
原因：塑性变形中位错密度和点缺陷密度增加，使得位错滑移更为困难；软取向晶粒朝着硬取向变化。
加工硬化是不能用热处理强化的金属材料（如奥氏体不锈钢制品）提高强度的主要途径。
2）产生残余应力塑性变形在宏观和微观上的不均匀性，造成卸载后仍在其内部留存应力，称为残余应力。
根据其作用范围大小分为：宏观残余应力（第一类残余应力）遍及整个材料微观残余应力（第二类残余应力）晶粒尺度点阵畸变（第三类残余应力）晶粒内部第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。
而第一、二类内应力一般都使金属强度降低。
3）出现各向异性塑性变形产生的各晶粒取向趋于一致的组织，即变形织构，导致其力学、物理等性能呈现方向性（不同方向性能不同）。
板料的织构使板料沿不同方向变形不均匀，冲压成的零件边缘出现凹凸不平的形状，称为制耳现象。
板料冲压件的制耳现象4）物理、化学变化电阻率提高；密度下降；耐蚀性降低。
加热会增强原子的活动能力，使金属的组织和性能会通过回复、再结晶等一系列变化过程重新回到冷变形前的状态。
1）回复组织变化——加热温度较低时，原子将获得一定扩散能力。
通过原子的扩散，点缺陷密度下降，位错形成亚晶界。
金属材料高温变形行为模拟与失效分析方法
金属材料高温变形行为模拟与失效分析方法高温变形行为模拟与失效分析是金属材料研究中的重要课题之一。
在高温环境下，金属材料的性能和行为会发生显著的变化，因此需要进行相应的模拟和分析，以便更好地理解、预测和控制材料的高温变形和失效行为。
本文将介绍金属材料高温变形行为模拟与失效分析的方法。
一、高温变形行为模拟方法1. 热变形试验热变形试验是研究金属材料高温变形行为的重要实验手段。
它通过在高温条件下进行材料的拉伸、压缩、扭转等变形试验，来模拟和研究材料在高温下的变形行为。
常用的热变形试验方法有热拉伸试验、热压缩试验和热扭转试验等。
2. 热力学建模热力学建模是利用物理、数学和计算机模拟等方法，建立金属材料高温变形行为的数学模型。
通过对材料的热力学性质、塑性行为和组织变化等进行建模和仿真，可以预测材料在高温下的变形行为。
常用的热力学建模方法有有限元分析、计算流体力学等。
3. 材料本构模型材料本构模型是用来描述金属材料高温变形行为的数学模型。
它通过对材料的应力-应变关系进行建模，来模拟和预测材料在高温下的变形行为。
常用的材料本构模型有弹性模型、塑性模型和粘塑性模型等。
二、失效分析方法1. 断裂力学分析断裂力学分析是研究金属材料高温失效行为的重要方法之一。
它通过对材料的断裂行为进行力学分析，来研究和揭示材料在高温下的失效机制。
常用的断裂力学分析方法有线性弹性断裂力学、塑性断裂力学和破裂力学等。
2. 组织分析金属材料的组织对其高温变形和失效行为有着重要的影响。
因此，通过对材料的组织进行观察和分析，可以揭示其高温变形和失效机制。
常用的组织分析方法有金相显微镜观察、扫描电镜观察和透射电镜观察等。
3. 数值模拟数值模拟是利用计算机和数值计算方法，对金属材料高温变形和失效行为进行模拟和分析的方法。
通过建立相应的数学模型和计算模型，可以预测材料在高温下的变形和失效行为。
常用的数值模拟方法有有限元分析、计算流体力学和分子动力学模拟等。
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动态回复组织的性能： 强度较冷变形组织低，较静回复和再结晶组 织强度高，因为材料屈服强度随亚晶粒的细化而 提高。 保留动回复组织，已应用于提高铝镁合金挤 压型材的强度。 易发生动态回复的金属： 层错能高的金属，如Al、Al合金、纯铁、铁 素体钢等，其位错的交滑移和攀移容易进行。 层错能低的金属，在变形量较小时，通常也 只发生动态回复。
WC =0.3%的碳钢铸态和锻态力学性能比较
状态 σb(Mpa) σ0.2(Mpa) δ(%) φ(%) ak(J/cm2)
这一过程不断重复，并呈周期性的变化，曲 线呈波浪状，其周期大体相同，但振幅逐渐衰减。
真应 力
动态再结晶阶段的应力-应变曲线 a)应变速率的影响；b)变形温度的影响
2、组织结构的变化
显微组织： 非常细小的等轴晶粒，晶内还有 细小的亚晶和一定程度的位错缠结。 形核及长大方式： 与静态再结晶类似。 原因： 动态再结晶形核长大期间，同时 进行着形变，未再结晶区不断有动态 再结晶晶核形成，并只发生有限的长 大；已再结晶的晶内继续遭受变形， 可重复发生动态再结晶。
பைடு நூலகம்
真应 力
常数
T=常 数
真应 变 发生动态回复时的真应力 -
真应变曲线特征
/ s 1
8.0×1 0-1 6.0×1 0-2 6.0×1 0-3 1.5×1 0-4
当温度一定，变形 速率增大时，曲线整体 向上移动，即稳定流变 的应力增大； 当变形速率一定， 温度升高时，曲线整体 向下移动，即稳定流变 应力下降；
发生动态再结晶时的 真应力-真应变 曲线 的特征
低应变速率，较高温 度下：间断动态再结晶. 应变速率低，位错增 殖速度小，在发生动态再 结晶引起软化后，位错密 度来不及增长到足以使再 结晶达到与加工硬化相抗 衡的程度，故重新发生加 工硬化，曲线上升，直到 位错密度积累到又能使再 结晶占据主导地位时，曲 线才又下降。
二、热变形
1、热加工与冷加工
热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。 实质：变形中加工硬化与动态软化同时进行 的过程。 动态软化包括：动态回复和动态再结晶。 冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。 冷、热加工不能以加工温度的高低来区分， 而应根据其再结晶温度来判定。
例：钨，T再=1200℃，1000℃的加工仍属 冷加工； 而铅， T再<15℃，20℃时的加工变形应属 热加工。 热加工时，有动态软化可以消除加工硬化(至 少部分消除)，因此热加工中金属一直保持较高的 塑性，可连续地进行大变形量加工。 主要用于截面尺寸较大、变形量较大的产品， 以及脆性较大的金属材料。 温度高，流变强度下降，形变阻力小，动力 消耗较少。
动态回复阶段的应力-应 变 曲线（工业纯铁， 700℃）
2、组织结构的变化
显微组织：晶粒沿着变形方向伸长而呈纤维状。
铝在400℃挤压所形成的纤维组织（纵向，偏振光 ）40×
亚组织：等轴的亚晶粒。 变形开始阶段，加工硬化效果强，位错密度 增加，金属形成位错缠结和位错胞，构成亚晶界。 因为是在高温下变形，位错可通过攀移、交 滑移，使异号位错相遇，彼此抵消而破坏已形成 的亚晶界；同时在另一些地方又有新的亚晶界形 成，从而保持恒定的亚晶平均尺寸。
铝在400℃挤压所形成的动态回复亚晶 a)光学显微组织（偏振光 430×）；b)透射电子显微组织
影响亚晶尺寸的因素：
形变温度：形变温度高，亚晶尺寸大； 形变速率：形变速率小，亚晶尺寸大。 应变与回复同时进行，避免了冷加工效果的积 累，位错密度较冷变形时低。 动态回复产生的亚组织，不能靠综合冷加工和 静态回复两个过程迭加得到。 动态回复亚组织：位错密度较高，亚晶尺寸较 小； 冷加工+静态回复亚组织：位错密度较低，亚 晶尺寸较大。
易发生动态再结晶的金属： 层错能低的面心立方金属，如：Cu、Ni、γ-Fe及奥氏 体不锈钢等，其位错的交滑移和攀移难进行。 动态再结晶组织的性能： 强度低于动态恢复组织的强度，但高于静态再结晶后 的强度。因为晶内还有位错缠结。 控轧控冷： 较高应变速率下，材料中始终有动态再结晶晶核存在， 热变形后在高温停留时间长了，要发生静态再结晶和晶粒 长大。 因此，要将热变形获得的细小晶粒保留下来，要控制 热变形的终止温度和热变形后的冷却。如控轧控冷工艺。
镍在 934℃形变时通过 动态再结晶形成的再结 晶晶粒中的缠结位错 （透射电子显微组织）
1.63 102 sec1 ， 7.0) (
镍通过动态再结晶与静态 再结晶所形成的晶粒尺寸 与流变应力之间的关系
影响动态再结晶晶粒尺 寸的因素： 流变应力：流变应力越高， 动态再结晶后晶粒尺寸越小。 应变速率：应变速率越高， 晶粒尺寸越小。 变形温度：形变温度低， 晶粒尺寸小。 变形程度：变形程度大， 晶粒尺寸小。
金属的热变形
一、动态回复与动态再结晶
前面讨论的回复和再结晶是在金属冷变 形后的加热过程中发生的，称为静态回复和 静态再结晶。
金属在较高温度下变形时，也能发生回 复和再结晶，称为动态回复与动态再结晶。
㈠动态回复
动态回复：材料在变 形过程中发生的回复。 1、应力-应变曲线
第Ⅰ阶段：微应变阶段 (直线)，总应变量<1%; 第Ⅱ阶段：起始流变阶 段，屈服，有加工硬化; 第Ⅲ阶段：稳定流变阶 段，加工硬化率为零, 曲线转 为水平。
㈡动态再结晶
1、真应力-真应变曲线 高应变速率，较低温度下： 连续动态再结晶。 0<ε<εc：加工硬化阶段； εc<ε<εs：动态再结晶初始阶 段； ε>εs：稳定流变阶段，(形变 硬化与再结晶软化达到动态 平衡)。 εc—开始发生动态再结晶的 临界变形量。
真 应 力
发生动态再结晶时的真应力-真应变 曲 线的特征
三、热加工对金属组织和性能的影响
1、提高材料致密性和力学性能
热加工可消除铸造材料中的某些缺陷，如焊 合气孔、疏松；部分消除偏析；打碎粗大的柱 状晶和树枝晶；改善夹杂物或脆性相的形态与 分布。
提高材料的致密性，细化晶粒，提高材料的 力学性能，特别是塑、韧性比铸态有显著提高。 受力复杂，负荷较大的重要工件，都要经过 热加工。