金属的热变形探讨
金属材料的热膨胀及热变形行为研究
金属材料的热膨胀及热变形行为研究一、引言金属材料的热膨胀及热变形行为是金属材料研究的重要内容之一。
本文将从理论研究和应用上分别介绍金属材料的热膨胀和热变形行为。
二、金属材料的热膨胀行为研究金属材料的热膨胀是指金属材料受热后的长度、体积发生的变化。
在实际生活和工程应用中，金属材料常常受到温度变化的影响，因而其热膨胀行为的研究至关重要。
2.1 热膨胀理论热膨胀是由于物质分子运动引起的。
当物质受到热能的影响时，其内部分子会发生振动，振动幅度越大，热膨胀就越大。
因此，同样一份材料在不同温度下，其热膨胀会有所不同。
2.2 金属材料热膨胀的影响因素金属材料的热膨胀受到多种因素的影响，例如温度变化、材料本身的热膨胀系数、形状、尺寸以及内部结构等因素。
对于同一种材料，在不同的温度下，热膨胀系数也不尽相同。
2.3 金属材料热膨胀的应用热膨胀是金属材料制造中不可忽略的因素之一，例如在长度测量、工艺设计和材料制造中，都需要对金属材料的热膨胀行为进行精确控制和计算。
此外，在电子元器件的设计和生产中，也需要精确控制金属材料在高温环境下的热膨胀，以确保元器件的工作正常。
三、金属材料的热变形行为研究金属材料在高温下，由于内部分子的热运动和金属的结构变化，会出现热变形现象。
金属材料的热变形行为研究对于金属材料的加工和应用非常重要。
3.1 金属材料的热变形类型金属材料的热变形包括热膨胀、晶粒长大、塑性变形、蠕变等。
其中，热塑性变形是指金属在高温下，受到外力作用后形状产生变化，而又能回到原始形状的现象。
蠕变则是指金属在高温下，受到外力作用后形状被永久改变的现象。
3.2 金属材料热变形的影响因素金属材料热变形受到多种因素的影响，例如温度、应力、时间、材料本身性质等。
在高温下，热变形更容易发生，因此需要对不同材料在不同温度下的变形规律进行研究。
3.3 金属材料热变形的应用金属材料的热变形行为对于金属加工和金属材料应用非常重要。
在金属制造和加工中，需要根据金属材料的热变形特性来选择加工工艺和操作条件。
2-2 金属热态下的塑性变形
图2-25冷变形金属加热时组织和性能的变化
金属塑性成形原理
3．静态回复机理
原子只在晶内作短程扩散，使点缺陷和位错发生运动，改变了晶体缺陷的 数量和分布状态。
金属的强度、硬度有所下降，塑性、韧性有所提高；但显微组织没有发生 明显的变化。
低温回复（0.1～0.3Tm）时，回复的主要机理是点缺陷运动和互相结合，使 点缺陷的浓度下降。
金属塑性成形原理
一、热塑性变形时金属的软化过程
热塑性变形时金属的软化过程比较复杂，它与变形温度、应变速率、变形 程度和金属本身的性质有关，主要有静态回复、静态再结晶、动态回复、动态 再结晶和亚动态再结晶等。
动态回复与动态再结晶：一般将热变形过程中，在应力状态作用下所发生 的回复与再结晶过程称为动态回复与动态再结晶。
金属塑性成形原理
综合上述可知，在整个回复阶段： ✓点缺陷减少，位错密度有所下降，位错分布形态经过重新调整和组合而处 于低能态； ✓位错发团变薄、网络更清晰，亚晶增大；但晶粒形状没有发生变化； ✓整个金属的晶格畸变程度和内应力大为减小，其性能也发生相应的变化。 ✓金属的物理性能有较大恢复，如密度增加、电阻率下降，而力学性能没有 明显变化。
金属塑性成形原理
2）性能变化
回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略 有提高。内应力明显下降。
再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性 明显提高。内应力可完全消除。
晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑 性继续提高，粗化严重时下降。
电阻在回复阶段可明显下降， 密度在回复阶段可明显增加。
根本原因：缺陷密度降低
中温回复（0.3～0.5Tm）时，除了点缺陷的运动，还出现位错发团（晶体位 错的高密度区出现的位错线纷乱纠缠的现象）内部位错重新组合和调整、位错运 动和异号位错互毁，导致位错发团厚度变薄，位错网络清晰，晶界位错密度下降， 亚晶缓慢长大。
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。
金属的热变形
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。
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。
铝合金受热变形温度
铝合金受热变形温度摘要：铝合金在加热过程中可能会发生变形，其变形温度受多种因素影响。
本文将对铝合金的热变形温度进行详细探讨，分析影响变形温度的因素，并阐述其在不同条件下的表现。
一、铝合金的热变形温度概述铝合金在高温下可能会发生变形，这种现象受到许多因素的影响，如合金成分、加工方式、热处理等。
一般来说，铝合金在200度高温下不会变形，但在300度左右会呈现轻微膨胀。
对于精度要求不高的器件，这种影响不大。
然而，对于高精度器件，热变形可能会造成一定的影响。
二、铝合金热变形温度的影响因素1.合金成分：合金中的元素会对热变形温度产生影响。
例如，纯铝的熔点为660度，铝合金的熔点会因合金元素的存在而有所降低。
此外，合金元素还会影响铝合金的加工性能和热稳定性。
2.加工方式：加工方式对铝合金的热变形温度也有重要影响。
如冷变形、热变形等加工工艺会改变铝合金的晶粒结构和组织形态，进而影响其热变形温度。
3.热处理：铝合金在加工过程中，通过热处理（如退火、时效等）可以改变其组织结构和性能。
这些处理方法对铝合金的热变形温度有显著影响。
三、铝合金在不同条件下的热变形表现1.自然时效：在室温下，经过固溶处理或冷变形后的铝合金会随着时间的推移，硬度增加，强度提高，塑性和韧性降低。
这种现象称为自然时效。
2.人工时效：高于室温下进行的时效处理称为人工时效。
通过人工时效，可以进一步提高铝合金的硬度和强度。
3.时效强化：时效处理过程中，过饱和固溶体合金在室温或加热至一定温度保温，使溶质组元富集或析出第二相的热处理工艺。
时效强化是提高合金强度的重要方法。
四、总结铝合金的热变形温度受多种因素影响，如合金成分、加工方式、热处理等。
了解这些因素及其对热变形温度的影响，有助于我们更好地控制铝合金的加工过程，提高产品的质量和性能。
在实际应用中，我们需要根据铝合金的特性以及使用要求，合理选择合适的加工条件和热处理工艺，以实现最佳的效果。
热变形
一、热变形间隙时间内或变形后钢的奥氏体再结晶行为——静态再结晶热加工过程中的任何阶段都不能完全消除奥氏体的加工硬化，这就造成了组织结构的不稳定性。
在热加工的间隙时间里(如轧制道次之间) 或加工后在奥氏体相区的缓冷过程中将继续发生变化，力图消除加工硬化组织，使金属组织结构达到稳定状态。
这种变化仍然是回复、再结晶过程，但是它们不是发生在热加工过程中，所以称静态回复、静态再结晶。
以铌钢为例 (图2-5)〔5〕，当热加工变形达到ε1时，对应的应力为σ1，这时如停止变形，恒温停留τ时间，再次变形，就会发现奥氏体变形应力将有不同程度的降低。
降低的程度与停留时间的温度、停留的时间以及停留前的变形速度、变形程度有关。
如果以σy及σ1分别表示奥氏体的屈服应力及达到变形量为ε1时的应力，以σy′代表变形后恒温保持τ时间以后再次变形发生塑性变形的应力值，则σy′总是低于或等于σ1。
如以在两次变形中间奥氏体软化的数量 (σ1-σy′)与 (σ1-σy)之比称为软化百分数，以x表示之，则：图2-5 奥氏体在热加工间隙内应力-应变曲线的变化(铌钢，1040℃，＝8.0×10-2，ε1＝0.10)当x=1时表示奥氏体在两次热加工的间隔时间里消除了全部加工硬化，全部回复到变形前的原始状态，σy′＝σy这是全部再结晶的结果。
当x=0时表示奥氏体在两次热加工的间隔时间里没有任何程度的软化。
当x处于零到1之间时表示奥氏体在两次热加工的间隔时间里发生了不同程度的回复与再结晶。
下面讨论在热加工过程中已经形成的不同的奥氏体组织结构在热加工的间隔时间里将继续发生怎样的变化。
以0.68%C钢在各种变形量下进行高温变形后保持在780℃时的软化曲线来说明其变化(图2-6)〔5〕。
1) 当ε1远小于εs时 (a点，a曲线)，曲线a表示两次变形间隔时间里软化情况与软化速度。
曲线表明形变一停止软化立即发生，随时间延长软化百分数增大，达到一定程度后软化就停止了。
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金属的热变形探讨
作者：刘思功
作者单位：莱钢中型型钢厂
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