【精品课件】金属塑性成形

四、塑性成形的基本规律
1. 体积不变定律 指金属在塑性变形过程中，其体积保持不变。
2. 最小阻力定律 变形过程中，金属各质点将沿着阻力最小的方向流动。
1 . 可锻性的衡量指标
1）塑性： 材料的塑性越好，其可锻性越好。
2）变形抗力： 材料的变形抗力越小，其可锻性越好。
2 . 影响可锻性的因素 1）金属的化学成分及组织 ①化学成分： 含碳量低，则塑性较好，可锻性就好，一般 纯金属的可锻性好于合金；含有形成碳化物的元素(如W、 Cr等)，则可锻性就差。 ②组织状态：单相固溶体具有良好的可锻性。
加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状 态的倾向。加工硬化的消除方法主要有回复和再结晶。
T回 = （0.25~0.3）T熔 T再 = （0.35~0.4）T熔
根据需要对冷变形金属进行回复处理与 再结晶退火，前者使冷变形金属保持力学 性能(如硬度、强度、塑性等)基本不变， 部分地消除残余应力；后者使冷变形金属 的强度、硬度显著下降，塑性和韧性显著 提高，内应力和加工硬化完全消除，金属 又恢复到冷变形之前的状态，再次获得良 好塑性。
τ
τ
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
2. 多晶体的塑性变形
晶内变形
滑移 孪生
滑动 晶间变形
转动
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
二、塑性变形后金属的组织和性能
• 金属塑性变形时，在改变其形状和尺寸 的同时，其内部组织结构以及各种性能 均发生变化。塑性变形时的温度不同， 金属变形后的组织和性能也有所不同。 因此，金属的塑性变形分为冷变形和热 变形两种。冷变形是指金属在再结晶温 度以下进行的塑性变形；热变形是指金 属在再结晶温度以上进行的塑性变形。
加工硬化在工业生产中很有实用意义。某些不能通过热 处理方法来强化的金属材料．如低碳钢、纯铜、防锈铝、镍 铬不锈钢等，可以通过冷轧、冷拔、冷挤压等工艺，使其产 生加工硬化．以此来提高其强度和硬度或提高其特殊性能。 加工硬化可用于金属强化，但对压力加工不利，使金属变形 抗力增加．继续变形困难。
3） 回复处理与再结晶退火
第二章 塑性成形－压力加工
概述
塑性成形又称压力加工。它是利用金属在外力作用下产生 的塑性变形．以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料 (如金属型材、板材、管材和线材等)、毛坯或零件的生产方法。
压力加工可生产出各种不同截面的型材(加板材、线材、 管材等)和各种机器零件的毛坯或成品(如轴、齿轮、汽车大梁、 连杆等)。
1.冷变形后金属的组织和性能
1）组织变化的特征：
①晶粒沿变形最大方向伸长；
②晶格与晶粒均发生畸变； ③晶粒间产生碎晶。
2）性能变化的特征：
加工硬化：
原因
随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不 断下降。
单晶体发生晶内 滑移，使晶格扭曲， 内应力增大，即滑移 阻力增大；晶粒间有 碎晶．使品粒滑动阻 力增大．结果使得进 一步变形困难，
1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。的实质
各种压力加工方法，都是通过对金属材料施加外力，使 之产生塑性变形来实现的。单晶体的塑性变形形式主要 有滑移和孪生两种。
1.单晶体的塑性变形
1）滑移：
晶体的一部分τ相对一部分沿一τ定的晶面发生相对滑动。但
实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。
2）工艺条件
①变形温度： T温越高，材料的可锻性越好。
②变形速度： V变越小，材料的可锻性越好。
③应力状态：
塑
性、
三向压应力—
变
形
塑性最好、变形抗
抗
力最大。
力
变形抗力
三向拉应力—
塑性最差、变形抗 力最大。
塑性
vc v
锻造温度范围
始锻温度： 过热、过烧 缺陷 终锻温度： 加工硬化
45: 1200℃~800℃
1）不产生加工硬化
2）使组织得到改善，提高了力学性能
① 细化晶粒； ② 压合了铸造缺陷； ③ 组织致密。 3）形成纤维组织
钢锭是压力加工中的原始毛坯，其 内部存在着不溶于基体金属的非金属 夹杂物。这些夹杂物在热变形中，将 随金属品粒的变形方向被拉长或压 扁．呈纤维状。当金属再结品时．被 压碎的晶粒恢复为等轴细晶粒．而纤 维状夹杂物无再结晶能力．仍然沿被 拉长方向保留下来，形成纤维组织。
造
下砥 铁
模 锻
➢板料冲压（又称薄板冲压和冷冲压）
➢ 轧制、挤压
➢拉拔和冷镦
塑性成形（压力加工）的特点
1．力学性能高 1）组织致密； 2）晶粒细化； 3）压合铸造缺陷； 4）使纤维组织合理分布。
2．节约材料 1）力学性能高，承载能力提高； 2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。
3．生产率高 4．适用范围广
纤维组织的稳定性很高， 靠通常的热处理无法消除。 只有经过锻压使金属变形， 才能变其方向和形状。因 此，在设计和制造零件时， 为使零件具有良好的力学 性能，应根据零件的工作 条件，正确控制金属的变 形流动和流线在锻件中的 分布。
纤维组织具有各向异性的特点：
（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的塑性、韧性提 高，抗拉强度增加。
用于压力加工的金属必须具有良好的塑性。各种钢 材与大多数有色金属及其合金都具有—定程度的塑 性．可以在不同温度下进行压力加工。但铸铁等脆性 材料，以及形状复杂特别是具有形状复杂内腔的零件 或毛坯(如箱体)，难以用压力加工方法制造。
塑性成形加工的方法有：
➢锻造加工： 自由锻造和模锻
上砥 铁
自
由坯
锻料
（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的塑性、韧性下 降，抗剪能力提高。
为了充分利用纤维组 织的性能．设计制造 零件应尽量使零件受 最大拉应力方向与纤 维方向一致．受最大 剪切应力方向与纤维 方向垂直，并使纤维 方向与零件的轮廓相 符合而不被切断。
三、金属的可锻性
是金属材料在压力加工时成形的难易程度。
塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结品，变为等轴品粒，这一过程 称为再结品。即温度再增加．金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质为结 鼎核重新结品成新的晶粒，从而完全消除加工硬化。
部分原子回复到正常排列位置、减轻了晶格 扭曲，消除了部分加工硬化。即强度、硕度 略有下降，塑性、韧性略有提高
2.热变形后金属的组织和性能