金属压力加工工艺基础知识

依靠各晶粒内的滑移实现金属塑性变形
2.多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形分为晶内变形和晶间变形。
晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶粒之间相互 移动或转动称为晶间变形。
多晶体金属的塑性变形抗力与组成晶体的晶粒 大小有关，金属晶粒越细小，金属的塑性变形抗力 越大，金属的强度越高
二、塑性变形后金属的组织和性能 （一）冷塑性变形与热塑性变形 冷塑性变形（冷变形加工）：金属的塑性变形在低 于再结晶温度状态下进行 热塑性变形（热变形加工）：再结晶温度以上进行 的塑性变形
塑性指标反映金属材料的塑性变形能力，数值 越大，金属材料的塑性越好
1.单晶体的塑性变形-滑移、孪生 滑移：晶体两部分间沿一定晶面上的一定方向发生 的相对滑动 实质：切应力作用下，位错沿滑移面的运动 孪生：切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部 分以一定的晶面及晶向产生的剪切变形
孪生后晶体转至新位向，产生有利于滑移位向 的新滑移系，提高晶体的塑性变形能力
第三篇 金属压力加工
塑性成形（plasticity forming） —— 在外力作用下，金属发生塑性变形，
从而获得具有一定形状、尺寸、组织和力学性 能的工件的生产方法，又叫塑性加工或压力加 工。
常见的塑性成形方法： 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。
塑性成形加工的特点： 优点： ➢改善金属的组织，提高金属的力学性能； ➢节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料 的利用率和经济效益； ➢具有较高的劳动生产率 ➢适应性广
（二）冷塑性变形对金属组织、性能的影响 1.产生加工硬化 加工硬化：金属经冷塑性变形后，强度、硬度提 高，塑性、韧性下降的现象 决定作用：位错密度增加，变形量增大，金属的塑 性变形抗力增大，加工硬化现象明显
未变形纯铁
变形20%纯铁中的位错
图3.15
冷变形强化原因：在塑性变形过程中，滑移面上产生许多晶格方向混乱 的微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生畸变，增加继续滑移阻力，继 续变形困难。
形变织构
铝板的“制耳”
3.产生残余应力
残余应力：金属塑性变形中，由于内部变形不均
匀，变形后内部仍残有的应力
弹性应力，金属中处于自相平衡状态
• 宏观内应力 原因：金属表层和心部变形不均匀， 或两部分间变形不均匀
• 微观残余内应力 多晶体中各晶粒位向不同，使各 晶粒间变形不均匀，产生金属晶粒间相互平衡的 残余应力
应使流线与工件工作时所受到的最大拉应力方 向一致，与剪应力或冲击力方向垂直，尽量沿工件 外形轮廓连续分布
实例：当采用棒料直接经切 削加工制造螺钉时，螺钉头 部与杆部的纤维被切断，不 能连贯起来，受力时产生的 切应力顺着纤维方向，故螺 钉的承载能力较弱(如图示 )。
当采用同样棒料经局部镦 粗方法制造螺钉时(如图示)， 纤维不被切断且连贯性好， 纤维方向也较为有利，故螺 钉质量较好。
• 由于位错等缺陷的增加，造成晶格畸变应力，是 使变形金属强化的重要原因
（三）塑性变形金属加热时组织性能变化
1、回复 加工硬化使金属处于不稳定状态 将冷成形后的金属加热至 一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现 象，称为回复。 特点：使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。 消除了晶格扭曲及大部分内应力。力学性能变化不大，强度、硬度 稍有降低；塑性略有提高；内应力大大降低。
有利：强化材料的一种重要手段（自行车链条链片；喷丸；滚压）；许多工艺利用它。
不利：使金属塑性降低，继续变形困难，增大加工能量消耗，通过中间 热处理消除。
2.引起晶体的各向异性 金属发生塑性变形时，
随外形的改变，内部晶粒 形状沿变形方向被拉长、 变扁甚至成细条，金属中 的夹杂物也沿变形方向伸 长，形成所谓纤维组织， 该组织使金属在不同方向 上表现不同性能，产生一 定程度各向异性
回复处理:低温退火或去应力退火。 T回=(0.25~0.3)T熔（K）
2、再结晶（不是相变） 塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的
现象，称为再结晶。 再结晶温度一般为0.4T熔(K)以上 （T回=0.4T熔） 特点： • 再结晶通过形核、长大的方式进行，得到细小均匀等轴晶粒。 • 完全消除了残余应力和加工硬化现象，塑性提高。再结晶退火。 晶粒长大： 如温度继续升高或保温时间延长，晶粒会长大，使塑性、韧性明显下降。
缺点： ➢锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻 造； ➢锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； ➢需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； ➢生产现场劳动条件较差。
第一节 锻压工艺基础
一、金属的塑性变形 金属在外力作用下产生变形，若外力消除后，
变形随之消失，这类变形称为弹性变形。当外力 （达到或超过材料的屈服点）消除后，金属保持了 变形后的成型效果，这类变形称为塑性变形。
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移τ变形示意图
d)塑性变形
a)未变体结构：锌单晶理 论计算：σs=350MPa 实σs=0.1MPa
τ 位错引起滑移变形示意图
d)塑性变形
塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属 晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。
2.消除和改善铸态金属的组织缺陷 使金属铸锭中的气泡缩孔焊合、缩松压实、密度
增加 温度压力作用下，原子扩散速度加快，消除部分
偏析，使成分均匀 将粗大的柱状晶粒与枝晶变为细小的均匀的等轴
晶粒 改善夹杂物、碳化物的形态、大小与分布，金属
致密度提高
三、金属的锻压性能 （一）锻压工艺 锻压：借助于外力作用，使金属坯料产生塑性变 形，从而获得所要求形状、尺寸和力学性能的毛坯 或零件的一种压力加工方法。 锻造和冲压的总称
（四）热塑性变形对金属组织、性能的影响 热塑性变形，不会引起加工硬化，易发生表面
氧化，产品表面质量和尺寸精度较冷塑性变形低 1.形成热变形纤维组织
热变形加工时，金属中粗大枝晶偏析和夹杂物 沿金属流动方向伸长和破碎，形成纤维状，再结晶 过程中，不会改变其纤维状分布，宏观上表现为沿 变形方向出现一条条细线，为热变形纤维组织，称 为流线，沿流线方向强度、塑性和韧性相助大于垂 直方向上的相应性能