第四讲钛的压力加工原理.doc

第四讲 钛的压力加工原理一、金属压力加工施加外力，迫使金属改变形状、尺寸及性能的工艺过程。压力加工形式多样：锻造、轧制、拉拔、挤压、旋压等轧制有：轧板、轧棒、轧管、轧环、轧型材本节讨论它们的共性问题！ 二、金属变形条件（1）外力：拉应力、压应力、切应力分切应力是直接产生金属变形的力（2）温度：它影响金属的变形能力热加工：T再以上加工，可产生动态再结晶温加工：T再以下一定温度，可产生“恢复”的加工冷加工：室温下加工，可产生严重加硬化（3）设备：施加外力的设备，如锻锤、轧板机、挤压机（4）模具：它约束金属的变形行为。 如“弧形砧”、拉丝模、挤压模等（5）外摩擦：它影响金属表面的变形行为涉及摩擦系数，工具摩损及润滑问题。它是易被忽视的因素。磨擦力大小，有利也有弊。如：动轧机轧辊表面刻痕，可增大磨擦力，咬入角。冷轧机轧辊抛光，可降低薄板轧制力，提高产品精度。三、金属结构多层次微观结构（1）晶粒、孔洞、夹杂、裂纹 肉眼 、放大镜可见（2）显微组织、第二相、晶界 显微镜观察 等轴、魏氏、网篮、双态组织、带状组织（3）亚晶、亚晶界 电镜观察（4）空位、溶质原子 X射线分析、超高倍电镜（5）晶体线缺陷（位错） X射线分析、超高倍显微镜四、金属变形的宏观表现（1）形状与尺寸的改变，板、带、棒、线等产品形成（2）材料性能的变化，包括力学、物理、化学性能变化力性：强度升高，塑性下降，内应力物性：电阻升高，导电率下降化性：耐蚀性下降变化的本质：原子的移动，晶体结构变化，晶格畸变，微观结构改变。五、金属变形的微观机制1、金属晶体 是金属原子依靠金属键结合而成的。是依靠各正离子与“电子气”间的相互引力结合起来的。2、金属塑性变形 是晶体中原子发生相对位移的结果。是晶体中原子发生有序移动的结果。3、变形从局部滑移开始（相对错动而不是正面分离）4、滑移从最有利的位相开始。5、滑移从滑移阻力最小的晶面开始。6、滑移从最密排面（面间距最大的面开始）。7、滑移从最密排方向开始8、滑移通过位错运动而进行的。位错主要是刃型位错，是结晶时天然形成的。9、位错易动，滑移所需的临界分切应力很小高纯钛：棱柱面 b=20MPa 基面b=85MPa10、多个滑移系参与滑移，大量位错运动，产生宏观变形。六、加工硬化（1）加工硬化是指随着塑性变形程度的增加，金属材料张度、硬度增加而塑性、韧性下降的现象。例如：TA2、TC4加工硬化曲线 （2）加工硬化是由于位错密度增加，发生位错的大量塞积和缠绕，位错相互作用，位错与溶质原子作用，位错与第二作用。 （3）加工硬化是晶体缺陷大量增加的结果。 （4）通过退火，原子回到平衡位置，减少或消除晶格畸变，可以消除加工硬化。 （5）位错在障碍物（如晶界）前塞积，可形成微裂纹。 微裂纹长大，扩展成裂纹，造成金属断裂。 （6）金属断裂形式有多样。七、影响金属变形的因素7.1 加工温度（1）温度升高，原子间结合力下降，位错运动阻力减小，变形抗力下降，塑性提高。（2）加工工艺塑性图表征变形抗力，塑性与温度关系（3）钛的开坯锻造，都在区高温下进行。主要是为降低锻造抗力。降低设备吨位，减小投资。7.2 应变速率应变速率越高，变形抗力越大。TC6变形抗力与应变速率及温度关系变形温度不同应变速率下变形抗力MPa10-21101027002904995135278009001000110016446482应变速率体现在挤压速度，拉抗速度，轧制速度，锻造速度等。板材轧制速度 15m/秒管、棒材挤压速度 50120mm/秒线材轧制速度 12mm 46 m/秒5.5mm 55 m/秒速度过低，冷却降温快，不能连续轧制；速度过高，产生“过热组织”，恶化产品性能。7.3 设备与变形方式设备不同，变形方式不同，变形速率不同。以锻造为例：自由锻造（常规锻造），热模锻造，等温锻造，锻造的加工温度（相对温度）与变形速率（加压时间）的比较7.4 模具模具影响金属的受力与金属的流动。塑性变形的三大基本规律。（1） 体积不变形定律（2） 最小阻力定律（3） 不均匀变形模具材质和技术参数锻造砧：砧面长宽比轧辊：直径、辊型（凸度）挤压模：进出口及定径带尺寸。7.5 摩擦力与润滑自由锻造时，摩擦力造成变形不均，四个变形区1.2 难变形区 3.4自由变形区 5 易变形区玻璃润滑可显著降低摩擦系数无润滑剂时 摩擦系数 0.5玻璃润滑时 摩擦系数 0.040.06钛挤压采用钢、铜做包套，有润滑与保温双速作用。不同工模具和不同加工温度要选择不同润滑剂八、钛合金的动态再结晶与超塑性（1）动态再结晶在高温下变形，一方面产生晶体缺陷，产生加工硬化，另一方面会产生恢复和再结晶，使材料软化。如果变形速度比较慢，（如等温模锻）再结晶得以充分进行。在适当条件下，加工硬化与再结晶达到平衡，这种再结晶称为动态再结晶。动态再结晶降低材料变形抗力。等温锻造所需的锻造力只需有普通锻造的1/