第七章 金属塑性成型(一-理论基础)

第七章金属的塑性成型 固态金属在外力作用下 发生塑性流动 通过这种塑性变形 获得具有一定几何形状 尺寸和性能的毛坯 或零件 的成型方法 即 锻造 在工业生产中称为金属压力加工 压力加工方式 主要用于生产重要零件毛坯 自由锻模锻板料冲压挤压轧制拉拔 主要生产薄壁件 主要生产不同形状的截面的型材 能改善金属组织 提高金属的力学性能可提高材料的利用律生产效率比较高可获得精度比较高的毛坯 甚至零件 不能加工脆性零件 压力加工件的特点 7 1金属的塑性成型工艺基础 一 金属塑性变形概念1 基本概念 变形 金属在外力作用下所引起的形状和尺寸的改变 金属的塑性 金属材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力 变形抗力 抵抗变形的能力 金属的塑性成型性能 可锻性 衡量金属压力加工工艺性优劣的主要指标 包括塑性和变形抗力两个方面 2 金属塑性变形的基本规律 金属塑性变形过程的两个阶段弹性变形阶段 金属在某一程度的外力作用下 其内部产生应力 使原子离开原来的平衡位置 原子间的相互距离发生改变使得金属变形 外力停止作用后 应力消失 变形也随之消失 塑性变形阶段 当外力增大到使金属内部产生的应力超过该金属的屈服点 使其内部原子排列的相对位置发生不可逆转的变化而导致金属变形 外力停止作用后 变形也不消失 最小阻力定律金属在塑性变形过程中 如果金属质点有向几个方向流动的可能时 则金属质点将向阻力最小的方向流动 加工硬化金属随着变形程度的增大 其强度 硬度上升而韧性 塑性下降的现象 塑性变形时的体积不变规律金属材料在塑性变形时 变形前和变形后的体积保持不变 因此 塑性变形时 只有形状和尺寸的改变 无体积的变化 不论应变状态如何 其中必有一个主应变的符号与其他两个主应变的符号相反 且该主应变的绝对值最大 当已知两个主应变的数值时 第三个主应变的大小也可求出 二 金属塑性变形的实质 单晶体的塑性变形 单晶体塑性变形的特征 滑移 滑移 单晶体承受切应力时 晶体会发生弹性变形 当切应力的数值超过某一临 界值时 晶体内的一部分相对于另一部分将沿着一定的晶面和晶向 称为滑移面 产生相对位移 滑移面是晶体中原子排列的最密排面 多晶体的塑性变形 多晶体塑性变形的特征 扭转 滑移 纯金属的塑性比合金好低碳钢的塑性比高碳钢好合金元素的含量越高 塑性越差 三 影响金属塑性变形的内在因素1 化学成分不同化学成分的金属 其内部晶体结构不同 塑性就不同 2 金属组织同一种金属 其内部组织结构不同 塑性也就不同 如 单相固溶体的塑性比多相固溶体好 当加热温度不高时 原子扩散能力不强 只能通过晶体错位消除晶格扭曲 产生塑性变形 这种现象称为回复 此时的变形称为冷变形 冷变形使加工硬化现象得到部分消除 冷变形时因存在加工硬化 因此 变形程度不宜过大 以免工件开裂 回复温度 T回 0 25 0 3 T熔 K 四 影响金属塑性变形的外部条件1 变形温度金属在加热时 其组织和性能的变化分为三个阶段 加热到较高温度时 原子继续获得热能 扩散能力加强 并以冷变形时破碎的某些晶体 碎晶 或杂质为新的结晶核心 原子在金属内部重新排序 形成新的晶粒 这种现象称为再结晶 再结晶消除了全部加工硬化现象 此时的变形称为温变形 温变形时 变形抗力比冷变形小得多 塑性好得多 而工件表面氧化现象没有热变形严重 因此 工件表面质量比热变形时好 再结晶温度 T再 0 4T熔 K 金属的回复和再结晶示意图 温度继续升高 金属继续变形 在这个阶段 同时存在着加工硬化和再结晶两种现象 称为动态再结晶 在这个阶段 金属的塑性好 变形抗力低 此时的变形称为热变形 热变形时 变形抗力小 塑性好 但工件表面氧化现象严重 因此 工件表面质量比较差 2 变形速度 指单位时间内的变形量 当变形速度低于临界值时 随着变形速度的提高 已变形金属产生的加工硬化来不及由再结晶消除 此时 加工硬化起主要作用 使金属 塑性降低 变形抗力增大 进一步变形困难 当变形速度高于临界值时 随着变形速度的提高 消耗于金属塑像变形的能量转化为热能 明显提高了金属的温度 可加速再结晶 从而使金属塑性提高 变形抗力降低 进一步变形相对容易 3 应力状态 金属采用不同的变形方式 各个方向上承受的应力情况不同 所呈现的塑性和变形抗力也不同 压应力不容易使晶体的滑移面分离 且气孔 缩孔 缩松等缺陷的影响也会减小 因此 压应力的数目越多 金属的塑性越好 反之 拉应力容易使晶体的滑移面分离 容易导致缺陷处应力集中 因此 拉应力的数目越多 金属的塑性越差 五 金属塑性变形对其组织和性能的影响1 细化晶体组织在金属塑性变形的过程中 坯料内部 坯料为钢锭 的气孔 缩孔 缩松等缺陷得到焊合 金属的致密性提高 粗大的铸态组织转变为细化的再结晶组织 力学性能得以提高 钢锭变形前后组织的示意图 2 形成纤维组织在金属塑性变形的过程中 晶