金属的塑性变形.ppt

第二篇金属的压力加工,1金属塑性变形的实质2自由锻3模锻4板料冲压,压力加工：在外力作用下，使金属产生塑性变形，获得一定几何形状、尺寸和力学性能毛坯，原材料或零件的加工方法。压力加工有自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。一、塑性变形实质1、单晶体塑性变形（1）当无外力，晶格正常排列。（2）外力作用使原子离开平衡位置，晶格变形。（3）当剪应力足够大，沿晶面移动一个或几个原子距离。2、多晶体塑性变形多晶体是多个位向不同变形总和。特点：（1）变形过程复杂。（2）变形抗力比单晶体大的多。,1-1金属的塑性变形,单晶体的滑移,多晶体,1纤维组织2加工硬化3残余内应力,二、冷变形后的金属组织与性能塑性变形后：（1）产生纤维组织，引起各向异性（2）晶格扭曲（3）晶粒间产生碎晶使金属的强度、硬度增加，塑性、韧性下降，即加工硬化。增加滑移阻力，使金属形变强化,1纤维组织晶粒拉长，纤维组织各同异性,（图a）表示的是具有等轴晶粒的纯铁，经过变形后晶粒都被拉长（图b）。,(a)等轴晶,（b）变形后,2加工硬化（形变硬化、冷作硬化）加工硬化金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。,3残余内应力平衡于金属内部的应力，由金属内部不均匀变形引起。残余内应力的危害引起零件加工过程变形、开裂。降低耐蚀性残余内应力的消除或降低去应力退火,三、回复与再结晶加工硬化:是一种内部能量较高、不稳定状态，具有回复到稳定状态的趋势。1、回复：金属加热到某一温度时，T回=（0.25-0.3)T熔，原子获得热能，消除晶格扭曲和降低内应力。组织性能变化不大。2、再结晶：温度继续升高，原子获得更多热能，开始以某些杂质和碎晶为晶核，并继续长大，旧晶核解体，生成正常晶格的晶粒，从而消除了加工硬化组织。T再=0.4T熔,回复与再结晶,变形金属在不同加热温度时晶粒大小和性能变化的示意图,四、热变形后金属组织与性能1、气孔、缩孔、缩松能锻合，提高致密度。2、生成再结晶组织，细化晶粒。3、生成纤维组织，使材料有方向性。铸锭组织不均，晶粒粗大，气孔、夹杂，塑性变形后，再结晶消除加工硬化组织，夹杂沿变形方向分布，呈纤维状。变形增加越明显，使材料有方向性。,五、金属变形程度常用锻造比表示Y=F0/FF0表示变形前面积F表示变形后面积钢锭Y=2-3合金钢Y=3-4高速钢Y=5-12六、冷、热变形比较热变形特点：（1）均匀、细化晶粒（2）消除加工硬化（3）高温、塑性好（4）氧化严重（5）精度差（6）设备贵，维修费高冷变形特点：（1）不加热（2）精度、表面质量好（3）硬度、强度高（4）材料有方向性（5）设备贵，存在残余应力，易产生裂纹。,1-2锻前加热与锻后冷却,一、锻造前加热目的及方法目的:提高金属塑性,降低变形抗力.易于锻造成形并获得好的锻后组织.按加热热源不同可分为:1.火焰加热，燃料来源方便,炉子修造简单,加热费用低适应范围广。用于各种大、中、小型坯料的加热。劳动条件差，加热速度慢，加热质量难于控制。2.电加热感应加热、接触加热、电阻炉加热、盐浴加热。加热质量好，主要用在模锻上。,二、钢在加热过程中的物理、化学变化,1、钢在加热过程中的氧化与脱碳氧化钢加热到高温,表层的铁与炉气中的氧化性气体发生化学反应,使钢表层变成氧化铁的现象.氧化过程的化学反应:2Fe+O2=2FeO由于氧化扩散过程从外向内逐步6FeO+O2=3Fe3O4减弱,故氧化皮由三层不同的4Fe3O4+O2=6Fe2O3氧化铁组成:表层为Fe2O3；Fe+CO2=FeO+CO中层为Fe3O4；内层为FeOFe+H2O=FeO+H2锻造时,钢每加热一次,有1.53.0%的金属被氧化烧损,形成的氧化皮若被压入锻件表面,使表质量和尺寸精度下降.,脱碳：钢在高温加热时，表层中的碳和炉气中的氧化气体发生反应，使表层含碳量下降的现象。Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2Fe3C+CO2=3Fe+COFe3C+O2=3Fe+CO2Fe3C+H2=3Fe+CH4脱碳会使钢表面变软，强度和耐磨性降低。,2.钢在加热过程中的过热与过烧(1)过热当钢加热超过某一温度，并在此温度停留的时间过长，会引起奥氏体晶粒迅速长大的现象，产生过热的钢冷却后晶粒仍粗大。(2)过烧当钢加热到接近熔化温度，并在此温度长时间停留时，不但奥氏体的晶粒粗大，同时由于氧化性气体渗入到晶界，使晶间物质Fe、C、S发生氧化的现象。过烧的钢强度大降低。,三.锻造温度范围的确定始锻温度-开始锻造的温度。始锻温度金属的塑性，变形抗力，便于加工，但过高会产生过烧或熔化现象。低碳钢的始锻温度为12001250终锻温度-停止锻造的温度。要保证在终锻温度前具有足够的塑性，还要使锻件能够获得良好的组织，一般应高于再结晶温度。,碳钢的锻造温度范围,Arm,Ar1,Ar3,四.锻件的冷却冷却方法不当锻件可能产生裂纹而报废或影响生产率。1.锻件在冷却过程中产生内应力，应在机械加工之前进行热处理,以免在机械加工时或后变形。2.冷却方式空气中冷却、坑内冷却、炉中冷却。,2自由锻自由锻造-利用冲击力或者压力使金属在上、下抵铁之间产生变形得到锻件的方法。特点：金属变形时，在砧铁间的水平方向可以自由流动。自由锻可分为：手工锻造：用于生产小锻件机器锻造：所用设备有空气锤（生产小件）；蒸气空气锤（中件）；水压机（大件）。2-1自由锻设备一.空气锤使用方便、费用低、本身结构简单操作方便，可完成全部自由锻造工序和用于胎模锻。,二.蒸气空气锤三.自由锻造水压机水压机与锻锤相比具有以下特点:(1)水压机工作时没有振动,可改善工人的劳动条件.(2)水压机的静压力在锻件上的时间比锻锤的冲击力的作用时间长,可使锻件达到较大的锻透深度,获得整个截面细粒组织的锻件.(3)在水压机上锻造,变形速度慢金属的再结晶进行的较完全,有利于提高塑性,降低变形抗力,高合金钢在水压机上锻造效果较好.,F1/A1=F2/A2,自由锻工序分类：基本工序：使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。精整工序：为减少锻件表面缺陷而进行的工序,2-2自由锻造工序,2-3自由锻件结构工艺要求简单的对称的直角的平面的结构避免锥体曲线形工字形等表面，不允许有加强筋。,2-4自由锻造工艺规程制订自由锻造工艺规程的内容包括：根据零件图绘制锻件图：决定坯料的重量和尺寸；制订变形工艺；选择锻压设备；确定锻造温度范围、加热和冷却规范；确定热处理规范；填写工艺卡。,一、锻件图的制订锻件图-在零件图的基础上加上加工余量和锻造公差而成的，当某些锻件带有凹档、凸肩、小孔锻不出时，可加上余块，来简化锻件的形状。锻件图的绘制规则：锻件用粗实线描绘，零件图用点划线或实线描绘，锻件尺寸、公差注在尺寸线上面，相应的尺寸注在尺寸线下面，并加括号括起来。,二.坯料的重量和尺寸1.坯料的重量G坯=G锻+G烧+G料头+G芯料G烧=(23)%G锻(烧损率可查表2-1-5)圆形料头:G料头=(1.651.8)D3(kg)矩形料头:G料头=(2.22.36)B2H(kg)G芯料=(1.181.57)d2H(kg)2.坯料尺寸的确定(1)用镦粗法锻造为避免产生弯曲，应满足:1.25H/D2.5H=(1.252.5)DV坯=G坯/,对于方坯料,边长L可按下式计算:,初步确定的坯料直径(或边长)应按国家规格来标准化。然后，求得坯料高度:,对于圆坯料,坯料直径D可按下式计算:,(2)采用拔长法锻造时,坯料尺寸的确定,A坯求出后,可求出坯料直径D坯,再按国标选用标准直径,再计算L坯:,三、确定变形工序1.盘类锻件2.空心类锻件3.轴类锻件,四、确定锻造设备小型锻件,一般采用空气锤；对于中型或较大的锻件，一般采用蒸气空气锤；大型或特型锻件采用水压机。五、确定锻造温度范围六、填写工艺卡传动轴锻造工艺,第三章模锻模锻-坯料锻模模膛受压塑性流动锻件的方法.模锻与自由锻比较优点:1.