第五章 塑性成形质量定性分析-2009

1、 第一节第一节 概概 述述第五章第五章 塑性成形质量的定性分析塑性成形质量的定性分析金属塑性成型件质量分析的金属塑性成型件质量分析的目的目的塑性成型件可能产生各种类型的缺陷，可能造成重大安全事塑性成型件可能产生各种类型的缺陷，可能造成重大安全事故故了解了解塑性成型件塑性成型件缺陷形成特点及防止措施。缺陷形成特点及防止措施。优化和控制热力学工艺参数及其他工艺参数改善产品质量和优化和控制热力学工艺参数及其他工艺参数改善产品质量和性能性能保证保证塑性成型件塑性成型件的质量满足设计时的各项指标的质量满足设计时的各项指标防止缺陷再次发生，保证下批产品符合设计技术标准防止缺陷再次发生，保证下批产品符合设计

2、技术标准提高产品质量提高产品质量金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析2对于塑性成形件的要求对于塑性成形件的要求表面裂纹表面裂纹折叠折叠缺肉缺肉错插错插表面麻坑表面麻坑表面气泡表面气泡桔皮状表面桔皮状表面金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析塑性成形件的塑性成形件的质量分：质量分：外形质量外形质量3金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析内部质量内部质量外形质量比较直观，而内部质量（组织、性能、外形质量比较直观，而内部质量（组织、性能、微裂纹、空洞等）问题必须借助于一些专门的微裂纹、空洞等）问题必须借助于一些专门的试验方法才能分析清楚。试验方法才能分析清楚。 4 必须保证所要求的形状和尺寸必须保证所要

3、求的形状和尺寸（外形质量）外形质量） 必须满足零件在使用过程中所提出的各种性必须满足零件在使用过程中所提出的各种性能要求能要求（内部质量（内部质量）。如强韧性（。如强韧性（ 、 、b 、s 、k 、-1 ）、硬度（）、硬度（HB或或HRC）和抗应力腐蚀）和抗应力腐蚀性能等，对在高温下工作的零件，还要求有高温性能等，对在高温下工作的零件，还要求有高温瞬时拉伸性能、持久性能、抗蠕变性能和热疲劳瞬时拉伸性能、持久性能、抗蠕变性能和热疲劳性能等。性能等。塑性成形件的要求如下：塑性成形件的要求如下：影响塑性成形件的质量的因素影响塑性成形件的质量的因素按工序分按工序分按过程分按过程分原材料生产过程中的缺陷

4、原材料生产过程中的缺陷塑性成型过程中的缺陷塑性成型过程中的缺陷热处理过程中的缺陷热处理过程中的缺陷下料阶段产生的缺陷下料阶段产生的缺陷加热阶段产生的缺陷加热阶段产生的缺陷塑性成型过程产生的缺陷塑性成型过程产生的缺陷冷却过程中产生的缺陷冷却过程中产生的缺陷清理过程中产生的缺陷清理过程中产生的缺陷金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析6原材料生产过原材料生产过程中的缺陷程中的缺陷缺陷主要有：毛细裂纹、结疤、折叠、缺陷主要有：毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属夹非金属夹杂、碳化物偏析、异金属夹杂物、白点、缩孔残余等。杂物、白点、缩孔残余等。 加热阶段产加热阶段产生的缺陷生的缺陷过热、

5、过烧、加热裂纹、铜脆、脱碳、过热、过烧、加热裂纹、铜脆、脱碳、增碳。增碳。塑性成型过塑性成型过程中的缺陷程中的缺陷缺陷主要有：大晶粒、晶粒不均匀、缺陷主要有：大晶粒、晶粒不均匀、裂纹（十字裂纹、表面龟裂、飞边裂裂纹（十字裂纹、表面龟裂、飞边裂纹、分模面裂纹、孔边龟裂等）、锻纹、分模面裂纹、孔边龟裂等）、锻造折叠、穿流、带状组织等。造折叠、穿流、带状组织等。7锻后冷却不当锻后冷却不当产生的缺陷产生的缺陷冷却裂纹、网状碳化物等。冷却裂纹、网状碳化物等。热处理过程中热处理过程中的缺陷的缺陷硬度不高或过低、硬度不均等。硬度不高或过低、硬度不均等。8 一、原材料及塑性成形过程中常见的缺陷类型一、原材料及

6、塑性成形过程中常见的缺陷类型缺陷按表现形式划分缺陷按表现形式划分内部缺陷内部缺陷外部缺陷外部缺陷性能缺陷性能缺陷表表面面裂纹，折叠裂纹，折叠、缺肉、错插、表面麻坑、缺肉、错插、表面麻坑、表面气泡、表面气泡、桔皮状表面桔皮状表面低倍缺陷低倍缺陷: :内裂、缩孔、疏松、白点、锻造流纹紊内裂、缩孔、疏松、白点、锻造流纹紊乱、偏析、粗晶、石状断口、异金属夹杂等。乱、偏析、粗晶、石状断口、异金属夹杂等。显微缺陷：显微缺陷：脱碳、增碳，带状组织、铸造组织脱碳、增碳，带状组织、铸造组织残留和碳化物偏析级别不合格残留和碳化物偏析级别不合格室温强度、塑性、韧性或疲劳性能等不合格；高温室温强度、塑性、韧性或疲劳性

7、能等不合格；高温瞬时强度，持久强度、持久塑性、蠕变强度不合格瞬时强度，持久强度、持久塑性、蠕变强度不合格9金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析（1 1）调查原始情况）调查原始情况 在原材料方面在原材料方面，要弄清楚塑性成形件材料牌，要弄清楚塑性成形件材料牌号、化学成分、材料规格和原材料质量保证单上所号、化学成分、材料规格和原材料质量保证单上所载明的各项试验结果，必要时还要原材料的冶炼、载明的各项试验结果，必要时还要原材料的冶炼、加工工艺情况，以及强韧性（加工工艺情况，以及强韧性（、b b、s s、k k、-1-1）、硬度（）、硬度（HBHB或或HRCHRC） 在塑性成形工艺在塑性成形工艺：要调

8、查工艺规程的制定是：要调查工艺规程的制定是否合理、加热设备及加热工艺是否正常、塑性成形否合理、加热设备及加热工艺是否正常、塑性成形操作是否得当等。操作是否得当等。 热处理工艺方面热处理工艺方面：要调查工艺规程的制定是：要调查工艺规程的制定是否合理。否合理。1.1.塑性成形件质量的一般过程塑性成形件质量的一般过程二、塑性成形质量分析的一般过程及分析方法二、塑性成形质量分析的一般过程及分析方法 10（2 2）弄清质量问题）弄清质量问题 在这一阶段中，主要是查明塑性成形件缺在这一阶段中，主要是查明塑性成形件缺陷部位、缺陷处的宏观特征，并初步确定陷部位、缺陷处的宏观特征，并初步确定是原材料质量问题引起

9、的缺陷还是塑性成是原材料质量问题引起的缺陷还是塑性成形工艺或热处理工艺本身造成的缺陷。形工艺或热处理工艺本身造成的缺陷。11（3 3）试验研究分析）试验研究分析 这是确定塑性成形缺陷这是确定塑性成形缺陷原因的主要实验阶段，即对有缺陷的成形件进原因的主要实验阶段，即对有缺陷的成形件进行取样分析，确定其宏观与微观组织特征，必行取样分析，确定其宏观与微观组织特征，必要时还需做工艺参数的对比试验，研究和分析要时还需做工艺参数的对比试验，研究和分析产生缺陷的原因。产生缺陷的原因。（4 4）提出解决措施）提出解决措施 在明确成形件中产生缺在明确成形件中产生缺陷原因的基础上，结合产生实际提出预防措施陷原因的

10、基础上，结合产生实际提出预防措施及解决方法，并且通过生产实践加以验证，不及解决方法，并且通过生产实践加以验证，不断总结经验，不断修改措施，以达到防止产生断总结经验，不断修改措施，以达到防止产生缺陷和提高塑性成形质量之目的。缺陷和提高塑性成形质量之目的。 12分析方法主要有：分析方法主要有：低倍组织试验低倍组织试验金相试验金相试验金属变形流动分析试验金属变形流动分析试验以上将待分析的缺陷成形件进行解剖，从缺陷处取样以上将待分析的缺陷成形件进行解剖，从缺陷处取样分析，故称分析，故称破坏试验。破坏试验。对于某些对于某些重要的大型锻件和军工用大型锻件重要的大型锻件和军工用大型锻件，应采，应采用用非破坏

11、试验：非破坏试验：即采用先进的无损探伤技术。无损即采用先进的无损探伤技术。无损探伤包括：探伤包括：超声波探伤超声波探伤 渗透探伤渗透探伤 磁力探伤磁力探伤2.塑性成形质量分析的方法 13金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析低倍组织低倍组织试验试验是指用肉眼或不大于是指用肉眼或不大于2020倍的放大镜来倍的放大镜来观察分析金属及合金的断口组织状态。观察分析金属及合金的断口组织状态。用来检查成形件的宏观缺陷，特别是用来检查成形件的宏观缺陷，特别是对断口进行初步的观察和分析对断口进行初步的观察和分析高倍组织试高倍组织试验（金相试验（金相试验）验）普通金相显微镜、透射式电子显微镜普通金相显微镜、透射式

12、电子显微镜(TEM)(TEM)、扫描电子显微镜（、扫描电子显微镜（SEMSEM）14在对塑性成形件质量分析时，往往是将低倍组织试验、金在对塑性成形件质量分析时，往往是将低倍组织试验、金相试验及金属变形流动分析试验相试验及金属变形流动分析试验结合起来同时进行结合起来同时进行，这样，这样才有对缺陷的性质与形成原因有一个比较完善的认识。才有对缺陷的性质与形成原因有一个比较完善的认识。金属变形流金属变形流动分析试验动分析试验对分析裂纹、折叠和粗晶的形成、流对分析裂纹、折叠和粗晶的形成、流线的分布和穿流等有特殊的意义。线的分布和穿流等有特殊的意义。力学性能检验力学性能检验进行硬度、拉伸、冲击试验进行硬度

13、、拉伸、冲击试验15第二节第二节 塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的空洞和裂纹一、塑性成形中的空洞一、塑性成形中的空洞1 1 、空洞产生的原因、空洞产生的原因在金属材料中，一般都存在各种的缺陷，如疏松、缩孔残在金属材料中，一般都存在各种的缺陷，如疏松、缩孔残余、偏析、第二相和夹杂物质点、夹杂等，这些缺陷，特余、偏析、第二相和夹杂物质点、夹杂等，这些缺陷，特别是夹杂物或杂质质点别是夹杂物或杂质质点一般都处于晶界处一般都处于晶界处。带有这些缺陷。带有这些缺陷的材料，在塑性成形中，当施加的外载达到一定程度时，的材料，在塑性成形中，当施加的外载达到一定程度时，在应力应变场中，有夹杂物或第二相质点等

14、缺陷的晶界处在应力应变场中，有夹杂物或第二相质点等缺陷的晶界处，由于，由于位错塞积位错塞积或缺陷本身的分裂而形成微观空洞（图或缺陷本身的分裂而形成微观空洞（图5-5-1 1a a）。）。这些空洞随外载荷的增这些空洞随外载荷的增加而长大、聚集，最后加而长大、聚集，最后形成裂纹或主裂纹连接形成裂纹或主裂纹连接，从而导致成形件破坏，从而导致成形件破坏。1617金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析MnSMnS夹杂物界面强度往往很低，很容易在晶夹杂物界面强度往往很低，很容易在晶界处分离而形成空洞。界处分离而形成空洞。脆的夹杂物，硅酸盐类夹杂物，其本身在脆的夹杂物，硅酸盐类夹杂物，其本身在外载荷作用下破裂

15、而形成空洞。外载荷作用下破裂而形成空洞。第二相质点与基体的膨胀系数不同时，在第二相质点与基体的膨胀系数不同时，在冷却过程中，由于冷缩的差异，有可能在其界冷却过程中，由于冷缩的差异，有可能在其界面处形成残余应力，这样将更促进界面处空洞面处形成残余应力，这样将更促进界面处空洞的形式。的形式。 夹杂物和第二相质点等缺陷晶界处分离或碎裂夹杂物和第二相质点等缺陷晶界处分离或碎裂形成空洞形成空洞18当空洞数量较少且当空洞数量较少且细小分散细小分散状独立存在时，对状独立存在时，对晶界滑动是有利晶界滑动是有利，因为当晶界滑动到三角晶界处，因为当晶界滑动到三角晶界处难于继续进行滑动时，可借助难于继续进行滑动时，

16、可借助空洞来松弛并增高空洞来松弛并增高塑性。塑性。如果材料内部的空洞很多，或尺寸较大，就会如果材料内部的空洞很多，或尺寸较大，就会存在大量的或较强的存在大量的或较强的应力集中区应力集中区。由于这些应力。由于这些应力集中得不到及时的松弛，就必然导致应力松弛的集中得不到及时的松弛，就必然导致应力松弛的能力降低，变形抗力增加。能力降低，变形抗力增加。当较大的当较大的V V形空洞，就会严重地降低材料的强度形空洞，就会严重地降低材料的强度和塑性，特别是断裂韧性，这就会给成形零件特和塑性，特别是断裂韧性，这就会给成形零件特别是那些受力构件的使用可靠性带来巨大的威胁。别是那些受力构件的使用可靠性带来巨大的威

17、胁。金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析2 2 、空洞对成形零件的影响、空洞对成形零件的影响193、空洞的分类按空洞的形状，空洞分为两类： 楔形空洞：产生与三晶粒交界处，或称V形空洞，这类空洞是由应力集中产生的；在高应力下易出现V形空洞。20带坎晶界O形空洞：沿晶界，特别是相界产生的圆形空洞或称O形空洞，它们的形状多半接近圆或椭圆。出现O形空洞的晶界或相界多半与拉应力垂直。O形空洞可以看作是过饱和空位向晶界（或相界）汇流、聚集（沉淀）而形成的。低应力下易出现O形空洞。晶界与拉应力垂直21 二、塑性成形件中的裂纹二、塑性成形件中的裂纹在塑性成形过程中，变形体内的在塑性成形过程中，变形体内的空洞形

18、核空洞形核、长大、聚、长大、聚集就会发展成裂纹。裂纹是塑性成形中常见的缺陷集就会发展成裂纹。裂纹是塑性成形中常见的缺陷之一。之一。在塑性成形中产生裂纹基本上有两个方面：在塑性成形中产生裂纹基本上有两个方面：一是由于原材料中的缺陷，如铸锭质量差（疏松、一是由于原材料中的缺陷，如铸锭质量差（疏松、偏析和晶粒粗大等及其他各种冶金缺陷、夹杂物等）；偏析和晶粒粗大等及其他各种冶金缺陷、夹杂物等）；二是属于塑性成形本身的原因，如加热不当（过热、二是属于塑性成形本身的原因，如加热不当（过热、过烧）、变形不当或冷却不当等。过烧）、变形不当或冷却不当等。22（一）塑性成形中产生裂纹的原因分析1、成形裂纹的力学分

19、析对于一定的材料，宏观破坏（产生裂纹而断裂）的条件由下式给定： 23金金属属塑塑性性成成形形原原理理塑塑性性成成形形质质量量定定性性分分析析裂纹的产生，与应力状态、变形积累、应变速度及温度等很多裂纹的产生，与应力状态、变形积累、应变速度及温度等很多因素有关。其中应力状态主要反映力学的条件。因素有关。其中应力状态主要反映力学的条件。材料断裂（产生断裂）形式一般有两种：材料断裂（产生断裂）形式一般有两种：切断：断裂面是平行于最大切应力或最大切应变方向；切断：断裂面是平行于最大切应力或最大切应变方向； 正断：断裂面垂直于最大正应力或正应变方向。正断：断裂面垂直于最大正应力或正应变方向。TdFijij

20、cr,Tdijijcr,ij应力状态应力状态ijd应变的积累应变的积累变形速度变形速度T T 温度温度cr拉断极限应力拉断极限应力 cr切断极限应力切断极限应力 241 1）由外力直接引起的裂纹）由外力直接引起的裂纹 弯曲和校直、脆性材料镦粗弯曲和校直、脆性材料镦粗、冲头扩孔、扭转、拉拔、拉伸、胀形和内翻边等。、冲头扩孔、扭转、拉拔、拉伸、胀形和内翻边等。产生裂纹的几种原因产生裂纹的几种原因弯曲件在校正工序中，由于一弯曲件在校正工序中，由于一侧受拉应力常易引起开裂。例侧受拉应力常易引起开裂。例如某厂锻高速钢（如某厂锻高速钢（W18Cr4VW18Cr4V）坯）坯料时，坯料的断面是边长相差料时，坯

21、料的断面是边长相差较大的矩形较大的矩形( (图图5-55-5a)a)，沿窄边，沿窄边压缩时易产生弯曲，当弯曲比压缩时易产生弯曲，当弯曲比较严重，随后校正时在凹的一较严重，随后校正时在凹的一侧受拉应力侧受拉应力( (图图5-55-5b),b),而引起纵而引起纵向开裂向开裂( (图图5-55-5c)c)。拉应力拉应力纵向开裂纵向开裂25镦粗时轴向虽受应力，但与镦粗时轴向虽受应力，但与轴线轴线4545方向有最大切应力。方向有最大切应力。故低塑性材料镦粗时常易产故低塑性材料镦粗时常易产生近生近4545方向的斜裂方向的斜裂( (图图5-5-6a)6a)。塑性好的材料镦粗时则产生塑性好的材料镦粗时则产生纵

22、裂纵裂( (图图5-6b)5-6b)，这主要是附，这主要是附加拉应力引起的。加拉应力引起的。454526圆坯料在平砧上用小压缩量圆坯料在平砧上用小压缩量滚圆滚圆时，会在垂直打击的方向形成拉时，会在垂直打击的方向形成拉应力，而且心部最大。这是因为应力，而且心部最大。这是因为在砧面附近形成了难变形区在砧面附近形成了难变形区( (由由于摩擦存在于摩擦存在) )。它通过锥面给相。它通过锥面给相邻部分金属的压力引起对心金属邻部分金属的压力引起对心金属的拉应力。的拉应力。由上述拉应力易引起心部金属由上述拉应力易引起心部金属开裂。开裂。 拉应力拉应力27对于高的圆柱体。压缩时虽对于高的圆柱体。压缩时虽然同样

23、也有难变形区存在。然同样也有难变形区存在。但紧接着该区即有因变形而但紧接着该区即有因变形而形成的双鼓，形成的双鼓，中部并不受拉中部并不受拉应力应力，这说明工件形状和尺，这说明工件形状和尺寸的不同引起了变形分布的寸的不同引起了变形分布的不同。造成有时易形成裂纹不同。造成有时易形成裂纹, ,有时又不易形成裂纹。有时又不易形成裂纹。 中部并不中部并不受受拉应力拉应力28在平砧上拔长矩形断面坯在平砧上拔长矩形断面坯料时，如送进量过大，并料时，如送进量过大，并在同一处反复重击，则在在同一处反复重击，则在截面对角线处产生剧烈的截面对角线处产生剧烈的切应变，即在对角线上产切应变，即在对角线上产生很大的交变切

24、应力，因生很大的交变切应力，因而形成而形成十字形裂纹。十字形裂纹。金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析29（2 2）由附加应力及残余应力引起的裂纹）由附加应力及残余应力引起的裂纹 当附加当附加应力超过该部分材料强度极限时便引起裂纹。应力超过该部分材料强度极限时便引起裂纹。矩形断面坯料拔长时能产矩形断面坯料拔长时能产生横向裂纹生横向裂纹( (图图5-11a)5-11a)。这。这种裂纹多发生在送进量种裂纹多发生在送进量L L相相对于坯料高度对于坯料高度h h较小的情况较小的情况下下(L105h)(L105h)。这时变形区。这时变形区成双鼓形，中间部分锻不成双鼓形，中间部分锻不透，被上、下两部分金属

25、透，被上、下两部分金属强制延伸而受拉应力（图强制延伸而受拉应力（图5-11b5-11b），易引起锻件内部），易引起锻件内部横向裂纹。横向裂纹。中间部分中间部分拉应力30挤压棒材时，由于受模口摩擦挤压棒材时，由于受模口摩擦阻力影响，使变形区内中心层阻力影响，使变形区内中心层和表层部分流动和表层部分流动速度不一样速度不一样，表层金属流得慢，中部金属流表层金属流得慢，中部金属流得快，结果形成了中心层对表得快，结果形成了中心层对表层作用以轴向附加拉应力，即层作用以轴向附加拉应力，即外表层受拉，中部金属受压，外表层受拉，中部金属受压，在表层易引起在表层易引起横裂。横裂。外表层附加拉应力中心层附加压应力3

26、13 3）由温度应力（热应力）及组织应力引起的）由温度应力（热应力）及组织应力引起的裂纹裂纹 热应力热应力：当加热或冷却时由于坯料内温度不：当加热或冷却时由于坯料内温度不均匀造成热涨或冷缩不均匀而引起的内应力均匀造成热涨或冷缩不均匀而引起的内应力称为温度应力，也称为温度应力，也称为热应力称为热应力 。规律：降温较快（或加热较慢）处受拉应力规律：降温较快（或加热较慢）处受拉应力，在降温较慢或升温较快处受压应力。，在降温较慢或升温较快处受压应力。 32组织应力：组织应力：当组织转变而引起体积改变所造成的当组织转变而引起体积改变所造成的，即组织转变不同时发生时所产生的内应力称为，即组织转变不同时发生

27、时所产生的内应力称为组织应力。组织应力。例如含碳量例如含碳量1%1%的钢，全部从奥氏体转变为马氏体的钢，全部从奥氏体转变为马氏体，其体积增加大约，其体积增加大约1%1%。因为奥氏体致密度为。因为奥氏体致密度为0.740.74，马氏体致密度为，马氏体致密度为0.680.68。规律：每一瞬间进行增加比容的转变区受压应力规律：每一瞬间进行增加比容的转变区受压应力，进行减少比容的转变区受拉应力。，进行减少比容的转变区受拉应力。在冷却过程中，热应力与组织应力往往是在冷却过程中，热应力与组织应力往往是相反的相反的。因冷却的时候，先冷先收缩，而组织转变（奥。因冷却的时候，先冷先收缩，而组织转变（奥氏体转变为

28、马氏体）则在是先冷先膨胀。氏体转变为马氏体）则在是先冷先膨胀。33金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析冷却初期冷却初期中心受压中心受压冷却初期冷却初期中心受拉中心受拉冷却初期冷却初期表面受拉表面受拉冷却冷却终终期期中心受拉中心受拉冷却终期冷却终期中心受压中心受压34金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析 2、形成裂纹的组织分析（1）材料中由冶金和组织缺陷处应力集中而产生裂纹 （2）第二相及夹杂物本身的强度低和塑性低而发生裂纹 1）晶界为低熔点物质。 2）晶界存在脆性的第二相或非金属夹杂物。 3）第二相为强度低于基本的韧性相。 （3）第二相及非金属夹杂与基体之间在力学性能和理化性能上有差异而产生裂

29、纹 下面从三个方面分析塑性成形中产生裂纹的组织因素。35（二）（二） 塑性成形件中裂纹的鉴别与防止产生裂纹的原则塑性成形件中裂纹的鉴别与防止产生裂纹的原则的措施的措施 了解工艺过程，找出裂纹形成的客观条件；了解工艺过程，找出裂纹形成的客观条件；观察裂纹本身的状态；进行必要的有针对观察裂纹本身的状态；进行必要的有针对性的显微组织分析、微区成分分析。性的显微组织分析、微区成分分析。 1 1、塑性成形、塑性成形件中裂纹的鉴件中裂纹的鉴别别 2 2 防止产生防止产生裂纹的原则的裂纹的原则的措施措施 1 1）增加静水压力。）增加静水压力。 2 2）选择和控制合适的变形温度和变形）选择和控制合适的变形温度

30、和变形速度。速度。3 3）采用中间退火，以便消除变形过程）采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。等。 4 4）提高原材料的质量）提高原材料的质量36第三节第三节 塑性成形件中的晶粒度塑性成形件中的晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的尺度，它是由单位晶粒度是表示晶粒大小的尺度，它是由单位面积内所包含晶粒个数来衡量，也可用晶粒面积内所包含晶粒个数来衡量，也可用晶粒平均直径大小（以平均直径大小（以mmmm或或m m为单位）来表示。为单位）来表示。晶粒度等级：八个等级晶粒度标准，晶粒度等级：八个等级晶粒度标准，1 14 4级为级为粗粗晶粒，晶粒，

31、5 58 8级为级为细细晶粒。晶粒。钢的晶粒度有两种概念，钢的晶粒度有两种概念， 钢的奥氏体本质晶粒度钢的奥氏体本质晶粒度钢的奥氏体实际晶粒度钢的奥氏体实际晶粒度. . 一、晶粒度的概念一、晶粒度的概念37 二、晶粒大小对力学性能的影响二、晶粒大小对力学性能的影响一般情况下，晶粒细化可以提高金属材料的屈一般情况下，晶粒细化可以提高金属材料的屈服强度、疲劳强度、塑性和冲击韧度降低钢的服强度、疲劳强度、塑性和冲击韧度降低钢的脆性转变温度。脆性转变温度。 原因：因为晶粒越细，不同趋向的晶粒越多，变原因：因为晶粒越细，不同趋向的晶粒越多，变形能较均匀地分散到各个晶粒，即可提高变形的形能较均匀地分散到各

32、个晶粒，即可提高变形的均匀性，同时，晶界总长度越长，位错移动时阻均匀性，同时，晶界总长度越长，位错移动时阻力越大，所以能提高强度、塑性和韧性。因此，力越大，所以能提高强度、塑性和韧性。因此，一般要求强度和硬度高、韧性和塑性好的结构钢一般要求强度和硬度高、韧性和塑性好的结构钢、工模具钢及有色金属，总希望获得细晶粒。、工模具钢及有色金属，总希望获得细晶粒。 38金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析三、影响晶粒大小的主要因素三、影响晶粒大小的主要因素1 1 加热温度温度与保温时间的影响加热温度温度与保温时间的影响加热温度越高，保温时间越长，晶粒愈粗。加热温度越高，保温时间越长，晶粒愈粗。 2 2 加

33、热速度的影响加热速度的影响当加热温度确定后，加热速度越快，过热度当加热温度确定后，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小。和长大速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小。因此，快速高温加热和短时间保温能获得细因此，快速高温加热和短时间保温能获得细小的奥氏体晶粒。小的奥氏体晶粒。39金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析3 3 化学成分的影响化学成分的影响钢中含钢中含C C量：含量：含C C量增加，铁、碳原子的扩量增加，铁、碳原子的扩散速度增大，散速度增大，奥氏体晶粒长大速度越大，奥氏体晶粒长大速度越大，当当含

34、含C C量超过量超过奥氏体饱和溶度时，出现残余奥氏体饱和溶度时，出现残余渗碳体，产生机械阻碍作用，晶粒长大倾渗碳体，产生机械阻碍作用，晶粒长大倾向减小。向减小。用铝脱氧或钢中加入适量的用铝脱氧或钢中加入适量的TiTi、V V、ZrZr、 NbNb等强碳化物形成元素时，会形成极细的等强碳化物形成元素时，会形成极细的化合物（如化合物（如AlAl2 2O O3 3、AlNAlN）分布在奥氏体晶界）分布在奥氏体晶界上，阻止奥氏体长大，可以得到本质细晶上，阻止奥氏体长大，可以得到本质细晶粒钢。晶粒长大倾向减小。粒钢。晶粒长大倾向减小。404 4 钢的原始组织的影响钢的原始组织的影响钢钢的原始组织越细，碳

35、化物弥散度越大。的原始组织越细，碳化物弥散度越大。奥奥氏体晶粒长大倾向减小。氏体晶粒长大倾向减小。415 5 变形程度变形程度第一个大晶粒区，叫做临界变形区。变形量小，第一个大晶粒区，叫做临界变形区。变形量小，金属内部只是局部地区受到变形。再结晶时，金属内部只是局部地区受到变形。再结晶时，这些受到变形的局部地区会产生再结晶核心，这些受到变形的局部地区会产生再结晶核心，核心数目不多，结果获得了粗大晶粒。核心数目不多，结果获得了粗大晶粒。42 第二个大晶粒区：当变形量足够大时（大于第二个大晶粒区：当变形量足够大时（大于90%90%以上），出现第二个大晶粒区。一般认为，这以上），出现第二个大晶粒区。

36、一般认为，这与金属中织构的形成有关，因为这时金属中晶格与金属中织构的形成有关，因为这时金属中晶格位向趋于一致，从而晶粒沿一定方向的长大造成位向趋于一致，从而晶粒沿一定方向的长大造成了有利条件。了有利条件。 43 关于第二峰值出现大晶粒的原因关于第二峰值出现大晶粒的原因还可能还可能是：是： 1 1）由于变形程度大（大于）由于变形程度大（大于90%90%以上），内部产以上），内部产生很大生很大热效应，热效应，引起锻件实际变形温度大幅度升引起锻件实际变形温度大幅度升高高。 2 2）由于变形程度大，使那些沿晶界分布的）由于变形程度大，使那些沿晶界分布的杂杂质破碎质破碎并分散，造成变形的晶粒与晶粒之间局

37、部并分散，造成变形的晶粒与晶粒之间局部地直接接触（与织构的区别在于这时互相接触的地直接接触（与织构的区别在于这时互相接触的晶粒位向差可以是比较大的），从而促使形成大晶粒位向差可以是比较大的），从而促使形成大晶粒。晶粒。44轧制薄钢板时一般采用轧制薄钢板时一般采用303060%60%的变形的变形度，以避免在临界变形区附近加工。度，以避免在临界变形区附近加工。45四、细化晶粒的主要途径四、细化晶粒的主要途径（1 1）在原材料冶炼时加入一些合金元素（如）在原材料冶炼时加入一些合金元素（如钽、铌、锆、钼、钨、钒、钛等），最终采用钽、铌、锆、钼、钨、钒、钛等），最终采用铝、钛等脱氧剂。铝、钛等脱氧剂。（

38、2 2）采用适当的变形程度和变形温度）采用适当的变形程度和变形温度 （3 3）采用锻后正火（或退火）等相变重结晶）采用锻后正火（或退火）等相变重结晶的方法的方法 必要时利用奥氏体再结晶规律进行高必要时利用奥氏体再结晶规律进行高温正火来细化晶粒。温正火来细化晶粒。金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析46第四节第四节 塑性成形中的折叠塑性成形中的折叠 一、折叠特征一、折叠特征 1 1）折叠与其周围金属流线方向一致。）折叠与其周围金属流线方向一致。 2 2）折叠尾端一般呈小圆角或枝杈形（鸡爪形）。）折叠尾端一般呈小圆角或枝杈形（鸡爪形）。 3 3）折叠两侧有较重的脱碳、氧化现象。）折叠两侧有较重的脱

39、碳、氧化现象。金属塑性成形原理塑性成形质量定性分析折叠：是金属变形流动过程中已氧化过的表面金属汇合在一起折叠：是金属变形流动过程中已氧化过的表面金属汇合在一起而形成的。而形成的。47二、折叠的类型及其形成原因二、折叠的类型及其形成原因1 1、由两股（或多股）金属对流汇合而形成的、由两股（或多股）金属对流汇合而形成的折叠。折叠。这种类型的折叠其形成原因有以下几方面：这种类型的折叠其形成原因有以下几方面：1 1）模锻过程中由于某处金属）模锻过程中由于某处金属充填较慢充填较慢，而在，而在相邻部分均已基本充满时，此处仍缺少大量金相邻部分均已基本充满时，此处仍缺少大量金属，形成空腔，于是相邻部分的金属便往此处属，形成空腔，于是相邻部分的金属便往此处汇流而形成折叠汇流而形成折叠2 2）弯轴和带枝杈的锻件，模锻时常易由两股）弯轴和带枝杈的锻件，模锻时