塑性加工对金属材料性能的影响

1、(机械设计与制造>Jun.2004Ho3Mch.m8ry De酊和&M帅uhctt啦一曲一文章埔号:100l一3997(200403一89一02塑性加工对金属材料性能的影响丁明成(聊城职业技术学院工程系。山东252000【摘要1金属材料的塑性加工技术(非切削加工技术的一种随着金属加工技术的不断进步而日新月异,它是加工技术现代化和提高加工效率的一个重要方面,但面临的技扣J生问题也很多。这里从金属材料塑性加工的机理和晶体应变出发,提出了不同的塑性加工形式对材质变化的影响;并从实践的角度出发提出了一些处理数据,可供有关人员参考。关键词:塑性加工;金属i结晶;材质;中温;轧制中图分类号:

2、TG3文献标识码:C对金属材料的塑性加工即通过某种机加工形式使零件获得一定形状的过程,属非切削加工。这里的机加工形式一般包括锻造、挤压、轧制、拉线、冲压及热变形处理等程序。金属材料由于受到塑性加工(包括冷、热加工而产生晶格滑移甚至发生再结晶过程,必将引起材质的变化进而影响材料的机械性能。这里从热加工、中温加工、冷加工三个方面对金属材料承受塑性加工时所引起的材质变化及性能做一分析,仅供参考。一般翅性加工按再结晶温度进行区分,再结晶温度以上的加工称为热加工.再结晶温度以下的加工称为中温加工,自然温度下的加工称为冷加工。l热加工引起的材质变化从机理看,高于再结晶温度的热加工将产生无加工应变的新晶粒,

3、它逐渐长大.最后遍及整体。这样,加工应变能几乎得到全部释放。从金属组织看,在加工过程中被拉长了的晶粒在恢复过程中基本上不发生变化,再结晶后变成等轴晶粒。加工率越高,晶粒越细小。从受力方面看,加工时材料的变形能较大,所受机械力较小.材料可获得较大的变形。铸锭的凝固组织一般较粗糙。晶体的树枝状结构很发达,成分或金属夹杂物的偏析很严重,较大铸锭的表面还存在气孔。中心部位还存在空隙。经热加工后可以使金属组织趋于均匀化。主要呈以下特点:1.1空隙压合效果好由于晶格受压,密度加大,可将晶格之问的空晾排出即压食。这在整体加工(如锻造时尤为明显,因为此时材料表面所受压缩力较均匀.不容许出现“空隙偏析”现象。1

4、.2偏析的均匀化由于热加工温度在再结晶温度以上,金属经再结晶及较长时间的冷却,对偏析的均匀化效果凫好。通常进行的扩散退火热处理即获得如此的效果。1-3形成纤维组织这种纤维组织是由于金属晶格的树枝状结构被破坏和再结晶,金属基体及非金属杂物向加工方向延伸而造成的。以上三种情况中对金属材质影响最大的是第3点。金属材料由此产生各向异性。如加工沸腾钢厚板时沿板厚方向的机械性能很差.如表l。来稿日期:2312一表125mm厚沸腾钢板的各向异性立鱼垡6(Mbl生!塑!笙壁兰型塑!鲤坚圣生!堡2轧制400280248539直角40527024.6529造成这种差异的原因是由于产生了与板面平行的层状偏析。在这种

5、偏析中影响最大的是沿轧制方向延伸的Mns,因而脱硫很重要。所以在生产高级钢时添加脱硫剂并采用钢水包搅动法使钢水与脱硫剂能很好的接触。由含s量不同而造成的材料的各向异性见表2。表2含s量不同的0.15%碳素钢板的各向异性与轧制方s0.010%s O.183%向的角度极限强度妒(铀痕劳极限强度极限妒(%痕劳极限坐f丛堕!堡!丛堕!巫l丛塑!:l丛坠!O。470632404305525045。46065230420232002Q:±Q±j Z女±QQ lQ!SQ对于热加工。沿材料的流动方向即纤维方向有最好的性质。因此.以热加工状态使用的产品.使纤维贯穿整个产品而且在以后

6、的机加工中也不要切断纤维就显得非常重要了。如曲轴锻造的RR法,可比其他方法使疲劳强度提高30%40%。当然.当需要各向差异较小时,就应将不同的加工方法结合起来。如锻造型钢时沿三个方向交互进行延压的圆板延压法。常用改善热加工材质的方法有两种.一种是添加合金元素。从而控制纤维的形成.这种方法的缺点是成本加大。另一种方法是控制加工速度、终加工温度和冷却速度。如在热加工后急冷以阻止晶粒加大;在轧制中调整坯料温度.控制在荐结晶温度的下限使晶粒细化,达到提强度、改韧性,即提高材质的目的。2中温加工引起的材质变化从机理方面看,在再结晶温度以下的中温加工,_、c原子会在大量位错上沉淀,即造成基体中、c原子的交

7、互作用和晶格位错,从而使材料强度特别是弹性极限提高,延伸率降低。从晶粒角度看,大量位措将借助于热运动而慢慢地重新排布。在减少位错的同时,将出现能量更低的排列状态,即恢复过程。这个过程会导致所谓的蓝脆区,一般认为在此温度下加工的产品不能使用。所以中温加工的情况不多。但实际上在此温一如一机械设计与制造Jun.2004No.3Mhin。ry D鹤岫&M¨面dum文章墒号:10013997(200403一009002FA针摆传动回转精度分析关天民张东生(大连铁道学院机械工程系.大连116028【摘要】从FA针摆传动输入与输出部分分析影响回转误差的各项因素,并按摆线轮转一个齿引起输出轴

8、的转角误差(小周期误差和转一圈引起输出轴的转角误差(大周期误差的不同分别考虑,然后综合分析各项主要误差因素从几何回差及动态回差对传动回差增减的不同影响,从而建立的FA针摆传动回差分析计算数学模型。关键词:FA针摆传动;回差;几何回差;动态回差:小周期误差;大周期误差中图分类号:THl6l文献标识码:B1机理机器人装置的一项最重要的传动指标是必须具有高的回转精度,这样才能使机器人的工作时的重复误差才能低。FA减速器常用于高精传动中.因此该方面的研究是非常重要的。回差是指输入轴反向转动时,输出轴在运动上满后于输入轴的现象(有的文章称为空回。回差的存在将使摆线针轮行星传动中的输入轴反转时,输人轴与输

9、出轴短时间内失去运动联系,造成输出的突然中断,从而使运动传递关系成为非线性。回差可以根据其产生的原因而分为四大类;一是单纯由于传动元件的几何尺寸、形状与位置参数原因所产生的几何回差;二是由于传动件在工作时负载而产生变形形成的动态回差;三是由于温度变化所产生的温度回差;四是由于装配误差产生的装配回差。对FA传动来说,常说的不带任何定语的“回差”是指正常运转时在温度恒定情况下的几何回差。这里主要从传动链尺寸误差与针齿、柱销最大变形量人手,即从该减速器几何回差与动态回差两方面定量分析各项误差因素对FA传动回差的影响,并建立计算回差的数学模型。2输入部分产生回差及影响它主要因素2.1摆线轮修形所产生的

10、回差(1等距修形产生回差仲,=弓争(2移距修形产生回差枷k一警踊式中:五一为摆线轮齿数,n一为偏心距;。睦毯图l等距管形时产生回转误差图2移距修形时产生回转误差(3转角修形量为a时.转角修形产生回差2a因此摆线轮修形后所产生总的回差为:枷2仲I+7+枷+2a=警一警厕+鲁忆2.2针齿最大变形所产生的回差+来稿日j胡:200310一15输入轴反向转动时.输出轴在运动上除了几何回差之外,qu-_-ququu-,q-quqt4_q,-u_-qququq-q-¨_qI-度下加工的产品虽然韧性有所下降,但强度可以提高,因此中温加工在一定情况下是可以采用的。中温加工后的材质因材料应变速度的不同而

11、不同,其应用主要有以下两种:2.1以提高强度为目的的加工单位时间内的材料应变速度、应变力都很大时,可以获得高强度的材料。2.2以降低变应力为目的的加工中温挤压、冲压、拉线等是在所谓的亚热加工条件下进行的.其目的不是提高材质而是降低加工时所需的变应力。3冷加工引起的材质变化冷加工引起变形和表面硬化,其机理可以从两方面分析:一是从晶格的形状看。由于晶格内存在着位错,当晶格发生运动(即滑移变形时.位错增加并相互牵制而对运动造成阻碍.即是加工硬化。二是从晶粒的尺度看。晶粒将沿加工方向伸长,晶粒取向改变.不断形成加工的织状结构.阻止变形的进一步发展,即形成加工硬化。另外,钢的组织是由铁素体和渗碳体构成的

12、,铁素体软可产生很大的变形,而渗碳体则硬而脆.因而有渗碳体或夹杂物存在时,就会成为变形的阻碍;在这些组织附近还会积蓄过多的变形能。这也是造成过硬化或断裂的原因。冷加工引起的内应力可分为两种,一种是拉应力,是在材料受拉伸、深冲时在材料表面产生的,它是材料产生季节性开裂的原因;另一种是压缩应力,是在材料受轧制、挤压时在材料表面产生的.这种应力不会导致开裂。拉应力可以通过拉伸矫直或反复弯曲转直而减小,而轧制后的表面硬化和压缩应力则可以提高材料的疲劳极限。参考文献l任怀亮编.金相实验技术.冶金工业出版社,1986.5.2奉书蝙写组,小型型钢连轧生产工艺与设备冶金工业出舨社. 塑性加工对金属材料性能的影

13、响作者:丁明成作者单位:聊城职业技术学院工程系,山东,252000刊名: 机械设计与制造英文刊名:MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE年,卷(期:2004,""(3被引用次数:0次参考文献(2条1.任怀亮金相实验技术 19862.编写组小型型钢连轧生产工艺与设备相似文献(10条1.学位论文王蔚娟金属塑性加工润滑剂吸附膜结构强化机理研究1999边界润滑与薄膜润滑是广泛存在于金属塑性加工过程中的两种润滑状态,在这两种润滑状态下,润滑剂的性能发挥主要决定于润滑剂中极性添加剂分子形成的边界和薄膜润滑膜的优劣.目前,金属塑性加工润滑添加剂多为复合型的,

14、对于复合型添加剂而言,由于各组分的相互作用,性能可能提高也可能降低,协合效应(复合强化是配制复合型添加剂所追求的效果.因此,通过对吸附膜结构的分析,从微观角度来揭示协和效应的机制是很有实际意义的.2.期刊论文庞玉华.杨西荣.杜忠泽.王快社.张郑.王庆娟.PANG Yu-hua.YANG Xi-rong.DU Zhong-ze.WANG Kuai-she.ZHANG Zheng.WANG Qing-juan金属塑性加工学系列课程实践性教学改革与探索-西安建筑科技大学学报(社会科学版2010,29(1对金属塑性加工学系列课程实践教学环节中存在问题的认真研讨,提出大幅增设课程设计环节、整合教学内容、

15、提高教学实验层次、加强科研对教学的促进作用、开发大学生创新实验能力等实践教学措施,完善了课程教学体系,优化了教学内容,提升了教学及科研水平,锻炼了大学生实践学习能力.3.学位论文谭援强金属塑性加工润滑界面摩擦学设计1999该文在总结了摩擦学发展的基础上,试图将摩擦学的基本原理和金属塑性加工的特点相结合,探讨在金属加工工艺润滑中,润滑界面所处的微观环境和实现良好润滑时界面的摩擦学特性,具体地说有以下几方面的内容:(1通过分析金属轧制和拉伸等工艺过程,指出润滑剂在变形区内的流动具有拉伸流动成分,并应用粘弹塑性体模型讨论了润滑界面的本构方程;(2应用有机分析方法研究了不同碳链长脂肪酸、醇和酯在Al&

16、lt;,2>O<,3>表面的吸附量的变化,用红外光谱法分析了吸附层的结构,结合Al<,2>O<,3>表面羟基化和极性基的结构特点比较了这三类有机物在吸附性能上的差别;(3将表面化学原理与分子轨道计算相结合,讨论了酸、醇和酯的极性基团与金属Al原子间的作用,计算所得分子轨道指数较好地解释了这三类物质的减摩性能以及醇、酯复合的作用机理,并讨论了非极性基中碳链长度对吸附层分子间作用的影响;(4鉴于润滑剂相和极薄的润滑层的非牛顿特性在实际的润滑实践中日益突出,该文采用二阶流体本构方程研究了流体法向应和差对润滑的影响;根据弹性流体动力润滑流效应的研究成果,讨论了

17、流体的粘弹性对润滑的影响;(5以上述研究结果为指导,通过配方实验,研究了铝材拉伸润滑剂,应用灰色系统理论建立了润滑剂性能综合评价模型,并应用该模型考察了几种润滑剂的综合性能,所筛选的工艺润滑剂配方在工业试验中取得了满意的效果.4.期刊论文庞玉华.杨西荣.张郑.王庆娟.杜忠泽.王快社金属塑性加工学精品课程的建设-中国冶金教育2009,""(5为了贯彻执行教育部"教学质量与教学改革工程",通过对金属塑性加工学精品课程的建设工作,与时俱进,完善了课程教学体系;更新教育理念,逐步实现了教学主体的转变;重视实践教学环节,通过实验设计、课程设计、毕业设计等环节加强对

18、学生实践能力的培养,并且积极参与大学生创新实践活动;深化教学改革,教学团队建设初见成效;完成了水平较高的精品课程网站建设,做到了网上教学及资源共享.5.学位论文温彤韧性损伤模型及其在金属塑性加工中的应用研究1999该文紧密结合理论与生产实际,在这方面进行了有益的尝试。首先,系统总结了金属塑性成形问题中的韧性损伤与断裂模型,对金属塑性成形问题中现有的韧性损伤与断裂模型进行了概括、比较;然后在连续介质力学的框架下,应用连续介质力学和不可逆热力学理论,采用两个独立的损伤变量描述弹塑性材料的韧性损伤,并利用这两个损伤变量定义一个损伤区域,将损伤的发展局限有该区域内的某条路径上,同时推导了一系列热力学本

19、构方程以计算损伤演化的路径,从而建立了一套描述韧性损伤以及损伤演化的完整理论体系。最后,该文应用矢量分析方法对金属管材的冲切过程进行了初步的研究。6.期刊论文陈海燕.李霞.王小梅.舒畅.CHEN Hai-yan.LI Xia.WANG Xiao-mei.SHU Chang"金属塑性加工学"多媒体教学软件的开发-实验室研究与探索2005,24(10介绍了"金属塑性加工学"多媒体CAI软件的研制开发和内容特点,并重点对设计的关键问题作了阐述该软件采用基于Web的CAI形式,激发了学生的学习兴趣,经实际教学应用,效果良好.7.期刊论文高军.赵国群.李丽华.王勇人工智能在金属塑性加工领域中的应用-精密成形工程2002,20(4概述了人工智能及其2个主要分支(专家系统和人工神经网络,讨论了遗传算法与专家系统集成以及神经网络与模糊逻辑、专家系统集成的必要性和集成方法,分别介绍了专家系统和人工神经网络在塑性加工领域中的应用现状.8.期刊论文程军.扶名福.林治平.Cheng Jun.Fu Mi