机械加工工艺基础：第三篇 第一章 金属的塑性变形

1、利用金属的塑性，使其改变形状、尺寸和利用金属的塑性，使其改变形状、尺寸和改善性能，获得型材、棒材、板材、线材改善性能，获得型材、棒材、板材、线材或锻压件的加工方法。或锻压件的加工方法。锻造锻造 冲压冲压 挤压挤压 轧制轧制 拉拔拉拔第三篇第三篇 金属塑性加工金属塑性加工与切削加工相比：与切削加工相比：材料利用率高；生产效率高；产品质量高，性能好。材料利用率高；生产效率高；产品质量高，性能好。与铸造相比：与铸造相比：不能制造形状较复杂零件；低塑性材料不能成形。不能制造形状较复杂零件；低塑性材料不能成形。加工精度和成形极限有限；模具、设备费用高。加工精度和成形极限有限；模具、设备费用高。第三篇第三

2、篇 金属塑性加工金属塑性加工滑移面滑移面 晶内变形晶内变形 晶粒内部的位错运动晶粒内部的位错运动晶间变形晶间变形 晶粒间的移动和转动晶粒间的移动和转动“弹复弹复”现性现性晶粒间产生碎晶。晶粒间产生碎晶。 l变形程度增大时，金属的强度及硬度升高，变形程度增大时，金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降。而塑性和韧性下降。原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小当温度继续升高到该金属熔点绝对温度当温度继续升高到该金属熔点绝对温度的的0.4倍时，金属原子获得更多的热能，使被拉长倍时，金属原子获得更多的热能，使被拉长的晶粒重新生核、结晶，变成与原来相同的新等的晶粒

3、重新生核、结晶，变成与原来相同的新等轴晶粒。轴晶粒。T回=(0.250.3) T熔T再= 0.4 T熔 在实际生产中，常采用加热的方法使金属在实际生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性。这发生再结晶，从而再次获得良好塑性。这种工艺操作称为种工艺操作称为。冷变形和热变形冷变形和热变形 (一一)冷变形冷变形 T再以下温度再以下温度进行的变形进行的变形特点：变形过程中只有加工硬化，无再结晶特点：变形过程中只有加工硬化，无再结晶 (变形抗力加大，塑性下降，变形能力小变形抗力加大，塑性下降，变形能力小) 变形后具加工硬化的纤维组织变形后具加工硬化的纤维组织应用：获较高强度、硬度、

4、精度的制品，但应用：获较高强度、硬度、精度的制品，但变形量不宜过大，以免破裂变形量不宜过大，以免破裂( (二二) )热变形热变形 T T再再以上温度以上温度进行的变形进行的变形特点：变形过程中，加工硬化不断被再结晶特点：变形过程中，加工硬化不断被再结晶 软化抵消软化抵消( (变形抗力小，塑性好，变形能变形抗力小，塑性好，变形能 力大力大) ) 变形后，具软化的再结晶组织，无加工硬化变形后，具软化的再结晶组织，无加工硬化痕迹痕迹应用：应用：1.1.金属材料的塑性加工成形，改善组金属材料的塑性加工成形，改善组织和性能织和性能 2.2.铸锭组织细化、致密化，使力学性铸锭组织细化、致密化，使力学性能提

5、高，尤其是塑性与韧性能提高，尤其是塑性与韧性热变形纤维组织称热变形纤维组织称“流线流线纤维组织的形成纤维组织的形成 非金属夹杂物沿变形流动非金属夹杂物沿变形流动方向破碎和拉长，呈纤维状，方向破碎和拉长，呈纤维状，同时进行的同时进行的再结晶不能改变再结晶不能改变这一状况这一状况变形程度变形程度愈大，流线愈明显愈大，流线愈明显纤维组织的性能特点纤维组织的性能特点 各向异性：沿流线方向的各向异性：沿流线方向的强度、塑性、韧性高于垂直强度、塑性、韧性高于垂直流线方向流线方向纤维组织的利用纤维组织的利用 纤维组织不能通过热处纤维组织不能通过热处理消除，只能通过热变形改理消除，只能通过热变形改变方向与分布

6、变方向与分布尽量使工件的纤维流线方向尽量使工件的纤维流线方向与拉应力一致，与切应力垂与拉应力一致，与切应力垂直，最好沿工件轮廓连续分直，最好沿工件轮廓连续分布，尽量不被切断布，尽量不被切断 锻造成形获得的纤维组织分锻造成形获得的纤维组织分布较合理，故重要件采用锻布较合理，故重要件采用锻造生产造生产l不同化学成分的金属其可锻性不同不同化学成分的金属其可锻性不同l纯金属的可锻性比合金好；纯金属的可锻性比合金好；l碳钢的含碳量越低，可锻性越好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好；l钢中含有形成碳化物的元素钢中含有形成碳化物的元素(如铬、钼、钨、钒等如铬、钼、钨、钒等) 时，其可锻性显著下降。时，其可锻性显

7、著下降。 提高金属变形时的温度提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的，是改善金属可锻性的有效措施有效措施 锻造温度范围锻造温度范围系指始锻温度和终锻温度间的温度系指始锻温度和终锻温度间的温度区间。区间。 一方面随着变形速度的增大，回复和再结晶不能一方面随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服冷变形强化现象，金属则表现出塑性下及时克服冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变差。降、变形抗力增大，可锻性变差。 另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能的能量有一部分转化为热能(称为称为热效应现象热效应现象)

8、，改善着变形条件。变形速度越大，热效应现象越改善着变形条件。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降可锻性明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降可锻性变得更好。变得更好。金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质(压压应力或拉应力应力或拉应力)和大小是不同的。和大小是不同的。压应力的数目越多，则金属的塑性越好；压应力的数目越多，则金属的塑性越好；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。 拉应力拉应力使金属原子间距增大，尤其当金属的内部使金属原子间距增大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到破坏报废的程度。破坏报废的程度。 压应力压应力使金属内部原子间距离减小，不易使缺陷使金属内部原子间距离减小，不易