金属工艺学：3-1 金属的塑性变形

1、3.1 金属的塑性变形3.1.1 金属塑性变形的实质3.1.2 塑性变形对组织和性能的影响3.1.3 回复与再结晶3.1.4 金属的热加工3.1.5 金属的可锻性小结作业3.1 金属的塑性变形压力加工是利用外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法，又称金属塑性加工。凡具有一定塑性的金属，如钢和大多数非铁合金材料及其合金等，均可在热态或冷态下进行压力加工。常用的压力加工方法有锻造、冲压、挤压、轧制和拉拔等。压力加工具有以下优点：（1）力学性能高： （2）节省金属： （3）生产率高：3.1.1 金属的塑性变形3.1 金属的塑性变形单晶体金属在变

2、形前，其原子按一定规则排列。在外力作用下其内部将产生应力，迫使原子离开原来的平衡位置，从而改变了原子间的距离，使金属发生变形。金属的变形分为弹性变形和塑性变形。金属的塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。 单晶体滑移变形示意图3.1.1 金属的塑性变形3.1 金属的塑性变形现代位错理论研究证明，滑移是通过晶体中位错缺陷的移动来实现的。由于位错的存在（见图a），部分原子处于不稳定状态，在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相对平衡的位置移动到另一个位置（见图b），形成位错运动。 a) b) c)位错运动引起塑性变形示意图a) 未变性 b) 位错运动 c) 塑性变性3.1.

3、2 塑性变形对组织和性能的影响 3.1 金属的塑性变形金属在常温下经塑性变形，内部组织和性能发生变化： 晶粒沿变形方向伸长，性能趋于各向异性； 晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化； 产生内应力。a) b) c)纯铁在塑性变形后的组织变化a) 正火态 b) 变形40% c) 变形80%3.1.2 塑性变形对组织和性能的影响 3.1 金属的塑性变形金属发生冷塑性变形时，随着变形量的增加，强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象称为加工硬化，又称冷变形强化。3603202802402001601208040363228242016128470060050040030020010002201801601

4、401200 20 40 60 80 KHBSbb/MPaK/(J/cm2)(%)硬度/HB变形程度/%3.1.2 塑性变形对组织和性能的影响 3.1 金属的塑性变形内应力是指平衡于金属内部的应力，它主要是由于金属在外力作用下所产生的内部变形不均匀而引起的。内应力分为三类：第一类指由于金属表面与心部变形量不同而形成的平衡于表面与心部之间的宏观内应力；第二类指晶粒之间或晶内不同区域之间的变形不均匀形成的微观内应力；第三类指由晶格缺陷引起的晶格畸变内应力。3.1.3 回复与再结晶 3.1 金属的塑性变形回复温度 再结晶温度 金属回复与再结晶过程组织a) 塑性变形后的组织 b) 回复后的组织 c)

5、再结晶组织 a) b) c)3.1.4 金属的热加工 3.1 金属的塑性变形由于金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，因此，在塑性加工中有冷变形与热变形之分。凡是在再结晶温度以下进行的变形称为冷变形，其特征是存在加工硬化现象。在再结晶温度以上进行的变形称为热变形，其特征是具有再结晶组织、无加工硬化痕迹。3.1.4 金属的热加工 3.1 金属的塑性变形纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关，变形程度越大，纤维组织越明显。使金属在性能上具有方向性。纤维组织的稳定性很高，热处理或其它方法都无法消除，只有经过锻造等压力加工手段才能改变它的方向和形状。如图a所示的曲轴，纤维组织分布合理。而如图b所示是

6、用切削加工出拐颈，纤维组织被切断，使用时容易沿轴肩断裂。） b)曲轴中的纤维组织分布a)锻造的拐劲 b)切削的拐颈3.1.5 金属的可锻性 3.1 金属的塑性变形金属的锻造性是衡量材料经受压力加工时成形难易程度的一项工艺性能。锻造性的好坏，一般常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。塑性越好，变形抗力越小，则认为该金属的锻造性好，反之则差。低的变形抗力使设备耗能少，良好的塑性使产品获得准确的外形而不遭受破坏。金属的锻造性一般取决于金属的本质和压力加工条件。 3.1.5 金属的可锻性 3.1 金属的塑性变形（1）化学成分的影响 : 低碳钢的可锻性比高碳钢好，碳素钢的可锻性比合金钢好，低合金钢的可

7、锻性比高合金钢好。（2）组织结构的影响: 纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（如渗碳体）的可锻性差。粗晶粒结构不如均匀细晶粒组织可锻性好。1.金属的本质3.1.5 金属的可锻性 3.1 金属的塑性变形（1）变形温度的影响一般来说，随着变形温度的升高，可锻性明显改善。 加热温度超过一定范围后，将出现过热、过烧、氧化、脱碳。 在锻造温度范围内进行锻造，始锻温度与终锻温度间的温度区间。2.压力加工条件600727800912125015380.020.772.111.5PSGF+PP+Fe3CA+Fe3C终锻温度始锻温度AALL+AF+AEPK含碳量（%）温度（）碳钢的锻造温度范围 3.1.5 金属的可锻性 3.1 金属的塑性变形（2）变形速度的影响 变形速度对金属可锻性的影响有两种情况:一种是加工硬化被再结晶消除程度的影响;另一种是变形过程中热效应的影响。 变形速度ua塑性、变形抗力塑性变形