金属材料加工学-第3讲

1、复习,金属板成形的主要方式有哪些? 弯曲变形的重要特征是什么? 拉深成形过程中有哪几个区域? r值的定义是什么?如何计算。 （注意：真应变的定义是：,作业,一板材标距20mm试样，板厚2mm，试样宽度5mm，试样拉伸到28mm，若板材的r值为0.7，问拉伸后板的厚度和宽度各变为多少？ （提示：利用体积不变原理）,金属材料加工学基础,第三讲 金属的体积成形 （一）,金属在再结晶温度以下的变形称为冷变形 晶粒沿变形方向被拉长，随变形量增大，呈纤维状，材料性能具有明显方向性 位错密度增加，其他晶体缺陷增加，晶粒破碎材料强度和硬度增加，塑性下降（加工硬化） 晶粒择优取向，形成一定的织构材料性能呈各向异

2、性 残余内应力,1. 金属变形后的组织与性能,1.1 冷变形后金属的组织与性能,1.2 冷变形后在加热中金属的组织及性能变化,回复 在较低温度加热（例如对纯金属，T回=0.250.30Tm），通过点缺陷和位错的迁移，消除晶粒的晶格扭曲，显著降低金属中的内应力，同时又保留高的强度和硬度。 再结晶 在较高的温度加热时，原子扩散能力强，在缺陷处形成新结晶核心，并逐渐形成新的等轴晶粒，取代变形后破碎、被拉长的晶粒，形成等轴的再结晶晶粒形态。开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度（例如对于纯金属T再=04Tm），再结晶对于改变金属的组织及性能具有重要意义，它能消除材料冷变形强化，恢复良好的塑性，为随

3、后的进一步加工变形创造有利条件。往往金属塑性加工多个道次之间需要再结晶加热。,1.3 热变形后金属的组织及性能,热变形指再结晶温度以上的塑性变形，变形强化与再结晶同时发生（这一再结晶过程称为动态再结晶） 金属致密度提高 组织细化，力学性能改善 出现变形流线,什么是锻造 加压设备与工（模）具作用下，通过金属体积的转移和分配获得机器零件或毛坯的塑性成形方法 锻造的分类 主要包括自由锻和模锻,2. 自由锻造,2.1 锻造的基本概念,自由锻是利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸及内部质量锻件的一种工艺方法 特点 工具简单 周期短 适应性强,2.2 自由锻简介,2

4、.3 自由锻基本工序及变形特点,2.3.1 镦粗,使锻件长 度减小，截面增大 适用于块类、盘套类锻件的生产,两平砧之间圆柱型坯料在镦粗中变形分布 I区难变形区 区小变形区 区大变形区 鼓型锻件表面纵向裂纹的产生 切向拉应力作用下，原始组织缺陷开裂,高径比不同的坯料镦粗中的变形情况,2.3.2 拔长使锻件长度增加，截面减小,矩形截面坯料拔长时金属的流动特点,冶炼后浇注的铸锭组织不均匀，尤其是大型铸锭中存在严重的宏观偏析和缺陷（例如空洞） 铸锭组织不均匀的原因 原始金属液成分不均匀 金属液中杂质 凝固先后晶粒形态不同 凝固先后成分不均匀 冷却中收缩或相变体积变化形成的空洞等 材料中的气体,2.3.

5、3 自由锻改善材料组织性能的重要范例 铸锭开坯（镦粗拔长的结合应用）,从熔融合金L冷却中逐渐析出时成分不均匀的示意图,大型铸锭宏观偏析,自由锻以及与其结合的热处理是改造大型铸锭组织性能的重要手段，同时，为达到规定的锻造比和合格的锻件内部质量，常需要反复镦拔 自由锻可以打碎枝晶，还可以使空洞闭合 如何使大型铸锭的心部锻透，需要工艺和设备的保证。例如砧的形状、尺寸、压下量等,2.3.4 锻造过程流线的形成和控制,合理和不合理的锻造组织,2.3.5 自由锻的其他方式,2.3.5.1 错移,使坯料的一部分相对于另一部分平移错开，但仍保持轴心平行的工序,2.3.5.2 冲孔,在坯料上冲出通孔或盲孔的工序

6、。对于圆环类锻件，冲孔之后还应进行扩孔工序,2.3.5.3 马架扩孔,2.3.5.4 芯轴拔长,3. 自由锻工艺规程,绘制锻件图,根据零件图绘制的锻件图是制定锻造工艺和检验的 依据。主要考虑敷料、加工余量和锻件公差 敷料：难以用自由锻锻出，添加金属以简化锻件形状， 在随后采用切削加工除去 加工余量：与零件形状、尺寸等有关 锻件公差：锻件名义尺寸的允许浮动量,零 件,敷 料,加 工 余 量,锻件公差,零件,计算坯料质量和尺寸,质量：m坯料=m锻件+m烧损+m料头 坯料的计算直径：V坯料=m坯料/ D坯料 可通过查表确定 坯料的长度： L坯料= V坯料/A坯料,选择锻造工序,盘类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔,轴类件:拔长（镦粗、拔长）、切肩、锻台阶,环类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔,弯曲类件:拔长（镦粗、拔长）、弯曲,曲轴类件:拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转,筒类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长,4.