第七章 金属塑性成型(一-理论基础).ppt

1、第七章 金属的塑性成型,固态金属在外力作用下，发生塑性流动，通过这种塑性变形，获得具有一定几何形状、尺寸和性能的毛坯（或零件）的成型方法，即：锻造（在工业生产中称为金属压力加工）。,压力加工方式,主要用于生产重要零件毛坯,自由锻 模锻 板料冲压 挤压 轧制 拉拔,主要生产薄壁件,主要生产不同形状的截面的型材,能改善金属组织,提高金属的力学性能 可提高材料的利用律 生产效率比较高 可获得精度比较高的毛坯(甚至零件) 不能加工脆性零件,压力加工件的特点,7.1 金属的塑性成型工艺基础,一.金属塑性变形概念 1.基本概念,变形：金属在外力作用下所引起的形状和尺寸的改变。 金属的塑性：金属材料在外力作

2、用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 变形抗力：抵抗变形的能力。 金属的塑性成型性能（可锻性）：衡量金属压力加工工艺性优劣的主要指标（包括塑性和变形抗力两个方面）。,2.金属塑性变形的基本规律,金属塑性变形过程的两个阶段 弹性变形阶段：金属在某一程度的外力作用下，其内部产生应力，使原子离开原来的平衡位置，原子间的相互距离发生改变使得金属变形。外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。 塑性变形阶段：当外力增大到使金属内部产生的应力超过该金属的屈服点，使其内部原子排列的相对位置发生不可逆转的变化而导致金属变形。外力停止作用后，变形也不消失。,最小阻力定律 金属在塑性变形过 程中，如果金属质点

3、有 向几个方向流动的可能 时，则金属质点将向阻 力最小的方向流动。,加工硬化 金属随着变形程度 的增大，其强度、硬度 上升而韧性、塑性下降 的现象。,塑性变形时的体积不变规律 金属材料在塑性变形时，变形前和变形后的 体积保持不变。因此： 塑性变形时，只有形状和尺寸的改变，无体积的变化； 不论应变状态如何，其中必有一个主应变的符号与其他两个主应变的符号相反，且该主应变的绝对值最大；,当已知两个主 应变的数值时， 第三个主应变 的大小也可求 出；,二.金属塑性变形的实质,单晶体的塑性变形,单晶体塑性变形的特征:滑移,滑移 : 单晶体承 受切应力时，晶 体会发生弹性变 形，当切应力的 数值超过某一临

4、,界值时，晶体内的一部分相对于另一部分将沿着一定的晶面和晶向(称为滑移面)产生相对位移。,滑移面是晶体中原子排列的最密排面。,多晶体的塑性变形,多晶体塑性变形的 特征: 扭转 +滑移,纯金属的塑性比合金好 低碳钢的塑性比高碳钢好 合金元素的含量越高，塑性越差,三.影响金属塑性变形的内在因素 1.化学成分 不同化学成分的金属，其内部晶体结构不 同，塑性就不同。,2. 金属组织 同一种金属，其内部组织结构不同，塑性也就不同，如：单相固溶体的塑性比多相固溶体好。,当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能通过晶体错位消除晶格扭曲，产生塑性变形。 这种现象称为回复。此时的变形称为冷变形。 冷变形使加工硬

5、化现象得到部分消除。 冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。 回复温度：T回 =( 0.250.3 )T熔 ( K ),四.影响金属塑性变形的外部条件 1.变形温度 金属在加热时，其组织和性能的变化 分为三个阶段：,加热到较高温度时，原子继续获得热能，扩散能力加强，并以冷变形时破碎的某些晶体（碎晶）或杂质为新的结晶核心，原子在金属内部重新排序，形成新的晶粒。这种现象称为再结晶。再结晶消除了全部加工硬化现象。此时的变形称为温变形。 温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，因此，工件表面质量比热变形时好。 再结晶温度： T再 = 0.

6、4 T熔 ( K ),金属的回复和再结晶示意图,温度继续升高，金属继续变形。在这个阶段，同时存在着加工硬化和再结晶两种现象，称为动态再结晶。在这个阶段，金属的塑性好，变形抗力低。此时的变形称为热变形。 热变形时，变形抗力小，塑性好，但工件表面氧化现象严重，因此，工件表面质量比较差。,2.变形速度（指单位时间内的变形量）,当变形速度低于临界值时，随着变形速度的提高，已变形金属产生的加工硬化来不及由再结晶消除，此时，加工硬化起主要作用，使金属,塑性降低，变形抗力增大，进一步变形困难。 当变形速度高于临界值时，随着变形速度的提高，消耗于金属塑像变形的能量转化为热能，明显提高了金属的温度，可加速再结晶

7、，从而使金属塑性提高，变形抗力降低，进一步变形相对容易。,3.应力状态,金属采用 不同的变形方 式，各个方向 上承受的应力情况不同，所呈现的塑性和变形抗 力也不同。,压应力不容易使晶体的滑移面分离，且气孔、缩孔、缩松等缺陷的影响也会减小，因此，压应力的数目越多，金属的塑性越好。反之，拉应力容易使晶体的滑移面分离，容易导致缺陷处应力集中，因此，拉应力的数目越多，金属的塑性越差。,五.金属塑性变形对其组织和性能的影响 1.细化晶体组织 在金属塑性变形的过程中，坯料内部（坯 料为钢锭）的气孔、缩孔、缩松等缺陷得到焊 合，金属的致密性提高，粗大的铸态组织转变 为细化的再结晶组织，力学性能得以提高。,钢锭变形前后 组织的示意图,2.形成纤维组织 在金属塑性变形的过程中，晶