第三篇金属塑性加工讲解.ppt

第三篇 金属压力加工 利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。 压力加工的种类有： 轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压 （见附图） 压力加工动画 金属锻压成型在机械制造、汽车、拖拉机、仪表、电子、造船、冶金工程及国防等工业中有着广泛的应用。 机械性能高 金属铸锭经塑性变形能使组织致密，获得细晶粒结构，并能焊合铸造组织的内部缺陷，因而提高了金属的机械性能。 节省金属 由于提高了金属的机械性能，在同样受力和工作条件下，可以缩小零件的截面尺寸，减轻重量，延长使用寿命。 生产率高 多数压力加工方法，特别是轧制、挤压拉拔等，金属连续变形，而且变形速率很高，故生产率高。 由于在固态下成型，无法获得截面形状（特别是内腔）较复杂的产品。 第一章 金属的塑性变形 压力加工时，为使金属坯料产生塑性变形，必须施加外力，使坯料中的应力超过材料的屈服强度。例如，模锻直径为140mm的齿轮坯，要用12000kN（相当于1200t）的热模锻压力机，设备吨位不足就达不到预期的变形程度，故外力是坯料转化为锻件的外界条件。然而，在锻造过程中，还必须保证坯料有足够的塑性变形量而不破裂，即要求材料具有良好的塑性。塑性是坯料转化为锻件的内因。坯料所以能进行塑性变形，可从金属的晶体构造来说明。 §1.1 金属塑性变形的实质 ●弹性变形 在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开 原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变 形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾 向。当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。 ●塑性变形 内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的变形并不完全消失。●滑移面 在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。滑移是塑性变形的基本方式. ●位错运动引起塑性变形 近代物理学证明，晶体不是作整体滑移，而是以位错缺陷的移动实现了金属塑性变形，而不需要整个晶体上半部的原子相对其下半部一起滑移，而只需位错中心附近的极少量原子作微量的位移 。 单晶体滑移变形 显微镜下的位错 地毯的皱折移动与位错运动 纯铝试件的拉伸试验及位错模型 ● 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。 在外力作用下，有的晶粒处于利于塑性变形 位置，则首先塑性变形。有的处于不利于塑 性变形的位置，则暂时不变形。晶粒间会移 动、转动，这种利与不利位置在变化， 塑性变形不断进行。 多晶体的塑性变形 §1.2 塑性变形对金属组织和性能影响 ● 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化: ⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。 ● 冷变形强化(加工硬化) ＊ 现象：强度、硬度 上升， 而塑性、韧 性下降。 ＊ 原因：滑移面附近的 晶粒碎晶块， 晶格扭曲畸变， 增大滑移阻力， 使滑移难以 进行。 冷变形强化在生产中具有重要的意义，它是提高金属材料强度、硬度和耐磨性的重要手段之一。如冷拉高强度钢丝、冷卷弹簧、坦克履带等。但冷变形强化后由于塑性和韧性进一步降低，给进一步变形带来困难，甚至开裂，冷变形的材料各向异性，还会引起材料的不均匀变形。 ● 回复与再结晶 ＊ 回复： 冷变形强化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定 状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子 获得热能，热运动加剧，当加热温度T回(用K氏温标) T回=（0.25—0.3）T熔 使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，内应力大大降低,使加工硬化得到部分消除。(如碳钢弹簧在冷卷后加热到250-300℃，再缓慢冷却，以消除内应力 ) ＊ 再结晶： 当加热温度T再： T再=0.4T熔 原子获得更多热能，开始以某些碎晶或杂质为核心构成新晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。 再结晶后清除了全部加工硬化,金属性能恢复到变形前水平。 再结晶