第三篇金属塑性加工讲解.ppt
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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
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