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* * 第二节 金属材料件塑性成型 一、金属塑性成形原理 （一）金属的塑性变形 1.金属的塑性变形的分类 ① 弹性变形： 材料在外力作用下会产生变形；当外力消失后，所产 生的应力和变形也消失的变形，称为弹性变形。 ② 塑性变形 当外载荷在材料内部所产生的内应力超过了材料的 屈服强度以后，即使去掉外载荷，变形也不能完全消失 的变形称为塑性变形。 2. 金属的塑性变形 在金属塑性变形过程中，金属的晶粒内部产生了滑移，晶粒间也产生了滑移并转动（多晶体的晶间变形）。 （1） 单晶体金属——刚性滑移 （2）多晶体金属——位错运动 （二）冷变形对金属组织和性能的影响 1.产生冷变形强化现象 冷变形时，随着变形程度的增加，产生金属的强度、硬度升高，塑性、冲击韧性下降的现象。 2.产生残余应力 加工硬化对金属组织性能的影响： ① 压力加工中，加工硬化增大了材料继续变形的阻力。 ② 通过加工硬化可以提高金属强度、硬度和耐磨性。 ③ 加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发地回复到稳定 状态的倾向。 常在冷轧、冷拉等一些变形程度较大的冷变形工序中，穿插再结晶退火工序，以消除加工硬化。 如冷拉钢丝，冷卷弹簧，坦克和拖拉机履带，破碎机的颚板，发电机的护环等零件的制造均利用了加工硬化效应来提高零件的性能。 随着温度的升高，已产生加工硬化的金属其晶格的扭曲程度减小，但金属组织还没有显著变化的现象。 T回=（0.25～0.3）T熔（ K） T回----金属的绝对回复温度, K T熔----金属的绝对熔化温度, K （1）回复 （2）回复的应用 经冷拉的钢丝卷成弹簧后的低温回火（加热到250～300℃）,青铜丝弹簧加工后的回火处理(加热到120～125℃) （三）冷变形金属在加热时组织和性能的变化 1. 低温加热 随着温度的进一步升高，已发生回复的金属开始以某些碎晶或杂质为核心形成新的晶粒，从而消除了加工硬化的现象。 T再=0.4T熔（ K） T再----金属的绝对再结晶温度, K 2.高温加热——再结晶 再结晶的应用： 金属的再结晶退火温度比其再结晶温度高100～200℃。 3．冷变形、热变形和温热变形 在再结晶温度以下的变形。 对金属冷变形将产生加工硬化现象。 1）冷变形 冷变形的特点及应用： ① 冷变形时金属的塑性低，变形抗力大； ② 热压力加工能一次成形的，采用冷压力加工就可能要加压 多次，在中间还需进行多次再结晶退火；设备也要求刚性 好， 吨位大； ③ 冷变形后的产品精度高，表面光洁，常用于已热变形过的 坯料的再加工，如冷轧、冷冲压、冷镦及冷拉等。 指在再结晶温度以上的变形。 在热变形中既产生加工硬化，又有再结晶现象，最终结果是加工硬化现象被再结晶所消除。 2）热变形 3）温热变形 介于冷变形和热变形之间的塑性变形。 温热变形中既有加工硬化，又有回复或再结晶现象；用温热变形得到的工件，其强度和尺寸精度比热变形高，而变形抗力比冷变形低。如温热挤压、半热锻等。 说明：铅、锡在室温下的加工属于热变形；钨的再结晶温度为1210℃，即使在1000℃的高温下进行的加工也属于冷变形。 （1）消除铸态组织 金属经过塑性变形及再结晶，粗大的铸造组织变成了细小的再结晶组织，钢锭中的气孔、缩松等缺陷压合在一起，使金属更致密。 （2）破碎并改善碳化物、非金属夹杂物的分布 （四）热变形对金属组织和性能的影响 1.热变形对金属组织的影响 （3）形成纤维组织 钢锭中分布在晶界上的杂质，在金属变形时，塑性杂质（如FeS等）沿晶粒变形方向伸长，呈带状分布；而脆性杂质（如氧化物等）则被击碎，呈链状分布。再结晶时，晶粒的形状改变，而杂质依然沿被拉长的方向（呈流线状）保留下来，形成纤维组织。 金属的变形程度越大，纤维组织越明显。变形程度用锻造比Y锻来表示。 拔长时的锻造比： 镦粗时的锻造比： H0、F0----坯料变形前的高度和横截面积 H、F------坯料变形后的高度和横截面积 当锻造比为2～5时，纤维组织愈来愈明显，金属呈现各向异性。 2.热变形对金属性能的影响 ① 热变形时金属的塑性良好，变形抗力也小，能获得具有 较高力学性能的再结晶组织； ② 变形抗力小，消耗较小的功可得到较大的变形； ③ 能改善金属的组织，提高其力学性能； 3.纤维组织的特点及