第七章金属塑性成型(一理论基础)要点分析.pptVIP

第七章 金属的塑性成型 塑性成型指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。 具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可在冷态或热态下进行塑性成型加工。 塑性成形加工的特点： 优点： 1）改善金属的组织，提高金属的力学性能； 2）节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利用率和 经济效益； 3）具有较高的劳动生产率。 4）适应性广。 缺点： 1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4）生产现场劳动条件较差。 常用塑性成型加工方法有：1）自由锻造；2）模型锻造；3）挤压；4）拉拔；5）轧锻；6）板料冲压。 如下图所示。 塑性成型主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的重要零部件。 各种塑性成形方法 固态金属 外力作用 塑性变形 §7.1 金属的塑性成型工艺基础 一.金属塑性变形概念 基本概念 变形：固态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：金属材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 变形抗力：金属材料抵抗变形的能力。 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）。 二.金属塑性变形的实质 单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种方式：滑移变形和双晶变形。 1）滑移变形：晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列紧密的晶面作相对滑动。其变形过程如图所示。 a) 未变形前 b) 弹性变形 c) 弹、塑性变形 d) 塑性变形后 晶体在晶面上的滑移，是通过位错的不断运动来实现的 。如图所示位错运动形成滑移的示意图 。 当很多晶面同时滑移积累起来就形成滑移带，如图所示，形成可见的变形。 2）双晶：亦叫孪晶。晶体在外力作用下，晶体内一部分原子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。如图所示。 晶体的双晶变形 多晶体的塑性变形 多晶体：由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相同的晶粒所组成，故它的塑性变形很复杂，可分为晶内变形和晶间变形。晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶粒之间相互移动或转动称为晶间变形。如图所示。 a) 变形前 b) 变形后 多晶体塑性变形示意图 多晶体的晶内变形方式和单晶体一样，也是滑移和双晶，但各个晶粒所处的塑性变形条件不同，即晶粒内晶格排列的方向性决定了其变形的难易，与外力成45度的滑移面最易变形。 多晶体晶粒位向与受力变形关系示意图 因为其产生的切应力最大。如图反映了晶粒位向与受力变形的关系。 同时在多晶体的晶界处，由于相邻晶粒间的位向差别，产生晶格的畸变，并有杂质的存在，以及晶粒间犬牙交错状态，对多晶体的变形造成很大障碍。 低温时，晶界强度高于晶粒内部强度，变形抗力大不易变形； 高温时，晶界强度降低，晶粒易于相互移动。 所以，多晶体由于存在晶界和各晶粒的位向差别，其变形抗力要远高于同种金属的单晶体。 ＊滑移面是晶体中原子排列最紧密的排面。 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 =( 0.25～0.3 )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： 金属塑性变形增加，金属强度硬度升高，塑性和韧性下降 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 = 0.4 T熔 ( K ) 金属的回复和再结晶示意