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第四讲 钛的压力加工原理 一、金属压力加工 施加外力，迫使金属改变形状、尺寸及性能的工艺过程。 压力加工形式多样：锻造、轧制、拉拔、挤压、旋压等 轧制有：轧板、轧棒、轧管、轧环、轧型材 本节讨论它们的共性问题！ 二、金属变形条件 （1）外力：拉应力、压应力、切应力 分切应力是直接产生金属变形的力 （2）温度：它影响金属的变形能力 热加工：T再以上加工，可产生动态再结晶 温加工：T再以下一定温度，可产生“恢复”的加工 冷加工：室温下加工，可产生严重加硬化 （3）设备：施加外力的设备，如锻锤、轧板机、挤压机 （4）模具：它约束金属的变形行为。 如“弧形砧”、拉丝模、挤压模等 （5）外摩擦：它影响金属表面的变形行为 涉及摩擦系数，工具摩损及润滑问题。 它是易被忽视的因素。磨擦力大小，有利也有弊。 如：动轧机轧辊表面刻痕，可增大磨擦力，咬入角。 冷轧机轧辊抛光，可降低薄板轧制力，提高产品精度。 三、金属结构 多层次微观结构 （1）晶粒、孔洞、夹杂、裂纹 肉眼 、放大镜可见 （2）显微组织、第二相、晶界 显微镜观察 等轴、魏氏、网篮、双态组织、带状组织 （3）亚晶、亚晶界 电镜观察 （4）空位、溶质原子 X射线分析、超高倍电镜 （5）晶体线缺陷（位错） X射线分析、超高倍显微镜 四、金属变形的宏观表现 （1）形状与尺寸的改变，板、带、棒、线等产品形成 （2）材料性能的变化，包括力学、物理、化学性能变化 力性：强度升高，塑性下降，内应力 物性：电阻升高，导电率下降 化性：耐蚀性下降 变化的本质：原子的移动，晶体结构变化， 晶格畸变，微观结构改变。 五、金属变形的微观机制 1、金属晶体 是金属原子依靠金属键结合而成的。 是依靠各正离子与“电子气”间的相互引力结合起来的。 2、金属塑性变形 是晶体中原子发生相对位移的结果。 是晶体中原子发生有序移动的结果。 3、变形从局部滑移开始（相对错动而不是正面分离） 4、滑移从最有利的位相开始。 5、滑移从滑移阻力最小的晶面开始。 6、滑移从最密排面（面间距最大的面开始）。 7、滑移从最密排方向开始 8、滑移通过位错运动而进行的。 位错主要是刃型位错，是结晶时天然形成的。 9、位错易动，滑移所需的临界分切应力很小 高纯钛：棱柱面 τb=20MPa 基面τb=85MPa 10、多个滑移系参与滑移，大量位错运动，产生宏观变形。 六、加工硬化 （1）加工硬化是指随着塑性变形程度的增加，金属材料张度、硬度增加而塑性、韧性下降的现象。例如：：TA2、TC4加工硬化曲线 （2）加工硬化是由于位错密度增加，发生位错的大量塞积和缠绕，位错相互作用，位错与溶质原子作用，位错与第二作用。 （3）加工硬化是晶体缺陷大量增加的结果。 （4）通过退火，原子回到平衡位置，减少或消除晶格畸变， 可以消除加工硬化。 （5）位错在障碍物（如晶界）前塞积，可形成微裂纹。 微裂纹长大，扩展成裂纹，造成金属断裂。 （6）金属断裂形式有多样。 七、影响金属变形的因素 7.1 加工温度 （1）温度升高，原子间结合力下降，位错运动阻力减小， 变形抗力下降，塑性提高。 （2）加工工艺塑性图 表征变形抗力，塑性与温度关系 （3）钛的开坯锻造，都在β区高温下进行。 主要是为降低锻造抗力。降低设备吨位，减小投资。 7.2 应变速率 应变速率越高，变形抗力越大。 TC6变形抗力与应变速率及温度关系 变形温度 ℃ 不同应变速率下变形抗力MPa 10-2 1 10 102 700 290 499 513 527 800 900 1000 1100 16 44 64 82 应变速率体现在挤压速度，拉抗速度，轧制速度，锻造速度等。 板材轧制速度 1~5m/秒 管、棒材挤压速度 50~120mm/秒 线材轧制速度 Ф12mm 4~6 m/秒 Ф5.5mm 55 m/秒 速度过低，冷却降温快，不能连续轧制； 速度过高，产生“过热组织”，恶化产品性能。 7.3 设备与变形方式 设备不同，变形方式不同，变形速率不同。 以锻造为例： 自由锻造（常规锻造），热模锻造，等温锻造， 锻造的加工温度（相对温度）与变形速率（加压时间）的比较 7.4 模具 模具影响金属的受力与金属的流动。 塑性变形的三大基本规律。 体积不变形定律 最小阻力定律 不均