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第九章 金属压力加工成形 固体具有基本形状，欲将其改变，一是固体本身应具有塑性，二是需要借助外力。 压力加工中作用在金属坯料上的外力主要 有两种性质：冲击力和压力。 塑性加工缺点： a．零件的结构工艺性要求高，不能直接锻制成形状复杂的零件，锻件的尺寸精度不高。 b．锻压加工方法需要重型的机器设备和复杂的工模具。对于厂房地基要求高，初次投资费用高。 c．生产现场劳动条件差。 总之，锻压加工方法具有独特的优越性，锻压生产在机器制造生产过程中占有举足轻重的地位。如在国防工业部门，飞机上的锻压件重量占85％，坦克上的锻压件重量占70％，大炮、枪支上大部分零件是锻制而成的。在汽车、拖拉机工业中，其锻压件重量也占到约60－80％。 第一节 压力加工理论基础 一、金属塑性变形的实质 可见，晶体的滑移不是均匀分布的，它只限于在晶体内的有限部分进行。绝大部分晶体没有或极少有滑移。即使发生大量的塑性变形，发生滑移的滑移面也只有不到1％。 滑移定义： 晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶 面（滑移面）和一定方向（滑移方向） 发生相对滑动，这种现象称为滑移。 （纸牌机理） 滑移系： 一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向 组成一个滑移系统。 （b）滑移只有在切应力作用下发生。 应力：单位面积上的力 τ切=F/Acos λcos Φ=σs cos λcos Φ 结论：在滑移面上，滑移面法线 H，外力轴，滑移方向T，三者应共 处在同一空间平面上。 （c）滑移距离是晶格常数的整数倍，结果在晶 体表面造成台阶。即滑移时，晶体的一部分相 对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间 距的整数倍。依靠的是位错的传递。 （d）滑移的同时必然伴随有晶体的转动。当外力作用于单晶体试样上时，它在某些相邻层晶面上所分解的切应力使晶体发生滑移，而正应力则组成一对力偶，使晶体在发生滑移的同时向外力方向发生转动。 滑移过程是通过位错的运动依次破坏原子对间的结合力而进行的。这所需要的τ临比理论值小的多。 多晶体的塑性变形 由于晶粒间的位向不同，塑性变形不是 同时发生在各个晶粒内，而是首先发生在软 位向上，滑移的同时伴随着晶体的转动，使 原来的硬位向变成软位向，滑移转移到其它 晶粒中。 二、塑性变形对金属组织及性能的影响 晶粒破碎照片 2、性能变化 金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升 高，而塑性、韧性下降的现象——冷变形强化 3.消除加工硬化的工艺方法：回复和再结晶退火 4、冷变形和热变形 5、锻造比和锻造流线 在金属铸锭中含有夹杂物多分布在晶界上。 有塑性夹杂物如FeS等，还有脆性夹杂物如氧 化物等。在金属变形时，晶粒沿变形方向伸 长，塑性夹杂物也随着变形一起被拉长。脆性 夹杂物被打碎呈链状分布。 在设计和制造易受冲击载荷的零件时，必须考虑锻造流线的方向性，通过反复锻打使得流线的合理分布 金属的锻造性能是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度，是金属的工艺性能指标之一。金属的锻造性能好，表明该金属适于采用锻造加工方法成形。 金属的锻造性能常用金属的塑性和变形抗力两个因素来综合衡量。塑性愈好，变形抗力愈小，则金属的锻造性能愈好。在实际生产中，选用金属材料时，优先考虑的还是金属材料的塑性，有此内因，再创造必要的外部条件，目的在于通过锻压加工使金属材料成形。 影响锻造性能的因素： 金属的本质和金属的变形条件 一般纯金属的锻造性能较好。 金属组成合金后，强度提高，塑性下降，锻造性 能变差。如钢随着含碳量增加，塑性下降，锻造性 能愈差。低碳钢的锻造性能较好。合金元素含量增 加，锻造性能变差。若采用锻造方法成形时，因为变 形抗力较大，对变形条件的要求和控制都要严格。 金属的组织结构不同，其锻造性能有很大差别。由单一固溶体组成的合金，具有良好的塑性，其锻造性能较好。若含有多种合金而组成不同性能的组织结构，则塑性降低，锻造性能较差 。 金属组织内部有缺陷如铸锭内部有缩松， 气孔等缺陷，塑性差，开始锻造时变形要小 些，否则易出现锻裂现象。铸态组织和晶粒粗 大的结构不如轧制状态和晶粒细密的组织结构 锻造性能好。 2、加工条件 变形温度高，金属容易滑移，塑性提高，但 是变形温度过高，过热、过烧脱碳等缺陷。始锻温 度和终锻温度。 一方面由于变形速度的增大，金属 在冷变形时加工硬化现象严重，锻造性 能变坏。在热变形时回复和再结晶过程 来不及完全消除其加工硬化现象，残余 的加工硬化逐渐