金屬塑性成形原理,Principle of Plastic Deformation in Metal Processing 鄭文濤 沈陽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,第三章 金屬的塑性,3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo) 3.2 影響塑性的因素 3.3 金屬的超塑性,3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo),1.塑性的概念 塑性是指金屬在外力作用下能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。 2.塑性指標(biāo) 衡量金屬在特定變形方式下塑性性能的指標(biāo)。常用的試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)、軋制試驗(yàn)、杯突試驗(yàn)、沖杯試驗(yàn)等等。,3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo),3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo),3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo),3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo),3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo),3.1 塑性的概念和塑性指標(biāo),3.2 影響塑性的因素,1.化學(xué)成分和組織對塑性的影響 （1）化學(xué)成分的影響（以碳鋼為例）,3.2 影響塑性的因素,1.化學(xué)成分和組織對塑性的影響 （1）化學(xué)成分的影響（以碳鋼為例） 碳和雜質(zhì)元素對塑性的影響 碳、磷、硫、氮、氫、氧 合金元素對塑性的影響 固溶體、碳化物、硫化物； 相、組織和晶粒； 低熔點(diǎn)元素、稀土元素,3.2 影響塑性的因素,1.化學(xué)成分和組織對塑性的影響 （2）組織的影響 相組成的影響 晶粒大小的影響 鑄造組織的影響,3.2 影響塑性的因素,2.變形溫度、變形速度和變形程度對塑性的影響 （1）變形溫度的影響 溫度升高導(dǎo)致回復(fù)和再結(jié)晶； 溫度升高使臨界切應(yīng)力降低，能啟動(dòng)的滑移系增加； 組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化； 擴(kuò)散塑性變形形式發(fā)生； 晶界滑動(dòng)作用增強(qiáng)。,3.2 影響塑性的因素,2.變形溫度、變形速度和變形程度對塑性的影響 （2）變形速度的影響 熱效應(yīng)和溫度效應(yīng) 塑性變形中變性能轉(zhuǎn)化為熱能的現(xiàn)象稱為熱效應(yīng)； 變形過程中產(chǎn)生的熱量是變形體溫度升高的現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng) 變形速度對塑性的影響 高變形速度降低摩擦系數(shù)、變形抗力，改善變形不均勻性；減少熱損失；由于“慣性作用”使復(fù)雜工藝易于成形,3.2 影響塑性的因素,2.變形溫度、變形速度和變形程度對塑性的影響 （3）變形程度的影響 變形量與加工硬化相關(guān)； 變形量與熱脆性相關(guān)；（熱效應(yīng)導(dǎo)致過燒） 變形量與變形內(nèi)應(yīng)力相關(guān),3.2 影響塑性的因素,3.變形力學(xué)條件對塑性的影響 （1）應(yīng)力狀態(tài)的影響 靜水壓力與塑性呈正相關(guān)的原因,3.2 影響塑性的因素,3.變形力學(xué)條件對塑性的影響 （1）應(yīng)力狀態(tài)的影響 靜水壓力與塑性呈正相關(guān)的原因 拉伸應(yīng)力促進(jìn)晶間變形，加速晶界破壞；壓應(yīng)力抑制或減少晶間變形； 壓應(yīng)力有利于抑制或消除晶體中由于塑性變形引起的各種微觀損傷； 靜水壓力能抑制變形體內(nèi)脆性雜質(zhì)、微觀裂紋等的危害； 靜水壓力能抵消變形不均勻引起的附加拉應(yīng)力。,3.2 影響塑性的因素,3.變形力學(xué)條件對塑性的影響 （2）應(yīng)變狀態(tài)的影響 兩向壓縮一向拉伸的主應(yīng)變狀態(tài)對金屬塑性有利。,3.2 影響塑性的因素,4.尺寸因素對塑性的影響,3.2 影響塑性的因素,5.提高塑性的途徑 （1）提高材料成分和組織的均勻性 （2）合理選擇變形溫度和變形速度 （3）選擇三向受壓較強(qiáng)的方式 （4）減少變形的不均勻性,3.3 金屬的超塑性,3.3 金屬的超塑性,1.超塑性變形的特點(diǎn)與力學(xué)性能 （1）超塑性變形的特點(diǎn) 變形量大 無宏觀頸縮 流動(dòng)應(yīng)力小 成形適應(yīng)性好,3.3 金屬的超塑性,3.3 金屬的超塑性,2.超塑性變形的分類和應(yīng)用 （1）超塑性的分類 結(jié)構(gòu)超塑性 也稱細(xì)晶超塑性，穩(wěn)定的等軸細(xì)晶組織在一定溫度和應(yīng)變速率條件下表現(xiàn)出超塑性。 相變超塑性 通過循環(huán)相變獲得超塑性，比如碳鋼和低合金鋼在鐵素體和奧氏體兩相循環(huán)相變時(shí)獲得大變形。 其他超塑性 快速超塑性。,3.3 金屬的超塑性,2.超塑性變形的分類和應(yīng)用 （2）超塑性的應(yīng)用 超塑性脹形 超塑性拉深 超塑性模鍛和擠壓,3.3 金屬的超塑性,3.超塑性的變形機(jī)理 （1）晶間滑動(dòng) （2）擴(kuò)散蠕變 （3）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 （4）晶界滑動(dòng)和擴(kuò)散