第二節(jié)塑性成形原理第1頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.金屬的塑性變形在金屬塑性變形過(guò)程中，金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生了滑移，晶粒間也產(chǎn)生了滑移并轉(zhuǎn)動(dòng)（多晶體的晶間變形）。（1）單晶體金屬——?jiǎng)傂曰疲?）多晶體金屬——位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)第2頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）冷變形對(duì)金屬組織和性能的影響1.產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象冷變形時(shí)，隨著變形程度的增加，產(chǎn)生金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、沖擊韌性下降的現(xiàn)象。2.產(chǎn)生殘余應(yīng)力第3頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加工硬化對(duì)金屬組織性能的影響：①壓力加工中，加工硬化增大了材料繼續(xù)變形的阻力。②通過(guò)加工硬化可以提高金屬?gòu)?qiáng)度、硬度和耐磨性。③加工硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定

狀態(tài)的傾向。常在冷軋、冷拉等一些變形程度較大的冷變形工序中，穿插再結(jié)晶退火工序，以消除加工硬化。如冷拉鋼絲，冷卷彈簧，坦克和拖拉機(jī)履帶，破碎機(jī)的顎板，發(fā)電機(jī)的護(hù)環(huán)等零件的制造均利用了加工硬化效應(yīng)來(lái)提高零件的性能。第4頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隨著溫度的升高，已產(chǎn)生加工硬化的金屬其晶格的扭曲程度減小，但金屬組織還沒(méi)有顯著變化的現(xiàn)象。T回=（0.25～0.3）T熔（K）T回----金屬的絕對(duì)回復(fù)溫度,KT熔----金屬的絕對(duì)熔化溫度,K（1）回復(fù)（2）回復(fù)的應(yīng)用經(jīng)冷拉的鋼絲卷成彈簧后的低溫回火（加熱到250～300℃）,青銅絲彈簧加工后的回火處理(加熱到120～125℃)（三）冷變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化1.低溫加熱第5頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隨著溫度的進(jìn)一步升高，已發(fā)生回復(fù)的金屬開(kāi)始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心形成新的晶粒，從而消除了加工硬化的現(xiàn)象。T再=0.4T熔（K）T再----金屬的絕對(duì)再結(jié)晶溫度,K2.高溫加熱——再結(jié)晶再結(jié)晶的應(yīng)用：金屬的再結(jié)晶退火溫度比其再結(jié)晶溫度高100～200℃。第6頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．冷變形、熱變形和溫?zé)嶙冃卧谠俳Y(jié)晶溫度以下的變形。對(duì)金屬冷變形將產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。1）冷變形冷變形的特點(diǎn)及應(yīng)用：①冷變形時(shí)金屬的塑性低，變形抗力大；②熱壓力加工能一次成形的，采用冷壓力加工就可能要加壓

多次，在中間還需進(jìn)行多次再結(jié)晶退火；設(shè)備也要求剛性好，噸位大；③冷變形后的產(chǎn)品精度高，表面光潔，常用于已熱變形過(guò)的

坯料的再加工，如冷軋、冷沖壓、冷鐓及冷拉等。第7頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月指在再結(jié)晶溫度以上的變形。在熱變形中既產(chǎn)生加工硬化，又有再結(jié)晶現(xiàn)象，最終結(jié)果是加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。2）熱變形3）溫?zé)嶙冃谓橛诶渥冃魏蜔嶙冃沃g的塑性變形。溫?zé)嶙冃沃屑扔屑庸び不钟谢貜?fù)或再結(jié)晶現(xiàn)象；用溫?zé)嶙冃蔚玫降墓ぜ?，其?qiáng)度和尺寸精度比熱變形高，而變形抗力比冷變形低。如溫?zé)釘D壓、半熱鍛等。說(shuō)明：鉛、錫在室溫下的加工屬于熱變形；鎢的再結(jié)晶溫度為1210℃，即使在1000℃的高溫下進(jìn)行的加工也屬于冷變形。第8頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）消除鑄態(tài)組織金屬經(jīng)過(guò)塑性變形及再結(jié)晶，粗大的鑄造組織變成了細(xì)小的再結(jié)晶組織，鋼錠中的氣孔、縮松等缺陷壓合在一起，使金屬更致密。（2）破碎并改善碳化物、非金屬夾雜物的分布（四）熱變形對(duì)金屬組織和性能的影響1.熱變形對(duì)金屬組織的影響（3）形成纖維組織鋼錠中分布在晶界上的雜質(zhì)，在金屬變形時(shí)，塑性雜質(zhì)（如FeS等）沿晶粒變形方向伸長(zhǎng)，呈帶狀分布；而脆性雜質(zhì)（如氧化物等）則被擊碎，呈鏈狀分布。再結(jié)晶時(shí)，晶粒的形狀改變，而雜質(zhì)依然沿被拉長(zhǎng)的方向（呈流線狀）保留下來(lái)，形成纖維組織。第9頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月金屬的變形程度越大，纖維組織越明顯。變形程度用鍛造比Y鍛來(lái)表示。拔長(zhǎng)時(shí)的鍛造比：鐓粗時(shí)的鍛造比：H0、F0----坯料變形前的高度和橫截面積H、F------坯料變形后的高度和橫截面積當(dāng)鍛造比為2～5時(shí)，纖維組織愈來(lái)愈明顯，金屬呈現(xiàn)各向異性。2.熱變形對(duì)金屬性能的影響第10頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①熱變形時(shí)金屬的塑性良好，變形抗力也小，能獲得具有

較高力學(xué)性能的再結(jié)晶組織；②變形抗力小，消耗較小的功可得到較大的變形；③能改善金屬的組織，提高其力學(xué)性能；3.纖維組織的特點(diǎn)及利用：鍛件在縱向（平行于纖維方向）上的塑性和韌性增加。而在橫向（垂直于纖維方向）上的塑性、韌性降低，金屬的力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性。纖維組織很穩(wěn)定，只有用鍛壓的方法才能改變纖維組織的方向和形狀。在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)：（1）應(yīng)使零件工作時(shí)的最大正應(yīng)力方向與纖維方向重合，最大剪應(yīng)力方向與纖維方向垂直，（2）并使纖維能與零件輪廓相符合而不被切斷。第11頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（五）常用金屬的鍛造性能是衡量金屬材料在壓力加工中成形難易程度的工藝性能指標(biāo)，包括金屬的塑性和變形抗力兩個(gè)指標(biāo)。①金屬的塑性：斷面收縮率、延伸率

②變形抗力：塑性變形時(shí)金屬反作用于工具上的力。1.影響金屬的鍛造性能的因素：（1）金屬的本質(zhì)第13頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①金屬的化學(xué)成分：純金屬的可鍛性比合金好，低碳鋼的可鍛性又比高碳

鋼好；鋼中含有形成碳化物的元素（如鎢、鉬、釩等），

則可鍛性明顯下降。②合金的組織：固溶體（如奧氏體）的可鍛性好，碳化物（如滲碳體）

則不能鍛。③晶界強(qiáng)度：晶界上存在低熔點(diǎn)、低強(qiáng)度、高脆性的物質(zhì)，將使塑

性大為降低。④晶粒大?。壕ЯＴ郊?xì)，金屬的總變形量可增大，塑性也越好，但

變形抗力會(huì)增加；鑄造組織的可鍛性較差。第14頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）變形溫度適當(dāng)提高變形溫度，可增大材料的塑性，降低變形抗力；但溫度過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生“過(guò)熱”和“過(guò)燒”，材料塑性顯著下降，易脆裂。第15頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變形速度是指單位時(shí)間內(nèi)的變形程度。①隨著變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)克服硬化現(xiàn)象，

金屬的塑性下降，變形抗力增加；②隨著變形的進(jìn)一步增加，金屬的溫升（熱效應(yīng)）使可鍛性得

到改善，變形速度越大越明顯。（3）變形速度第16頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)對(duì)各種壓力加工方法的影響①拉應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性越差，壓應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性

越好。②同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗

力。①金屬在擠壓、模鍛時(shí)三向受壓，表現(xiàn)出較高的塑性和較大的

變形抗力，且三向壓應(yīng)力相差越小，變形抗力越大；適合于

塑性較低的金屬的壓力加工；②金屬在拉拔時(shí)兩向受壓，一向受拉，表現(xiàn)出較低的塑性和較

小的變形抗力；適合于塑性高的金屬的壓力加工；第17頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、金屬的加熱加熱金屬，可以提高塑性，降低變形抗力，減小設(shè)備噸位，以利于金屬的變形和獲得良好的鍛后組織。①氧化在高溫下，鋼的表面與爐氣中的氧化性氣體（如O2、

CO2、H2O及SO2等）反應(yīng)，生成氧化皮，造成金屬的燒損和

增加壓力加工設(shè)備的磨損。1．金屬加熱的目的2．鋼加熱時(shí)產(chǎn)生的缺陷第18頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鋼的表面層的碳元素被燒損，含碳量降低的現(xiàn)象。

脫碳的影響及防止：脫碳使零件表面的機(jī)械性能降低，因而脫碳層深度不能大

于加工余量；加熱溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，脫碳層就會(huì)越深。③過(guò)熱當(dāng)鋼的加熱超過(guò)某一溫度，且在此溫度下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋼的晶粒迅速增大，形成粗大晶粒的現(xiàn)象。過(guò)熱的影響及防止a.過(guò)熱使材料的晶粒粗大，力學(xué)性能下降；b.過(guò)熱的鋼件可以通過(guò)多次鍛造及熱處理方法來(lái)消除，但對(duì)

于不產(chǎn)生相變重結(jié)晶的鋼種（如1Cr18Ni9Ti），不能用熱處

理來(lái)細(xì)化晶粒，消除過(guò)熱。②脫碳第19頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鋼被加熱到接近熔點(diǎn)時(shí)，爐氣中的氧化性氣體滲入到晶界，使晶界的物質(zhì)氧化，形成易熔的共晶氧化物，嚴(yán)重地破壞了晶粒之間的聯(lián)接，鍛造時(shí)易造成崩碎的現(xiàn)象。過(guò)燒的影響發(fā)生過(guò)燒的鋼件只能報(bào)廢回爐重新冶煉④過(guò)燒⑤內(nèi)部裂紋熱應(yīng)力：鋼錠或鋼材在加熱時(shí)，因表面的溫度高于中心的溫度，這一溫差使得表面的熱膨脹大于心部的熱膨脹，在中心產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，這種由溫差引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。第20頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部裂紋：鋼錠或鋼材在加熱時(shí)，由于產(chǎn)生的熱應(yīng)力與坯料中的殘余應(yīng)力疊加，超過(guò)了鋼的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生的裂紋。鋼的導(dǎo)熱性差（如高合金鋼），坯料斷面尺寸大，加熱速度快，則表里溫差大，熱應(yīng)力也大。第21頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．鍛造溫度范圍①始鍛溫度②終鍛溫度鍛件開(kāi)始鍛造的溫度。在不產(chǎn)生過(guò)燒現(xiàn)象的情況下，始鍛溫度可高一些；始鍛溫度隨含碳量的增加而降低。

鍛件停止鍛造的溫度。在保證鍛件有足夠的塑性和鍛后獲得再結(jié)晶組織的前提下，應(yīng)降低終鍛溫度。第22頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③鍛造溫度范圍指始鍛溫度與終鍛溫度之間的一段溫度范圍。鍛造溫度范圍應(yīng)盡可能寬一些。高碳鋼及合金鋼的鍛造溫度范圍較窄，有色金屬及其合金的就更窄。第23頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．加熱速度加熱速度一般采用單位時(shí)間內(nèi)鋼料表面的溫度變化來(lái)

表示（℃/h）。①加熱速度的影響因素：鋼的化學(xué)成分、爐溫、裝爐方式、

鋼坯尺寸大小等。②適當(dāng)提高爐溫，增大加熱速度對(duì)熱壓力加工有利，但要防

止加熱過(guò)快導(dǎo)致熱應(yīng)力增大，產(chǎn)生裂紋。③對(duì)塑性差，導(dǎo)熱性差的材料和大尺寸的鋼錠，常采用分段

加熱法（先慢后快）。第24頁(yè)，課件共27頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、超塑性1．實(shí)現(xiàn)超塑性的條件在適宜的變形溫度和變形速度條件下，具有超細(xì)晶粒的

某些金屬與合金，能獲得特別大而均勻的塑性變形的現(xiàn)象。

①超細(xì)的等軸晶粒②特定的等溫變形超塑性變形溫度一般為(0.5～0.7)T熔左右。③