材料成型理論基礎(chǔ)1第1頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性：金屬材料在外力的作用下發(fā)生永久變形而不破壞的能力；塑性成形：利用金屬的塑性，在外力作用下使金屬發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和性能的工件的一種加工方法，又稱塑性加工或壓力加工；應(yīng)用：金屬塑性加工在汽車、拖拉機、船舶、兵器、航空和家用電器等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。如：汽車的大梁和覆蓋件是沖壓成形的，曲軸、連桿和齒輪的毛坯是鍛造成形的。與其他加工方法相比，金屬塑性成形有如下優(yōu)點：第一節(jié)概述一、金屬塑性成形的特點2第2頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬塑性成形優(yōu)點生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)，使用模具生產(chǎn)改善了金屬的組織和結(jié)構(gòu)，使組織致密，纖維組織分布合理；材料利用率高：少無切削加工尺寸精度高：精密鍛造、精密擠壓、精密沖裁零件幾乎可直接使用3第3頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月切削加工螺釘局部鐓粗加工螺釘4第4頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、塑性成形工藝的分類

體積成形

板料成形熱加工：再結(jié)晶溫度以上進行的塑性加工冷加工：回復和再結(jié)晶溫度以下進行的加工介于兩者之間的則是溫熱成形，如溫擠壓、溫鍛等。5第5頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月體積成形1.鍛造在塑性成形過程中靠體積的轉(zhuǎn)移和重新分配來實現(xiàn)成形。自由鍛造開式模鍛閉式模鍛高徑比對鐓粗變形的影響6第6頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2.軋制

金屬坯料在兩個回轉(zhuǎn)軋輥之間受壓產(chǎn)生連續(xù)變形而形成各種產(chǎn)品的成形工藝稱為軋制。生產(chǎn)板材、管材、型材7第7頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3.拉拔

金屬坯料拉過拉拔模的?？锥冃蔚某尚喂に嚪Q為拉拔。生產(chǎn)棒材、線材、管材8第8頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.擠壓

金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？锥冃蔚某尚喂に嚪Q為擠壓。適用于塑性較差的材料的成形9第9頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月板料成形1.分離工序：稱為沖壓：落料、沖孔、彎曲、拉深等落料和沖孔2.成形工序：拉深和彎曲10第10頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于飛機、發(fā)動機和導彈等的結(jié)構(gòu)承載與功能特點，鈑金結(jié)構(gòu)件在航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，如飛機壁板、導彈殼體、導彈舵翼面及發(fā)動機葉片等。據(jù)統(tǒng)計，塑性加工零件占整架飛機零件總重的40％，加工工時占全機重量的10％，其數(shù)量在戰(zhàn)斗機中超過1萬件，在轟炸機中超過4萬件，大型運輸機和干線客機中則達6萬件之多。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，先進飛行器對可靠性、效費比及服役性能等提出了更高的要求。一方面，鈑金結(jié)構(gòu)件的整體化和復雜化趨勢越來越明顯，新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)；另一方面，新材料的應(yīng)用也呈增加的趨勢，如鈦合金、鋁合金及鋁鋰合金等。11第11頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2006年，我國鍛壓件產(chǎn)量達340萬噸，已經(jīng)成為世界鍛壓業(yè)的大國，但在主要指標方面與世界先進國家的差距還很明顯。在鍛件的類別方面，我國的模鍛件占65%，自由鍛件占35%；而世界上鍛壓業(yè)最先進的國家日本的模鍛件占總量的82.6%，自由鍛件僅占5.5%;并且日本在模鍛件中冷鍛件占5.8%，鋁鍛件占1.9%，遠遠高于我國的水平。在勞動生產(chǎn)率方面，日本的全員勞動生產(chǎn)率為175噸/人·年，我國最具代表性的汽車鍛造公司該指標為50噸/人·年，而行業(yè)平均水平僅為17噸/人·年左右。模具的壽命方面，我國熱鍛模壽命一般在4000～6000件，國外則在10000～15000件的水平，是我國的2.5倍左右。12第12頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2007年3月，我國宣布啟動大飛機工程。據(jù)統(tǒng)計，一個常規(guī)的飛機項目可直接帶動600家企業(yè)的發(fā)展，間接帶動2500余家企業(yè)發(fā)展。

2008年l0月．與大飛機工程配套的大型模鍛液壓機項目——蘇州昆侖先進制造技術(shù)裝備有限公司正式落戶周市鎮(zhèn)。該公司將聯(lián)合清華大學等機構(gòu)，整合各方資源．設(shè)計制造世界最大的l0萬t大型模鍛液壓機。這一項目標志著昆山市裝備制造業(yè)發(fā)展掀開新的篇章。將改變世界航天航空業(yè)大型鍛件生產(chǎn)格局此項目將極大提升我國航空關(guān)鍵零部件的制造能力，使我國大型航空鍛件的生產(chǎn)水平得到質(zhì)的提升，并將改變世界航空大型鍛件生產(chǎn)格局。13第13頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月薄壁曲面零件的鍛造成形工藝附加圖1薄壁曲面零件鍛造成形模具三維造型(a)成形凹模(b)成形凸模附加圖2薄壁曲面零件鍛造成形產(chǎn)品（國防科工委基礎(chǔ)科研項目“武器零件毛坯精化技術(shù)”）每片零件與機械加工件相比，節(jié)約材料60%以上，并省掉了大量的機械加工工序。(1)下料→(2)噴丸→

(3)鍛造成形→

(4)潤滑→(5)切邊→(6)整形。14第14頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

航空、航天、能源工業(yè)采用的鍛件材料大多是高強度的合金鋼和各種特殊合金。在航空、航天發(fā)動機和燃氣輪機中大量用了鈦合金和高溫合金，在新型殲擊機上鈦合金用量增到40%。這些材料的大量應(yīng)用對提高發(fā)動機的推重比，提高飛機的飛行速度和戰(zhàn)斗特性都起到了特別重要的作用。然而，鈦合金和高溫合金都是價格昂貴的金屬材料，又是屬難加工的類型。在發(fā)動機中鍛件的金屬利用率只有10－20%，飛機結(jié)構(gòu)件中甚至低于10%，造成大量金屬的浪費，使毛坯價格很高。這些特殊合金的機械加工性能也特別差，機加工費用也特別高，使成品零件的價格極其昂貴。熱模/等溫精密鍛造技術(shù)15第15頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月TC17整體葉盤TA19機匣TC4支架附加圖3大型鍛件（投影面積大于0.3m2）熱模/等溫精密鍛造技術(shù)成形產(chǎn)品16第16頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車覆蓋件的制作采用傳統(tǒng)沖壓成形需要大型沖壓設(shè)備生產(chǎn)線和成套模具，不僅投資巨大，而且模具制造周期長，不利于車型的更新?lián)Q代。由吉林大學教授李明哲博士創(chuàng)造的世界上第1臺商用板材無模多點成形壓力機10min可以“克隆”出人的臉，當然成形汽車覆蓋件就更不在話下了。附加圖4為我國自行研制多點成形工業(yè)機。板料無模多點成形附加圖4我國自行研制多點成形工業(yè)機的人臉模擬成形17第17頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月SPF／DB技術(shù)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的典型實例18第18頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)金屬在冷態(tài)下的塑性變形一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)和組織

多數(shù)金屬材料是由兩種或兩種以上金屬組成的合金。通過合金化使得金屬的力學性能在很大程度上和很大范圍內(nèi)發(fā)生改變。塑性成形的金屬絕大部分是多晶體。多晶體由許多結(jié)晶方向和不同的晶粒組成，晶粒之間存在晶界。每個晶粒的大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和成分不同、內(nèi)部的結(jié)晶學取向不同，相鄰晶粒彼此的位向不同，稱為亞晶結(jié)構(gòu)。晶界表現(xiàn)出許多與晶粒內(nèi)部不同的性質(zhì)，如:室溫是晶界的強度和硬度高于晶內(nèi)，而高溫時則相反；晶界中原子的擴散速度比晶內(nèi)快得多；晶界的熔點低于晶內(nèi)；晶界容易被腐蝕等。19第19頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月正由于晶界和晶內(nèi)有這些不同的性質(zhì)，在研究晶體的塑性變形時，要分別研究晶粒內(nèi)部的變形和晶界的變形。圖12－2多晶體示意圖20第20頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、金屬冷態(tài)下的塑性變形機理（一）晶內(nèi)變形晶內(nèi)變形的主要方式是滑移和孿生。其中，以滑移為主。晶體在外力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生相對移動或切變。這些晶面和晶向稱之為滑移面和滑移方向，如圖12－3所示?；频慕Y(jié)果使大量的原子逐步發(fā)生遷移，從而產(chǎn)生宏觀的塑性變形。一般地，滑移總是沿著原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生，因為原子密度最大的晶面，原子之間的間距小，原子間的結(jié)合力強；晶面之間的距離較大，晶面與晶面之間的結(jié)合力較弱，滑移阻力相對較小。圖12－3滑移面和滑移方向1．滑移21第21頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖12－4所示。F為作用于晶體上的外力，A0為正截面面積，σ是該截面上的正應(yīng)力，滑移面的法線方向與外力的作用方向成夾角φ

。滑移面面積為A1,滑移方向與外力的作用成夾角

λ

。由于滑移面的面積與正截面的面積關(guān)系是A1=A0/cosφ

，則滑移面上的軸向應(yīng)力為σ1=σcosφ

，它在滑移方向的切應(yīng)力分量為τ＝σcosφcosλ圖12－4滑移面上的切應(yīng)力分析22第22頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月當拉應(yīng)力σ值一定時，一個滑移系上的切應(yīng)力時受角度φ和λ決定的。令μ

＝cosφcosλ，，稱為取向因子?？梢?，滑移系上的切應(yīng)力分量取決于取向因子μ,μ越大，作用的切應(yīng)力分量越大。只有在φ＝λ＝45°時，切應(yīng)力達到其最大值

τ

max＝σ

/2。這意味著滑移系處于最佳取向，其上的切應(yīng)力分量最有利于優(yōu)先達到臨界值而產(chǎn)生滑移。通常把μ

＝0.5或接近0.5的取向稱為軟取向，而把

μ

＝0或接近0的取向稱為硬取向。取向因子μ

＝0，切應(yīng)力分量τ

＝0，這時不可以滑移。圖12－4滑移面上的切應(yīng)力分析23第23頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月對多晶體而言，各晶粒的取向不同，只有處于軟取向的滑移面才能最先滑移，而處于硬取向的滑移面難以發(fā)生滑移。正是由于各晶粒取向不同，晶內(nèi)滑移不僅受到晶界的阻礙，而且還受到周圍難以滑移晶粒的阻礙。對于多晶體的晶內(nèi)變形，滑移面和滑移方向也存在著向一定方向轉(zhuǎn)動的趨勢，以力求保持內(nèi)部的平衡。但由于受晶界和相鄰晶粒的影響，這種轉(zhuǎn)動是復雜的。轉(zhuǎn)動的結(jié)果是使原來任意取向的晶粒逐漸趨于一致。24第24頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月孿生變形需要達到一定的臨界切應(yīng)力值方可發(fā)生。在常溫下其值要比滑移的臨界切應(yīng)力大得多。所以，滑移是優(yōu)先發(fā)生的變形方式。只有在很低的溫度下，孿生的臨界切應(yīng)力比滑移的臨界切應(yīng)力低，這時，孿生才有可能發(fā)生。在多晶體內(nèi)，孿生變形是及其次要的一種補充變形方式。2．孿生25第25頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）晶間變形晶間變形的主要方式是晶粒間發(fā)生相互滑動和轉(zhuǎn)動。

多晶體中各晶粒的位向不同，受外力作用時，那些位向有利的晶粒中取向因子最大的滑移系上分切應(yīng)力首先達到臨界應(yīng)力而發(fā)生滑移。位錯沿滑移面運動到晶界。相鄰晶粒的位向不同，滑移系也不同，使得位錯難以越過晶界而在晶界附近形成塞積，如圖12-5所示。那些在滑移面兩端形成的符號相反的位錯塞積群會形成很強的應(yīng)力場，它越過晶界作用到相鄰的晶粒上，這個附加應(yīng)力與外力的應(yīng)力一起，最終使某些取向因子較小的滑移系的位錯源開動起來參與滑移。越來越多的晶粒參與塑性變形，塑性變形越來越大。圖12-5多晶體的滑移26第26頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月在外力作用下，沿晶界處可能產(chǎn)生切應(yīng)力。當此切應(yīng)力足以克服晶粒間相對滑動的阻力時，晶粒間開始發(fā)生相對滑動。由于晶界具有一定的厚度，當晶粒間產(chǎn)生相對滑動時，處于它們中間的晶界必然在相當厚度區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生切變形。同時由于各晶粒所處的位向不同，產(chǎn)生相對滑動的難易程度不同，這樣，在相鄰晶粒之間可能產(chǎn)生一對力偶，從而造成晶粒間的相互轉(zhuǎn)動，如圖12－6所示。圖12-6晶粒之間的相對轉(zhuǎn)動和滑動27第27頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月多晶體金屬塑性變形的特點晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性變形的不均勻性滑移系因素滑移條件和晶界因素

晶界存在阻礙了位錯的運動，因此，多晶體的晶粒越細，單位體積內(nèi)的晶界越多，滑移在相鄰晶粒內(nèi)的傳播所消耗的能量越多，其外在表現(xiàn)為塑性變形的抗力大，金屬的強度高。另外，晶粒越細小，金屬的塑性越好。因為在一定的體積內(nèi)，位向有利的晶粒越多，變形能比較均勻地分散在各個晶粒上。細晶粒金屬還不容易發(fā)生裂紋，發(fā)生裂紋后也不容易擴展，因為斷裂過程中要吸收更多的能量，即外力要做更大的功，所以細晶粒金屬的韌性也較高。細晶的優(yōu)點28第28頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、合金的塑性變形合金的相結(jié)構(gòu)固溶體化合物鋼中的F、銅鋅合金的α相鋼中的Fe3C，銅鋅合金中的β相常見的合金組織有單相固溶體合金、兩相或多相合金兩大類，它們的塑性變形特點不相同。29第29頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月單相固溶體合金的塑性變形與多晶體純金屬相似，也是滑移和孿生，變形時同樣受到相鄰晶粒的影響。但溶質(zhì)原子溶入后，這種異類原子必然對金屬的變形行為產(chǎn)生影響，使合金強度、硬度提高而塑性、韌性下降。這種現(xiàn)象叫做固溶強化，是由溶質(zhì)原子阻礙金屬中的位錯運動引起的。（一）單相固溶體合金的塑性變形（二）多相合金的塑性變形大多數(shù)合金材料，除基體相外，還有其他相存在，即兩相或多相合金。通過合金中的第二相，使合金得到進一步強化。一般工業(yè)合金中很多是由固溶體和金屬間化合物構(gòu)成的兩相合金。固溶體作為基體相，塑性較好，金屬間化合物一般以脆性相存在，硬而脆，難以變形。因此，合金的塑性變形很大程度上取決于第二相的數(shù)量、形狀、大小和分布的形態(tài)。但是從變形機理來說，仍然是滑移和孿生。30第30頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月兩相合金根據(jù)其第二相粒子的尺寸與分布分為兩類。如下圖12－8所示。圖12-8兩相合金的顯微組織a)聚合型b)彌散型31第31頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月彌散型兩相合金中，第二相質(zhì)點可以通過對過飽和固溶體的沉淀析出獲得，也可以用粉末冶金方法獲得。彌散強化的第二相粒子對位錯阻礙作用可以通過圖12－9來說明。圖12-9位錯繞過第二相粒子的過程彌散強化32第32頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月四、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響1．晶粒形狀發(fā)生改變拉拔和軋制時，晶粒都會沿著軸向即變形延伸方向拉長。當變形量很大時，就形成纖維狀組織，圖12-10。當金屬中含有夾雜物或第二相質(zhì)點時，他們會沿變形方向拉成細帶狀(塑性雜質(zhì))或碾成鏈狀(脆性雜質(zhì))。（一）對組織結(jié)構(gòu)的影響多晶體金屬經(jīng)冷塑性變形后，在晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶，同時晶粒的外形發(fā)生變化，晶粒的位向也發(fā)生改變。圖12-10變形前后的晶粒形狀a)變形前b)變形后33第33頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2．晶粒位向發(fā)生改變多晶體塑性變形后晶粒的位向發(fā)生改變，形成織構(gòu)。因為在變形時晶粒產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，那些在變形前位向無序的晶粒，在經(jīng)過很大變形后，取向逐漸趨于一致，形成擇優(yōu)取向的組織，稱為變形織構(gòu)。當然，這只是一種“趨向”性行為，隨著變形程度的增加，趨向于這種取向的晶粒就越多，金屬的織構(gòu)特征也就越明顯。由于織構(gòu)的形成，使金屬的性能表現(xiàn)出各向異性。一個典型的例子是，深拉延用的鋼板是經(jīng)軋制生產(chǎn)的，沿軋制方向表現(xiàn)出很強的織構(gòu)性，沿不同的方向表現(xiàn)出不同的伸長率，用這種板材下料的圓形毛坯拉成筒形件后，口部不平齊，在與軋制方向成45°方向上形成明顯的“制耳”。34第34頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月圖12-11表示拉拔形成的絲織構(gòu)現(xiàn)象；圖12-12表示板材經(jīng)軋制后形成的板織構(gòu)現(xiàn)象。圖12-11拉拔形成的絲織構(gòu)a）拉拔前b）拉拔后圖12-12軋制形成的板織構(gòu)a）軋制前b）軋制后35第35頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）對金屬性能的影響

塑性變形改變了金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，因而改變了金屬的力學性能。隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性和韌性相應(yīng)下降。圖12-13所示為冷拔45號鋼的力學性能指標與變形程度的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著變形程度的增加，金屬的強度和硬度增加，而塑性指標下降。在常溫狀態(tài)下，金屬的流動應(yīng)力隨變形程度的增加而上升。為了使變形繼續(xù)下去，就需要增加變形外力或變形功。這種現(xiàn)象稱為加工硬化。一方面，它能提高金屬的強度，人們用它來作為強化金屬的一種手段；另一方面，它又增加了變形的困難，提高了變形抗力，甚至降低了金屬的塑性。對于需多道次加工的金屬，需要在中間變形階段進行退火來消除加工硬化。圖12-1345鋼的力學性能與變形程度的關(guān)系36第36頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

加工硬化既是金屬塑性變形的特征，也是強化金屬的重要手段。通過軋制、擠壓等加工工藝，可以明顯提高工件的強度，還能改善金屬纖維的分布，有利于提高金屬的綜合機械性能。對于不能用熱處理工藝強化的金屬材料，可以通過冷變形強化來提高它的強度。例如，制造發(fā)電機護環(huán)的高錳奧氏體無磁鋼（40Mn18Cr3，40Mn18Cr4，50Mn18Cr4WN等），在加熱過程中無相變，無法通過淬火提高其強度，但可以采用冷變形強化的手段，如液壓脹形、芯軸擴孔、爆炸變形強化等方法來提高其力學性能。作業(yè)37第37頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)金屬的熱塑性變形一、熱塑性變形時金屬的軟化過程二、熱塑性變形機理三、雙相合金熱塑性變形的特點四、熱塑性變形對金屬組織和性能的影響

在熱塑性變形過程中，回復、再結(jié)晶與加工硬化同時發(fā)生，加工硬化不斷被回復和再結(jié)晶所抵消，而使金屬處于高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。38第38頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、熱塑性變形時金屬的軟化過程1.靜態(tài)回復和再結(jié)晶2.動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶3.亞動態(tài)再結(jié)晶4.熱塑性變形后的軟化過程軟化過程與變形溫度、應(yīng)變速度、變形程度和金屬本身的性質(zhì)有關(guān)。主要有：39第39頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1.靜態(tài)回復和再結(jié)晶及晶粒長大1)對性能的影響2)特點及應(yīng)用40第40頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2)特點及應(yīng)用回復再結(jié)晶晶粒長大發(fā)生溫度較低溫度較高溫度更高溫度轉(zhuǎn)變機制原子活動能量小，空位移動使晶格扭曲恢復。位錯短程移動，適當集中形成規(guī)則排列原子擴散能力大，新晶粒在嚴重畸變組織中形核和生長，直至畸變晶粒完全消失，但無晶格類型轉(zhuǎn)變新生晶粒中大晶粒吞并小晶粒，晶界位移組織變化金相顯微鏡下觀察組織無變化。宏觀內(nèi)應(yīng)力和微觀內(nèi)應(yīng)力有較大下降形成新的等軸晶粒，有時還產(chǎn)生再結(jié)晶織構(gòu)，位錯密度大大下降晶粒明顯長大性能變化強度、硬度略有下降，塑性略有上升，電阻率明顯下降強度、硬度明顯下降，加工硬化基本消除。塑性上升使性能惡化，塑性明顯下降應(yīng)用說明去應(yīng)力退火工藝，一般只有回復轉(zhuǎn)變再結(jié)晶退火可消除加工硬化效果，消除組織各向異性應(yīng)在工藝處理過程中防止產(chǎn)生41第41頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2.動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)回復動態(tài)再結(jié)晶在熱加工形變過程中伴隨的回復和再結(jié)晶過程，稱為動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶42第42頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3）組織變化1）動態(tài)回復使異號位錯相互抵消，結(jié)果是位錯密度下降，畸變能降低，但達不到動態(tài)再結(jié)晶所需的能量水平。所以動態(tài)回復是層錯能高的金屬熱變形過程中唯一的軟化機制。發(fā)生在熱塑性變形過程中，對軟化金屬有重要的作用；通過位錯的攀移、交滑移來實現(xiàn)的；纖維組織為沿變形方向拉長的晶粒，其亞結(jié)構(gòu)保持等軸狀。動態(tài)回復后金屬的位錯密度高于相應(yīng)的冷變形后靜態(tài)回復的密度，而亞晶粒的尺寸要比冷變形后經(jīng)靜態(tài)回復的亞晶粒小。4）高溫形變熱處理當金屬高溫變形時，只發(fā)生動態(tài)回復，其組織仍為亞晶狀組織，金屬中的位錯密度還很高，利用此點對金屬進行高溫變形熱處理，以獲得變形強化和熱處理強化的雙重效果，獲得比單獨進行熱處理和單獨進行變形強化更好的綜合力學性能。43第43頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2)動態(tài)再結(jié)晶塑性變形過程中，層錯能低的金屬在變形量很大時才可能發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶；金屬越純，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的能力越強；溶質(zhì)原子固溶于金屬基體，彌散的第二相粒子，都會嚴重阻礙晶界的遷移，減緩或遏制動態(tài)再結(jié)晶的進行；降低變形溫度、提高變形速度和變形程度，會使動態(tài)再結(jié)晶后的晶粒變細。44第44頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗用Q345C鋼的動態(tài)再結(jié)晶模型圖45第45頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3.亞動態(tài)再結(jié)晶在金屬熱塑性變形過程中，除了發(fā)生動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶，靜態(tài)回復和靜態(tài)再結(jié)晶外，還發(fā)生亞動態(tài)再結(jié)晶，——在熱變形的間歇或變形之后，利用金屬的高溫余熱進行的再結(jié)晶；如圖為熱軋和熱擠壓時的動態(tài)回復、動態(tài)再結(jié)晶過程和靜態(tài)回復、靜態(tài)再結(jié)晶過程：46第46頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月A）高層錯能金屬熱軋變形程度較小時（50％）發(fā)生動態(tài)回復，脫離變形區(qū)后發(fā)生靜態(tài)回復；B）低層錯能金屬熱軋變形程度較小時（50％）發(fā)生動態(tài)回復和靜態(tài)回復，同時發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，使晶粒細化；47第47頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月C）高層錯能金屬熱擠壓變形程度很大時（99％）發(fā)生動態(tài)回復，脫離變形區(qū)后發(fā)生靜態(tài)回復和靜態(tài)再結(jié)晶；D）低層錯能金屬熱擠壓變形程度很大時（99％）發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，離開變形區(qū)后發(fā)生亞動態(tài)再結(jié)晶；48第48頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.熱塑性變形后的軟化過程金屬在熱變形后仍然處于高溫狀態(tài)，一般會發(fā)生如下三種軟化過程：1）靜態(tài)回復金屬熱變形時，除發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶外，會形成亞晶組織，處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，如變形程度不大，在變形停止后，會發(fā)生靜態(tài)回復；2）靜態(tài)再結(jié)晶如變形程度較大，并且溫度仍處于再結(jié)晶溫度以上，會發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶；3）亞動態(tài)再結(jié)晶在熱變形過程中，已經(jīng)形成、但尚未長大的動態(tài)再結(jié)晶晶核，以及雖已長大但中途被遺留下來的再結(jié)晶晶粒，當變形終止后而溫度又足夠高時，這些晶粒會繼續(xù)長大。進行迅速，不需要形核時間。4）特點上述三種軟化過程均與熱變形時的變形溫度、變形速度、變形程度、材料成分和層錯能高低有關(guān)?？刂平饘僮冃魏蟮睦鋮s速度，就是抑制靜態(tài)軟化過程，可有目的的控制金屬的力學性能49第49頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、熱塑性變形機理1.晶內(nèi)滑移2.晶內(nèi)孿生3.晶界滑移4.擴散蠕變金屬熱塑性變形機理主要有以下幾種：晶內(nèi)滑移是主要的方式；孿生多發(fā)生在高溫高速變形時；晶界滑移和擴散蠕變只發(fā)生在高溫變形時50第50頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、雙相合金熱塑性變形的特點1.彌散型雙相合金2.聚合型雙相合金第二相粒子不僅對基體相產(chǎn)生影響，還會影響再結(jié)晶。對形核的影響：粒子附近產(chǎn)生位錯塞積，有利于形核；粒子直徑和間距較小而彌散分布時不利于形象對晶粒長大的影響：粒子對晶界的釘扎作用，阻礙晶粒長大。變形大的相，容易在相界和相內(nèi)形核，晶粒較小；變形小的相，晶核只在相界旁產(chǎn)生，晶粒較大；并且金屬質(zhì)點流動不均勻，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，降低了合金的塑性。51第51頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月四、熱塑性變形對金屬組織和性能的影響金屬熱塑性變形對組織和性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾點：改善晶粒組織鍛合內(nèi)部缺陷形成纖維狀組織改善碳化物和夾雜物分布改善偏析52第52頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1.改善晶粒組織1）晶粒越細越均勻，金屬的強度、塑性和韌性指標越高；2）對于鑄態(tài)金屬，粗大的樹枝狀晶?？赏ㄟ^塑性變形和再結(jié)晶變成等軸細晶組織，對于經(jīng)軋制、鍛造或擠壓的鋼坯和型材，在以后的熱加工中通過塑性變形和再結(jié)晶，其晶粒組織可以得到改善；3）晶粒大小取決于塑性變形時的動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶，以及隨后發(fā)生的靜態(tài)回復、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶等的軟化過程，這些與金屬的性質(zhì)、變形溫度、應(yīng)變速率、變形程度和變形后的冷卻速度有關(guān)。4）以固溶或彌散微粒出現(xiàn)的合金元素，都有利于提高再結(jié)晶形核率和降低晶界的遷移速度，因而能使再結(jié)晶晶粒細化。如：碳鋼中加入Nb可使晶粒細化。53第53頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2.鍛合內(nèi)部缺陷鑄態(tài)金屬中的疏松、空隙和微裂紋等內(nèi)部缺陷被壓實，從而提高了金屬的致密度。內(nèi)部缺陷的鍛合效果，與變形溫度、變形程度、應(yīng)力狀態(tài)及缺陷表面的純潔度等因素有關(guān)。54第54頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3.形成纖維狀組織在熱塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，鋼錠內(nèi)部粗大的樹枝狀晶逐漸沿主變形方向伸長，與此同時，晶間富集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主應(yīng)變方向一致。其中脆性夾雜物（如氧化物、氮化物等）被破碎呈鏈狀分布；而塑性夾雜物（如硫化物和多數(shù)硅酸鹽等）則被拉長呈條帶狀、線狀或薄片狀。在熱變形過程中，由于再結(jié)晶的結(jié)果，被拉長的晶粒變成細小的等軸晶，而流線卻很穩(wěn)定的保留直至室溫。纖維組織的形成使金屬的機械性能呈各向異性，沿流線方向比沿垂直于流線方向具有較高的機械性能，其中以塑性、韌性指標最為顯著。纖維狀組織如圖12-20所示；對性能的影響如圖12-2155第55頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維狀組織56第56頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維組織對性能的影響57第57頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.改善碳化物和夾雜物分布

對于高速鋼、高鉻鋼、鋼碳工具鋼等，其內(nèi)部含有大量的碳化物。這些碳化物有的呈粗大的魚骨狀，有的呈網(wǎng)狀包圍在晶粒周圍。通過鍛造或軋制，可使這些碳化物被打碎、并均勻分布，從而改善了它們對金屬基體的消弱作用，并使由這類鋼鍛制的工件在以后的熱處理時硬度分布均勻，提高了工件的使用性能和壽命。58第58頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月5.改善偏析在熱變形中，通過枝晶破碎和擴散，可使鑄態(tài)金屬的偏析略有改善，鑄件的力學性能得到提高。59第59頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)對塑性和變形抗力的影響一、塑性指標和變形抗力二、影響塑性的因素三、影響變形抗力的因素60第60頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、塑性指標和變形抗力

塑性指標

變形抗力

變形抗力與塑性的差別61第61頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1.塑性指標斷面收縮率延伸率沖擊韌性最大壓縮率扭轉(zhuǎn)角（或扭轉(zhuǎn)數(shù)）彎曲次數(shù)概念：金屬在破壞前產(chǎn)生的最大變形程度，即極限變形量。表示方法：62第62頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性指標的測量方法拉伸試驗法壓縮試驗法扭轉(zhuǎn)試驗法塑性圖63第63頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月拉伸試驗法式中：L0——拉伸試樣原始標距長度；

Lk——拉伸試樣破斷后標距間的長度；

A0——拉伸試樣原始斷面積；

Ak——拉伸試樣破斷處的斷面積斷面收縮率延伸率64第64頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月壓縮試驗法

簡單加載條件下，壓縮試驗法測定的塑性指標用下式確定：

式中：

c

——壓下率；

H0——試樣原始高度；

Hk——試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條裂紋時的高度65第65頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月扭轉(zhuǎn)試驗法

對于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)換作為剪切變形（γ

）。式中：R——試樣工作段的半徑；

L0——試樣工作段的長度；

n——試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。

66第66頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性圖概念：表示金屬塑性指標與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲線圖形，簡稱塑性圖。擬定金屬塑性加工工藝規(guī)范，如選擇變形溫度、變形速度、變形程度等的重要依據(jù)溫度硬度δψσb67第67頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2.變形抗力概念：金屬在發(fā)生塑性變形時，產(chǎn)生的抵抗變形的力；一般用接觸面上平均單位面積變形力表示，以p表示。變形抗力的大小，決定于材料的真實應(yīng)力，同時取決于塑性加工時的應(yīng)力狀態(tài)、接觸摩擦狀態(tài)和變形體的尺寸等因素。通常以單向拉伸或壓縮狀態(tài)下和一定的變形條件下的真實應(yīng)力（流動應(yīng)力）表示。實際的變形抗力與真實流動應(yīng)力不同，與加工方法和加工條件密切相關(guān)。68第68頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3.變形抗力與塑性的差別塑性反映金屬對變形的適應(yīng)能力，塑性好表示金屬可以承擔的塑性變形量大；變形抗力反映金屬抵抗變形的能力，即金屬變形的難易程度；鉛---------------塑性好，變形抗力小不銹鋼--------塑性好，但變形抗力高白口鑄鐵----塑性差，變形抗力高結(jié)論：塑性與變形抗力不是同一概念69第69頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、影響塑性的因素

化學成分和合金成分對塑性的影響組織狀態(tài)對塑性的影響

變形溫度對塑性的影響

應(yīng)變速率對塑性的影響

應(yīng)力狀態(tài)對塑性的影響

總結(jié)70第70頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1.化學成分和合金成分對塑性的影響C及合金元素Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等合金元素影響；N、H、O、S、P等有害元素的影響。71第71頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月C：對碳鋼性能影響最大，含量越高，塑性越差，變形抗力越大。P：有害雜質(zhì)，在鋼中有很大的溶解度，易溶于鐵素體，使鋼的塑性降低，在低溫時更為嚴重，稱為冷脆性；S：有害雜質(zhì)，主要與Fe形成FeS，并與Fe形成易熔共晶體Fe-FeS，熔點985℃左右。硫化物及其共晶體，通常分布在晶界上，在鋼的鍛造溫度范圍內(nèi)（800～1220℃）會發(fā)生變形開裂，即熱“熱脆”現(xiàn)象。加入元素Mn可降低S的有害作用;72第72頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月N：有害雜質(zhì)，主要以Fe4N形式存在。N在α-Fe中的溶解度在高溫和低溫時相差很大，當含N量高的鋼由高溫快冷至低溫時，α-Fe被過飽和，隨后以Fe4N形式析出，使鋼的塑性、韌性大大下降，這種現(xiàn)象稱為“時效脆性”。如在300℃左右加工，會出現(xiàn)所謂的“藍脆”現(xiàn)象。H：有害雜質(zhì)；鋼中溶解H，會使鋼的塑性、韌性下降，造成所謂“氫脆”；當H含量較高時，經(jīng)鍛造、軋制后快冷時，從固溶體中析出的H原子來不及向鋼坯表面擴散逸出，而聚集在顯微缺陷處，形成微裂微，即所謂“白點”73第73頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月O：O在鋼中的溶解度很小，主要以Fe3O4、Al2O3和SiO2等夾雜物出現(xiàn)，降低鋼的塑性；Fe3O4還與FeS形成易熔共晶體，分布于晶界處，造成鋼的熱脆性