金属塑成型原理 第十二章 12.24最终版
金属塑性成形原理.
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三、六方晶系晶面与晶向指数
2、晶向指数
标定方法：
1. 平移晶向(或坐标)，让原 点为晶向上一点，取另一 点的坐标，有:
2. 并满足p＋q＋r＝0 ； 3. 化成最小、整数比 u：v：t：w 4. 放在方方括号[uvtw]，不加逗号，负号记在上方 。
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金属的实际晶体结构
标定方法：
1. 建立坐标系 结点为原点，三棱为方向， 点阵常数为单位 ； 2. 在晶向上任两点的坐标(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。(若平移晶向或坐标，让在第 一点在原点则下一步更简单)； 3. 计算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ； 4. 化成最小、整数比u：v：w ； 5. 放在方括号[uvw]中，不加逗号，负号记在 上方 。
一、多晶体结构
单晶体:
一块晶体材料，其内部 的晶体位向完全一致时，即 整个材料是一个晶体，这块 晶体就称之为“单晶体”， 实用材料中如半导体集成电 路用的单晶硅、专门制造的 金须和其他一些供研究用的 材料。
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一、多晶体结构
多晶体:
实际应用的工程材料 中，那怕是一块尺寸很小 材料，绝大多数包含着许 许多多的小晶体，每个小 晶体的内部，晶格位向是 均匀一致的，而各个小晶 体之间，彼此的位向却不 相同。称这种由多个小晶 体组成的晶体结构称之为 “多晶体”。
第一章 金属塑性变形的基础理论 主要内容
金属的晶体结构
位错理论基础 单晶体塑性变形 多晶体塑性变形
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1
1.1 金属的晶体结构
金属塑性成型原理
塑性变形：当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形。
塑性：外力作用下使金属材料发生塑性形变而不破坏其完整性的能力。
塑性成形：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法。
软取向：μ=0.5或接近0.5硬取向：μ=0或或接近0金属塑性成形的特点：1组织性能好，金属材料在塑性成形过程中，其内部发生显著的变化2材料利用率高金属塑性成形主要是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不产生切屑，因此只有少量的工艺废料，并且流线分布合理3尺寸精度高不少成型方法已达到少或无切削的要求。
4生产效率高，适于大批量生产随着塑性加工工具和设备的改进及机械化，自动化程度的提高，生产率也相应得到提高。
金属塑性成形分为板料成形和块料成形。
块料成形是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。
1一次加工：轧制，挤压，拉拔2二次加工：自由锻，模锻。
板料成形一般称为冲压，是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形。
这类塑性加工方法可分为分离工序和成形工序两类。
金属塑性成形原理是研究和探讨金属在各种塑性加工过程中可遵循的基础和规律的一门学科。
目的在于科学地、系统地阐明这些基础和规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，也为合理制订塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。
金属塑性成形工艺应要求：1使金属具有良好的塑性2使变形抗力小3保证塑性成形件质量4能了解变形力。
为达到以上要求需从塑性变形的力学基础、物理基础、塑性成形问题的工程解法、塑性成形件的质量分析等发面进行论述。
晶内变形的主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。
滑移是指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
晶体的滑移过程实际上就是位错的移动和增殖过程。
加工硬化的原因是位错增殖。
滑移系多的金属要比滑移系少的金属变形协调性好、塑性高，如面心立方金属比密排六方金属的塑性好。
金属塑性成形原理
⏹掌握金属塑性变形的物理基础，即掌握影响金属性能的主要因素及原理，掌握金属性能主要指标的测试方法；⏹掌握金属塑性力学的基础知识，即掌握金属塑性变形体内的应力场、应变场、应力－应变之间关系、塑性变形时的力学条件等塑性理论基础知识。
掌握塑性成形问题的几种主要解法（包括解析和数值解法）；⏹掌握金属塑性成形时的金属流动规律和变形特点，分析金属的基本成形工艺，以便确定合理的坏料尺寸和成形工序；⏹掌握对成形质量进行定性分析及提高成形质量的方法。
金属塑性成形的特点⏹加工后组织性能得到改善和提高，经塑性成形，使其结构致密，组织改善⏹材料利用率高，主要依靠金属在塑性状态下的体积转移来实现⏹生产率高，如高速冲，400-1000次/每钟⏹精度高，精密塑性成形一般将金属塑性成形分为块料成形（又称体积成形）和板料成形两大类，每类又包括多种加工方法，形成各自的工艺领域。
块料加工⏹轧制：型材、板材、管材⏹挤压：型材、管材或零件⏹拉拔：棒材、管材和线材⏹自由锻：结构件⏹模锻：结构件板料成形一般称为冲压。
它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需零件。
一、金属塑性成形原理（一）金属的塑性变形1.金属的塑性变形的分类①弹性变形：材料在外力作用下会产生变形；当外力消失后，所产生的应力和变形也消失的变形，称为弹性变形。
②塑性变形当外载荷在材料内部所产生的内应力超过了材料的屈服强度以后，即使去掉外载荷，变形也不能完全消失的变形称为塑性变形。
2. 金属的塑性变形在金属塑性变形过程中，金属的晶粒内部产生了滑移，晶粒间也产生了滑移并转动（多晶体的晶间变形）。
（1）单晶体金属——刚性滑移（2）多晶体金属——位错运动（二）冷变形对金属组织和性能的影响1.产生冷变形强化现象冷变形时，随着变形程度的增加，产生金属的强度、硬度升高，塑性、冲击韧性下降的现象。
2.产生残余应力加工硬化对金属组织性能的影响：①压力加工中，加工硬化增大了材料继续变形的阻力。
金属塑性成形原理``俞汉清 陈金德主编``
金属塑性成形原理复习指南第一章绪论1、基本概念塑性:在外力作用下材料发生永久性变形，并保持其完整性的能力。
塑性变形:作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的永久变形成为塑性变形。
塑性成型:材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定的力学性能的加工方法。
2、塑性成形的特点1）其组织、性能都能得到改善和提高。
2）材料利用率高。
3）用塑性成形方法得到的工件可以达到较高的精度。
4）塑性成形方法具有很高的生产率。
3、塑性成形的典型工艺一次成形（轧制、拉拔、挤压）体积成形塑性成型分离成形（落料、冲孔）板料成形变形成形（拉深、翻边、张形）第二章金属塑性成形的物理基础1、冷塑性成形晶内：滑移和孪晶（滑移为主）滑移性能（面心>体心>密排六方）晶间：转动和滑动滑移的方向：原子密度最大的方向。
塑性变形的特点：① 各晶粒变形的不同时性；② 各晶粒变形的相互协调性；③ 晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。
合金使塑性下降。
2、热塑性成形软化方式可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶等。
金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移，晶内孪生，晶界滑移和扩散蠕变等。
3、金属的塑性金属塑性表示方法：延伸率、断面收缩率、最大压缩率、扭转角（或扭转数）塑性指标实验：拉伸试验、镦粗试验、扭转试验、杯突试验。
非金属的影响：P冷脆性 S、O 热脆性 N 蓝脆性 H 氢脆应力状态的影响：三相应力状态塑性好。
超塑性工艺方法：细晶超塑性、相变超塑性第三章金属塑性成形的力学基础第一节应力分析1、塑性力学基本假设：连续性假设、匀质性假设、各向同性假设、初应力为零、体积力为零、体积不变假设。
2、张量的性质1、存在不变量，张量的分量一定可以组成某些函数f(Tij),这些函数的值不随坐标而变。
2、2阶对称张量存在三个主轴和三个主值；张量角标不同的分量都为零时的坐标轴方向为主轴，三个角标相同的分量为值。
金属塑性成形原理pdf
金属塑性成形原理pdf
金属塑性成形（MPM）是一种成型工艺，它包括冷弯折形、冷拉伸、热弯形、热拉伸、冲压和挤压等，它能够将金属材料塑性变形，从而制造成各种形状和尺寸的部件或零件。
虽然它与铸造有许多相似之处，但具有明显的不同，它更多的是在金属材料弯折或拉伸的基础上进行裁剪和成型。
金属塑性成形的主要原理是材料的塑性变形，当金属或其它金属材料受力时，它会发生塑性变形，例如在冷弯折形时，金属材料会受到压力而不会断裂。
冷拉伸的原理与冷弯折形的原理基本相同，只是它使用的是拉伸力而非压力。
热弯形和热拉伸原理与冷弯折形和冷拉伸的原理大致相同，只是需要加热材料来使其塑性变形。
冲压和挤压是两种机器成型工艺，它们通过对金属材料施加压力而产生细小的型腔，从而制造出不同形状的部件或零件。
金属塑性成形的另一个重要原理是金属温度、应力和应变。
温度变化会影响材料的变形性能，应力和应变是金属材料变形的两个重要参数，它们可以帮助确定材料的力学性能，从而选择合适的成形工艺来完成成型任务。
最后，成形过程中还需要考虑工具的
使用，例如冲床、挤压机、回转机等，这些工具可以应用到金属塑性成形中，使金属材料发挥更好的塑性变形性能。
总之，金属塑性成形技术的主要原理是材料的塑性变形，应力、应变和温度等因素的影响，以及工具的使用。
这些原理可以用来帮助确定正确的成型工艺和工具，从而产生精确度相当高的金属零件。
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理金属塑性成形是一种重要的金属加工方法，它通过施加外力使金属发生变形，从而获得所需形状和尺寸的工件。
金属塑性成形原理是指金属在一定条件下，经过外力作用下，发生塑性变形的规律和原则。
金属塑性成形原理的研究对于提高金属成形工艺的质量和效率具有重要意义。
首先，金属塑性成形原理与金属的塑性变形特性密切相关。
金属的塑性变形是指金属在外力作用下，能够发生形状和尺寸的变化，而不断地保持新形状。
金属的塑性变形特性包括延展性和韧性，这些特性直接影响着金属在成形过程中的变形行为。
不同金属的塑性变形特性有所差异，因此在实际生产中需要根据金属的特性选择合适的成形工艺和工艺参数。
其次，金属塑性成形原理与成形工艺的选择和设计密切相关。
在金属塑性成形过程中，需要根据工件的形状和尺寸要求，选择合适的成形工艺。
不同的成形工艺包括锻造、压力成形、拉伸成形、挤压成形等，它们在金属塑性成形过程中起着不同的作用。
同时，成形工艺的设计也需要考虑金属的塑性变形特性和成形设备的性能，以确保成形过程顺利进行并获得高质量的工件。
另外，金属塑性成形原理与成形设备的选择和优化密切相关。
成形设备是实现金属塑性成形的关键工具，它包括各种类型的成形机床、模具和辅助设备。
在金属塑性成形过程中，需要根据工件的形状和尺寸要求，选择合适的成形设备。
同时，成形设备的性能和精度也会影响金属的成形质量和效率，因此需要对成形设备进行优化和改进。
最后，金属塑性成形原理还与成形工艺的控制和改进密切相关。
在金属塑性成形过程中，需要对成形工艺进行精确的控制，以确保工件的形状和尺寸满足要求。
同时，还需要通过改进成形工艺，提高成形质量和效率，降低成本和能耗。
因此，金属塑性成形原理的研究也包括成形工艺的控制和改进方法。
综上所述，金属塑性成形原理是金属塑性成形过程中的基本规律和原则，它涉及金属的塑性变形特性、成形工艺的选择和设计、成形设备的选择和优化、成形工艺的控制和改进等方面。
金属塑性成型原理
第一章绪论塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而变形不破坏其完整性的能力称为塑性塑性加工（压力加工）：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法。
塑性成形的特点：1）组织性能好2）材料利用率高；3）尺寸精度高；4）生产效率高。
金属塑性成形的分类块料成形（体积成形）板料成形（冲压）1）一次加工可提供型材、板材、管材和线材。
特点是变形去的形状随时间是不变化的，属稳定的变形过程。
主要的加工方式：轧制、挤压、拉拔2）二次加工变形区域随时间是不断变化的，非稳定性过程、间歇生产。
主要的加工方式：自由锻、模锻第二章金属塑性变形的物理基础§2.1金属冷态下的塑性变形一、塑性变形机理多晶体的塑性变形包括晶粒内部变形（晶内变形）、晶外变形（晶间变形）。
（一）晶内变形变形方式：滑移（主要）、孪生（次要）1、滑移指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
滑移发生的地方：原子密度最大的晶面和晶向，例如面心立方的{110}和<111>，体心立方的{111}和<110>等。
原因：原子密度最大的晶面，原子间距小，原子间的结合力强；而其晶面间的距离则较大，晶面与晶面之间的结合力较小，滑移阻力便小。
结论：滑移系多的金属要比滑移系少的金属变形协调性好、塑性高。
而其发生滑移的条件需沿滑移面施加一定大小的切应力。
设拉力P引起的拉伸应力ζ，切应力分量为τ=σcosυcosλ令u=cosθcosλ，称为取向因子当u=0.5或接近0.5，称为软取向当u=0或接近0，称为硬取向金属多晶体中，各晶粒的位向不同，使得塑性变形必然不可能在所有晶粒内同时进行，构成多晶体塑性变形不同于单晶体。
2、孪生（形变孪晶）晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为孪生方向）发生均匀切变。
金属在塑性变形时以何种方式变形，取决于哪种变形所需的切应力为低。
金属塑形成型原理复习资料
金属塑形成型原理复习资料第一章 绪论1、金属塑形成型分为基本加工变形方式和组合加工变形方式。
、靠压力作用使金属产生变形的方式有轧制、锻造、挤压。
｛内容详见书P4｝主要靠拉力作用使金属产生变形的方式有拉拔、冲压（拉深等成形工序）和拉形。
3、塑形：金属产生塑性变形而不破坏其完整性的能力。
（金属在外力作用下能稳定的改变自己的形状和尺寸，而各质点间的联系不被破坏的性能称为塑形）4、主应力：通过坐标变换，可以找到只有正应力的坐标面（切应力为o ），此时的坐标轴称为主轴，主平面上的正应力叫做主应力。
第二章 金属塑性变形的力学基础 1、塑形理论通常采用的假设：（１）变形体是连续的，即整个变形体内不存在任何空隙。
（２）变形体是均质的和各向同性的。
（３）在变形的任意瞬间，力的作用是平衡的。
（４）在一般情况下，忽略体积力的影响。
（５）在变形的任意瞬间，体积不变。
2、张量的表示⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=z zy zxyz y yx xz xy x ij στττστττσσ3、任意斜面上的应力l,m,n 为方向余弦（1）全应力为S,他在三个坐标轴方向的分量为zy x s s s ,,nm l s nm l s n m l s z zyzx zyz y yx y zx yx x x στττστττσ++=++=++= （2-1）于是可求全应力为2222zy s s s s x ++=（2）全应力在法线上的投影就是斜面上的正应力σ()nl mn lm n m l n s m s l s zx yz xy z y x z y x τττσσσσ+++++=++=2222（3）此时切应力为 222στ-=s4、主应力和应力不变量（1）对于斜面ABC,作为待求的主平面，面上的切应力τ=0，因而正应力就是全应力， 即 s =σ，于是全应力在三个坐标轴上的投影为n sn s msm s l sl s z y x σσσ======，并将他们带入（2-1），整理得()()()0=-++=+-+=++-n m l n m l n m l z yz xz zy y xy zx yx x σστττσστττσσ，又因为方向余弦之间存在着这样的关系：1222=++n m l 。
金属塑性成形课件
液压成形可以提高锻件精度、降低成本、减少模具制造时间，适用于生产大型、 复杂形状的锻件。但需要使用专门的液压设备和液态介质，成本较高。
粉末冶金
粉末冶金基本工艺
粉末冶金是将金属粉末作为原料，通过压制、烧结等工艺制 成具有一定形状和性能的制品。
粉末冶金特点
粉末冶金可以生产出高精度、高密度、高性能的制品，适用 于生产复杂形状的零件。但生产周期长、成本高，且对于大 型零件来说存在一定的局限性。
制品翘曲
优化坯料加热和模具设计，改善制品冷 却条件，减少翘曲变形。
工艺优化与改进方法
优化工艺参数
引进新工艺
通过试验和模拟等方法，确定最佳的工艺参 数组合，提高产品质量和生产效率。
积极推广新工艺，提高生产效率和产品质量 ，降低生产成本。
自动化与智能化
持续改进
引入自动化和智能化设备，提高生产过程的 稳定性和效率，降低人为因素对产品质量的 影响。
03
针对不同的产品要求，灵活调整工艺参数
模具设计
1
根据产品要求和工艺方案，进行模具设计计算
2
确定模具的结构形式、材料、尺寸和精度要求 等
3
对模具进行强度、刚度和稳定性等方面的校核
计算机辅助工艺设计
01
利用计算机辅助工艺设计软件，进行工艺模拟和优化
02
根据模拟结果，对工艺方案、工艺参数和模具等进行调整和优
3
非晶合金材料
具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀等优点，是 制造精密部件的理想材料。
高精度与高效率成形技术
精密塑性成形技术
采用高精度模具、精确控制成形工艺参数等方法，使金属坯料达到高精度、 高化工艺流程、采用多工位成形、高速压制等手段，提高生产效率，降 低生产成本。
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理金属塑性成形是指金属在一定条件下经过外力作用，形状和尺寸发生改变而不破坏其连续性的加工方法。
金属塑性成形工艺在工业生产中具有非常重要的地位，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
金属塑性成形原理是金属塑性加工的基础，了解金属塑性成形原理对于提高金属加工质量和效率具有重要意义。
首先，金属塑性成形原理涉及到金属的塑性变形特性。
金属具有塑性变形的特点，即在一定条件下可以通过外力作用而改变形状和尺寸，而不会破坏其内部结构。
这是由于金属的晶体结构和金属原子之间的结合方式所决定的。
金属的晶体结构具有规则的排列方式，因此在外力作用下，金属原子可以相对容易地发生滑移和再结晶现象，从而实现塑性变形。
其次，金属塑性成形原理还涉及到金属的应力应变关系。
金属在受到外力作用时会产生应力，并且产生相应的变形。
金属的应力应变关系是描述金属在受力情况下的变形规律的重要理论基础。
根据金属的应力应变关系，可以确定金属在受力情况下的变形程度和变形方式，从而为金属塑性成形工艺的设计和优化提供理论依据。
此外，金属塑性成形原理还包括金属的加工硬化特性。
金属在经过塑性变形后会产生加工硬化现象，即金属的抗拉强度和硬度会随着变形程度的增加而增加。
了解金属的加工硬化特性对于选择合适的加工工艺和工艺参数具有重要意义。
通过合理控制加工硬化特性，可以有效地提高金属的塑性变形能力，降低加工难度，提高加工效率。
最后，金属塑性成形原理还涉及到金属的成形工艺。
金属的成形工艺包括压力成形、拉伸成形、挤压成形、冷锻成形等多种方法。
不同的成形工艺适用于不同的金属材料和形状要求。
了解金属的成形工艺对于选择合适的加工方法和工艺流程具有重要意义。
通过合理选择成形工艺，可以实现金属加工的高效、高质量和低成本。
综上所述，金属塑性成形原理是金属塑性加工的基础，了解金属的塑性变形特性、应力应变关系、加工硬化特性和成形工艺对于提高金属加工质量和效率具有重要意义。
金属塑成型原理终PPT课件
在生产低塑性的钢铁或者合金时，常常发现在材料的表面或 者内部出现断裂
用平锤头锻压圆坯的情况
受力情况：假若没有外端，则可自由地形成双鼓形，但由于外端的齐作用， 使工件中心产生附加拉应力，压下时，断面的中心部分受到水平拉应力σ2作 用。
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12.3.3.2 平锤头锻压圆坯时出现的纵向内裂
✓ 初始压下时，水平拉应力σ2作用，产生（a）所示裂口； ✓ 翻钢90℃锻压后，产生（b）所示裂口； ✓ 圆锭翻90℃锻造方坯时，产生图（d）所示横竖十字裂口； ✓ 圆锭旋转锻成圆坯料， 产生如图（e）所示孔腔
对角十字裂口
横竖十字裂口
放射状裂口 锻压时端部劈头情况分析
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（2）预防措施： ✓ 正常锻压前先锻头部，改善端部的塑性； ✓ 避免轧件表面温度降低过大；
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12.3.6 轧板时的边裂和薄件的中部开裂
（1）产生原因 凸辊轧制：边部受纵向附加拉应力，出现边裂（板材塑性不好时）或中部产生 皱褶（板材塑性良好时）； 凹辊轧制：中部受纵向附加拉应力，边部受纵向附加压应力，出现中部裂口 （板材塑性不好）或者边部产生皱褶（板材塑性良好时）
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12.2 影响断裂类型的因素
（1）变形温度 σf —— 正断抗力 σs —— 塑性变形抗力 Tw ——塑性变形温度 Tk ——脆性临界温度 当温度Tw＞Tk 时，σf＞σs ，材料先达到σs，产生大 量的塑性变形，导致裂口成核。但此时裂口还不能扩展， 只有当应力达到σf 时才造成断裂 ——韧性断裂
《金属塑性成形原理及工艺》课程讲义
1．晶格和晶胞
固体物质中的原子排列有两种情况，一种是原子呈周期性有规则的排列，这种物质被称 为晶体，另一种是原子呈不规则排列，被称为非晶体。金属一般是晶体。在晶体中，原子排 列的规律不同，其性能也不同。所以研究金属的晶体结构，首先必须从金属原子的实际排列 情况着手。
实际中，晶体的原子堆积在一起，肉眼难以分辨其规律性。为了清楚的表明原子在空间 的排列规律性，人们对晶体结构进行了抽象简化。即将构成晶体的实际质点（包括原子、离 子或者分子）忽略，将他们抽象为纯粹的几何点，称之为阵点或结点。这些阵点可以是原子 （或者分子）的中心，也可以是原子群（或者分子群）的中心点。用许多平行的直线将这些 阵点连接起来，就构成了一个三维的空间格架，这种用以描述晶体中原子（离子或者分子） 排列规律的空间格架称为空间点阵，简称为点阵或晶格。
晶体地缺陷通常分为三大类： （1）点缺陷 晶体中的点缺陷主要包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子，以及由它们组合而成的复 杂缺陷。 在晶体中，处于平衡位置的原子不是固定不动的，而是以各自的平衡位置为中心不停的 作热振动。随着温度的升高，热振动的振幅和频率都会增加。由于晶体内原子的相互作用， 他们将彼此相互影响、相互制约，从而使热振动能量产生起伏。当某些原子振动的能量高到 足以克服周围原子的束缚时，它们便有可能挣脱原来的平衡位置，迁移到一个新的位置，形 成一个离位原子，同时在原来的平衡位置上留下点阵空位缺陷。 离位原子的迁移位置一般有三种： 1） 离位原子迁移到晶体表面或者晶界上的正常阵点位置，使晶体内部留下空位 2） 离位原子挤入点阵的间隙位置，在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子； 3） 离位原子迁移到其他空位中，使空位移动，这种情况下，空位的数目不会增加。 空位和间隙原子的形成与温度有很大的关系，随着温度的升高，空位和间隙原子的数目 增加，因此，点缺陷又称为热缺陷。 空位和间隙原子的迁移运动，构成金属晶体中原子的扩散，这直接影响到金属的性能和 在金属中发生的某些物理化学过程。例如金属的热处理、化学处理、蠕变和高温变形都和原 子的扩散有关。
金属塑性成型原理复习资料
《金属塑性成型原理》复习资料(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章绪论1.什么是金属的塑性什么是塑性成形塑性成形有何特点塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性成形：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高2.试述塑性成形的一般分类。
Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。
可分为一次加工和二次加工。
一次加工：①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。
分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。
②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。
分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。
③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。
生产棒材、管材和线材。
二次加工：①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形状和尺寸的加工方法。
精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。
②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。
分开式模锻和闭式模锻。
2）板料成型一般称为冲压。
分为分离工序和成形工序。
分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。
金属属性成型原理
金属塑性成型原理（塑性力学）金属冷态下的塑性变形机理：1、晶内变形的变形方式类似单晶体为滑移（主要的）和挛生（次要的）。
滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。
滑移系二滑移面X滑移方向。
滑移过程中晶体由于受到外界作用而发生转动，其结果是使原来任意取向的各个晶粒潮渐调整其方位而趋于全都。
滑移过程的实质就是位错的移动和增殖过程。
滑移方向的作用大于滑移面的作用，所以体心立方晶格（例如a-Fc）的塑性不如面心立方晶格（例如Y-Fe）o李生：晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着肯定的晶面（李生面）和肯定的晶向（挛生方向）发生匀称切边。
以何种方式进行塑性变形，取决于哪种方式变形所需的切应力为低。
2、晶间变形的主要形式是晶粒之间相互滑动和转动。
晶间变形是晶界四周具有肯定厚度的区域内发生应变的结果。
多晶体在冷态下的塑变主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要其它变形机制相协调。
位错塞积群会产生很强的应力场，它越过晶界走用在相邻晶粒上，使其也具有位错趋势。
理论上，为保持变形的连续性，每个晶粒至少要求有五个独立的滑移系启动。
多晶体塑变的特点：1、各晶粒变形的不同时性；2、各晶粒变形的相互协调性；3、晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界四周区域直接按变形的不匀称性。
晶粒越细小，金属屈服强度越大，Os=o0+K,∙d”2,其塑性也越好。
粗晶粒材料冲压时易消失表面凸凹不平（桔皮现象）。
材料经回火或长期存放后，拉伸时再次消失屈服现象，称为应变时效。
屈服效应会使板料消失粗糙不平（吕德思带），是一种外观缺陷，预防方法是在拉延前进行一道微量（1-2% 压下量）冷轧工序，以使被溶质碳原子钉扎的位错大部分脱钉。
另一方法是在钢种加入少量钛、铝等强碳化物、氮化物形成元素，它们与碳、氮稳定结合，以削减碳、氮对位错的钉扎作用。
多相合金可以分为两种：一类为聚合型两相合金（例如碳钢中的铁素体和粗大渗碳体），另一类是弥散分布型两相合金（例如钢种细小的渗碳体微粒分布在铁素体机体上）。
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12.3.7 拉拔和挤压时产生的主要断裂
12.3.7.2 挤压时产生的内裂
（2）防止措施
限制边部自由宽展，防止边裂； 采用合适的辊型和坯料断面形状；
凸辊轧板边裂
12.3.7 挤压和拉拔时产生的主要断裂
12.3.7.1 拉拔时产生的内裂
（1）产生原因 当 l/d0 较小时，只产生表面变形，中心部位受附加拉应力
拉拔时的内裂：(a)拉拔内裂示意图，（b）拉拔过程示意图
（2）防止措施 增加 l/d0 ； 减小模孔锥角 α； 增加 ε，使变形深入到棒材的轴心区；
镦粗饼材侧面纵裂示意图
12.3.1 镦粗饼材时侧面纵裂
（2）防止措施： 从原因分析，当σ环↓——不均匀变形↓，鼓形↓，采取以下方法 f↓ ，提高表面光洁度，采用润滑剂；
加软垫：压缩开始，软垫先变形，拖着工件端面一起向外流动，使工件侧 面成凹形，随后，软垫产生了加工硬化，工件开始显著变形，凹→平→凸 ， 鼓形↓， σ环 ↓ 活动套环或包套镦粗：套环 一般由普通钢制成，加热温度比 坯料低，变形抗力大，对坯料的 流动起限制作用，增加三向压应 力。
位错理论角度：位错在滑移面上运动和增值，塑性变形受阻后运动塞积形成一个 高应力集中区域，如果高应力集中区域积累的应变能足够大，足以破坏原子结合键 时，便开始发生裂纹形核，随着形变过程发展，通过位错不断消失到裂纹中而导致 裂纹的长大。当裂纹占到临界尺寸时，裂纹尖端的能量释放率达到裂纹扩展单位面 积所吸收的能力，裂纹变开始失稳直到最终断裂。简而言之即是裂纹的发展过程是 一种位错不断塞积和消失的过程。
12.1.2.3 裂纹发展
（1）从裂口产生到物体最终断裂之间是一个发展的过程。随着塑性变形发展， 只有当裂口或者空洞不断形成与扩大，并相互结合起来才能导致最终断裂。
均匀拉伸
产生细颈
在三向拉应力 作用下产生微孔
微孔合并长大 形成小裂口
裂口沿垂直于拉伸方 向扩展，接近表面
韧性断裂从微孔产生到断裂过程
12.1.2.3 裂纹发展
第十二章
金属在加工变形中的断裂
在生产低塑性的钢铁或者合金时，常常发现在材料的表面或 者内部出现断裂
镁合金管材拉拔断裂
12.1 断裂的物理本质 12.1.1 断裂的基本类型
12.1.1.1 脆性断裂
特征：断面外观没有明显的塑性变形迹象，直接由弹性变形状态过渡到断裂阶段， 断裂面和拉伸轴接近正交，断口平齐。
特征：裂口生成、发展均很慢，断裂前经受了较大的塑性变形，其断口呈纤维状， 灰暗无光，若在电子显微镜下可看到韧窝等。 韧性断裂主要是穿晶断裂，如果晶界处有夹杂物或沉淀物聚集，则会发生晶间断
裂。
韧性断裂的表现形式： 低塑性材料：切变断裂（断口∥τmax）； 高塑性材料：塑性变形后出现颈缩甚至是拉缩成一个点后 才断开（如Au、Fe等金属）
岩盐的σs和σf与温度
的关系
12.2 影响断裂类型的因素
（2）变形速度
变形速度越大，材料趋向于脆性断裂临界变形速度
> < ， σf<σs ——脆性断裂 ， σf>σs ——韧性断裂
σs和σf与加载速度的关 系
12.2 影响断裂类型的因素
（3）应力状态的影响
三向拉应力状态时，有效切应力将减少，为使材料屈服，拉伸应力值 增高；
12.2 影响断裂类型的因素
（1）变形温度
σf —— 正断抗力
σs —— 塑性变形抗力 Tw ——塑性变形温度
Tk ——脆性临界温度
当温度Tw＞Tk 时，σf＞σs ，材料先达到σs，产生 大量的塑性变形，导致裂口成核。但此时裂口还不能扩 展，只有当应力达到σf 时才造成断裂 ——韧性断裂
岩盐的σs和σf与温度
12.3.2.1平锤头锻压方坯时产生对角十字（X形）内裂
（2）预防措施： 减小送进量（工件与工具的接触长度）：一般送进量 l=(0.6～0.8)h 较小柱状晶； 较小压下量△h
锻压延伸送进量
12.3.3 锻压延伸（或拔长）时的内部纵裂
12.3.3.2 平锤头锻压圆坯时出现的纵向内裂
用平锤头锻压圆坯的情况
的关系
12.2 影响断裂类型的因素
（1）变形温度
σf —— 正断抗力
σs —— 塑性变形抗力 Tw ——塑性变形温度
Tk ——脆性临界温度
当温度Tw<Tk 时，σf<σs ，材料先达到σf，但此时 并不发生断裂，因为此时材料中并无裂口。只有当应力 达到σs 时，裂口才成核，并随即迅速扩展而导致断裂， 没有明显的塑性变形 ——脆性断裂
拉伸同时存在流体静压力作用，材料屈服更容易
12.3 塑性加工中金属的断裂
塑性加工时，不均匀变形、较差的加热质量和塑性较低的材料均会造成加 工过程出现断裂。
12.3.1 镦粗饼材时侧面纵裂
（1）产生原因： Ⅲ区鼓形处受有环向拉应力作用； T℃过高，晶界强度减弱，易沿晶界拉裂 裂口⊥σ环，如图(a) T℃较低，穿晶切断，沿τmax 断裂 裂口与σ环成45°角，如图(b)
塑性与脆性并非金属固定不变的特性，象金属钨，虽在室温下呈现脆性，但在较 高的温度下却具有塑性。在拉伸时为脆性的金属，在高静水压下却呈现塑性。在室 温下拉伸为塑性的金属，在出现缺口、低温、高变形速度时却可能变得很脆。所以， 金属是韧性断裂还是脆性断裂，取决于各种内在因素和外在条件。因此，对塑性加 工来说，很有必要了解塑性－脆性转变条件，尽可能防止脆性，向有利于塑性提高 方面转化。
力学角度：实际生产金属绝大部分为多晶体，在外力作用下，首先是取向最有利 的晶粒（即外力对其滑移系具有最大的切应力的晶粒）中的滑移或者孪生机制启动， 从而产生塑性变形，而周围取向不利的晶粒由于滑移系上的分切应力尚未达到临界 值未能产生塑性变形。产生塑性变形的晶粒滑移面上的位错源开动后，位错便源源 不断地沿着滑移面进行运动，但是周围晶粒取向不同，滑移系也不同，因此运动的 位错不能越过晶界，滑移不能发展到了另一个晶粒中，位错在晶界出受阻。受阻位 错造成很多的应力集中，这一应力集中值与外加应力叠加，使得相邻晶粒某些滑移 系得以启动。当某些晶粒中变形方式不能满足塑性变形连续性要求时，塑性变形受 阻，在这些变形不协调的局部区域将会发生裂纹的形核和扩展过程。
低塑性材料的切变断裂 高塑性材料的颈缩断裂
韧性断裂的特点： 断裂前发生了较大的塑性变形，断裂时也要消耗相当多的能量，是一种高能量 的吸收过程；
小裂纹扩大和聚合过程中又不断产生新裂纹，所以韧性断裂表现出多裂纹源
韧性断裂的裂纹扩展的临界应力大于裂纹形核的临界应力，所以韧性断裂是个 缓慢的撕裂过程； 随着变形的不断进行，裂纹不断产生、扩展和集聚，变形一旦停止，裂纹扩展 也随之停止。
加软垫镦粗
用活动套环（a）和包套（b）镦粗
1-工件，2-外套，3-套环，4-垫铁
12.3.2 锻压延伸（或拔长）时的内部纵裂
12.3.2.1平锤头锻压方坯时产生对角十字（X形）内裂
12.3.2.1平锤头锻压方坯时产生对角十字（X形）内裂
（1）产生原因： 锻压时，对角线方向金属流动发生错动每翻转90°，金属错动方向改变； 铸造组织：钢锭中心及对角线是杂质和缺陷聚集的地方，为薄弱环节有柱状 晶更易开裂 ； 对角线方向ε最大热效应大，温升高，对角线处易过烧，导致开裂。若中心 薄弱，裂纹如图c上，若角部薄弱，裂纹如图c下
放射状裂口
锻压时端部劈头情况分析
（2）预防措施：
正常锻压前先锻头部，改善端部的塑性； 避免轧件表面温度降低过大；
12.3.6 轧板时的边裂和薄件的中部开裂
（1）产生原因 凸辊轧制：边部受纵向附加拉应力，出现边裂（板材塑性不好时）或中部产生 皱褶（板材塑性良好时）；
凹辊轧制：中部受纵向附加拉应力，边部受纵向附加压应力，出现中部裂口 （板材塑性不好）或者边部产生皱褶（板材塑性良好时）
性，但在较高的温度下却具有塑性。在拉伸时为脆性的金属，在高静水压 下却呈现塑性。在室温下拉伸为塑性的金属，在出现缺口、低温、高变形 速度时却可能变得很脆。所以，金属是韧性断裂还是脆性断裂，取决于各 种内在因素和外在条件。因此，对塑性加工来说，很有必要了解塑性－脆 性转变条件，尽可能防止脆性，向有利于塑性提高方面转化。
12.3.5 锻压延伸及轧制时产生的端裂（劈头）
（1）产生原因 锤击过重时，端面鼓形严重，Ⅱ区质点向外鼓胀，使Ⅲ区外表面受拉力Q作用， 在此拉力的作用下，使轧件端面开裂。 方坯锻压时，端面呈对角十字裂口 圆锭锻压时，端面呈横竖十字裂口； 圆锭锻圆时，端面呈放射状裂口；
对角十字裂口
横竖十字裂口
塑性与脆性并非金属固定不变的特性，象金属钨，虽在室温下呈现脆
12.1.2 断裂过程与物理本质
12.1.2.1 断裂过程
金属塑性变形过程和断裂过程是同时发生的，断裂过程又可分为裂纹形核 和裂纹扩展两个阶段。
塑性变形和断裂是相互联系的、相互竞争的两个过程：塑性变形受阻（位 错的增殖和塞积）导致裂纹形核，塑性变形的发展（位错的释放和消失） 导致裂纹扩展是构成裂纹产生和发展的两个基本要素。 解释：
窄锤头（L/h<0.5）时方形件延伸变形图示
窄锤头（L/h<0.5）时方形件延伸变形 内部横裂示意图
（2）预防措施：
△h↑ 变形渗透性↑，附加拉应力↓；
如下图(b) l =(0.6~0.8)h； 有利于内部缺陷的焊合 送进量 l↑
增加轧辊直径 D ，
宽锤头（L/h≧1.0）时方形件延伸变形图示
受力情况：假若没有外端，则可自由地形成双鼓形，但由于外端的齐作用， 使工件中心产生附加拉应力，压下时，断面的中心部分受到水平拉应力σ2作 用。
12.3.3.2 平锤头锻压圆坯时出现的纵向内裂
初始压下时，水平拉应力σ2作用，产生（a）所示裂口；
翻钢90℃锻压后，产生（b）所示裂口；