第2章 塑性加工工程材料ppt课件

➢ 形成纤维组织
由于金属晶格的树枝状结构被破坏和再结晶，金属基体
及非金属杂物向加工方向延伸而形成纤维组织 。
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对于热加工，沿材料的流动方向即纤维方向有最好的性质。 因此，以热加工状态使用的产品，使纤维贯穿整个产品而且 在以后的机加工中也不要切断纤维就显得非常重要。
如 曲 轴 锻 造 的 RR 法 ， 可 比 其 他 方 法 使 疲 劳 强 度 提 高 30%～40%。当然，当需要各向差异较小时，就应将不同 的加工方法结合起来。
❖ 从金属组织看，大量位错将借助于热运动而慢慢地重新排 布，在减少位错的同时，将出现能量更低的排列状态，即 恢复过程。
❖ 会导致所谓的蓝脆区，一般认为在此温度下加工的产品不 能使用，所以中温加工的情况不多。但实际上在此温度下 加工的产品虽然韧性有所下降，但强度可以提高，因此中 温加工在一定情况下是可以采用的。
4.残余内应力
金属在发生塑性变形时，内部变形不均匀，位错、空 位等晶体缺陷增多，金属内部会产生残余内应力。当 外力去除后，金属内部会残留下来应力。
残余内应力会使金属的耐腐蚀性能降低，严重时可 导致零件变形或开裂。齿轮等零件，如表面通过喷丸 处理，可产生较大的残余压应力，则可提高疲劳强度。
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第二节 塑性变形对金属材料的要求
❖ 从金属组织看，在加工过程中被拉长了的晶粒在恢复过 程中基本上不发生变化，再结晶后变成等轴晶粒。加工 率越高，晶粒越细小。
❖ 从受力方面看，加工时材料的变形能较大，所受机械力 较小，材料可获得较大的变形。
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铸锭的凝固组织一般较粗糙，晶体的树枝状结构很发达， 成分或金属夹杂物的偏析严重，较大铸锭的表面还存在气 孔，中心部位还存在空隙。经热加工后可以使金属组织趋 于均匀化。主要呈以下特点:
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2.形成亚结构
金属经大的塑性变形时，由于位错密度的增大和发生 交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结,形 成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略有不同的小 晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。
金属经变形后的亚结构
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3.产生形变织构
金属塑性变形到很大程度(70%以上)时,由于晶粒发生 转动，使各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取 向，这种有序化的结构叫做形变织构。包括 ➢ 丝织构 各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向 低碳钢经高度冷拔后，<100>平行于拔丝方向； ➢ 板织构 各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向，低 碳钢的板织构为{001}<110>。
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2.各向异性
由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生 各向异性。
如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。 用有织构的板材冲制筒形零件时,由于在不同方向上塑 性差别很大，零件边缘出现“制耳”。
因形变织构造成深冲制品的制耳示意图
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3.可影响金属的物理、化学性能。
如使电阻增大，耐腐蚀性降低。
第二章 塑性加工工程材料
➢ 塑性加工对金属材料性能的影响 ➢ 塑性变形对金属材料的要求 ➢ 金属材料的加工性能 ➢ 提高金属塑性的途径
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第一节 塑性加工对金属材料性能的影响
❖ 金属材料由于受到塑性变形（包括冷、热、中温加工）而 产生晶格滑移甚至发生再结晶过程，必将引起材质的变化 进而影响材料的机械性能。
❖ 塑性加工可按再结晶温度进行区分: 再结晶温度以上的加工称为热加工， 再结晶温度以下的加工称为中温加工， 自然温度下的加工为冷加工。
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一、金属材料塑性加工时引起的材质变化：
1. 热加工引起的材质变化
❖ 从机理看，热加工将产生无加工应变的新晶粒，它逐渐 长大，最后遍及整体。这样，加工应变能几乎得到全部 释放。
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中温加工的应用主要有以下两种:
➢ 以提高强度为目的的加工
单位时间内的材料应变速度、应变力都很大时，可以获得 高强度的材料。
➢ 以降低应变应力为目的的加工
中温挤压、冲压、拉线等是在所谓的亚热加工条件下进行 的，其目的不是提高材质而是降低加工时所需的应变应力。
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3. 冷加工引起的材质变化
冷加工引起材料硬化，其机理为:
在时，就会成为变形的阻碍；在这些组织附近还会积蓄
过多的变形能，也会造成过硬化或断裂。
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二、塑性变形对金属组织结构的影响
1.形成纤维组织
塑性变形后,金属晶粒ห้องสมุดไป่ตู้生变形，沿形变方向被拉长 或压扁。当变形量很大时,晶粒变成细条状(拉伸时)，金 属中的夹杂物也被拉长,形成纤维组织。
变形前后晶粒形状变化示意图
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热加工时改善材质的常用方法:
➢ 添加合金元素，从而控制纤维的形成，其缺点是成本增 加。
➢ 控制加工速度、终加工温度和冷却速度: 在热加工后急冷以阻止晶粒加大； 调整坯料温度，将其控制在再结晶温度的下限使晶 粒细化，达到提强度、改韧性，即提高材质的目的。
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2 中温加工引起的材质变化
❖ 从机理看，再结晶温度以下加工，N、C原子会在大量位错 上沉淀，即造成基体中N、C原子的交互作用和晶格位错， 从而使材料强度特别是弹性极限提高，伸长率降低。
➢ 从晶格的形状看，由于晶格内存在位错，当晶格发生即 滑移变形时，位错增加并相互牵制从而对运动造成阻碍， 即加工硬化。
➢ 从晶粒的尺度看。晶粒将沿加工方向伸长，晶粒取向改 变，不断形成加工的织状结构，阻止变形的进一步发展， 即形成加工硬化。
➢ 钢的组织由铁素体和渗碳体构成，铁素体软可产生很大
的变形，而渗碳体则硬而脆，因而有渗碳体或夹杂物存
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三、塑性变形对金属性能的影响
1.加工硬化，也叫形变强化
金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和 硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。
产生原因：
➢ 金属发生塑性变形时，位错密度增加，位错间的交互 作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力的增大，引 起塑性变形抗力提高。
➢ 由于晶粒破碎细化，使强度提高。在生产中可通过冷 轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。
➢ 空隙压合效果好
由于晶格受压，密度加大，可将晶格之间的空隙排出即 压合。这在整体加工(如锻造)时尤为明显，因为此时材料表 面所受压缩力较均匀，不容易出现“空隙偏析”现象。
➢ 偏析的均匀化
由于热加工温度在再结晶温度以上，金属经再结晶及较 长时间的冷却，对偏析的均匀化效果良好。可以达到扩散 退火热处理的效果。