3金属塑性成形重点分析
金属塑性成型原理-知识点
名词解释塑性成型：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加工硬化：略动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶超塑性变形：一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等，则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
屈服准则（塑性条件）：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，指点才开始进入塑性状态，这种关系成为屈服准则。
塑性指标：为衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指标。
晶粒度：表示金属材料晶粒大小的程度，由单位面积所包含晶粒个数来衡量，或晶粒平均直径大小。
填空1、塑性成形的特点（或大题？）1组织性能好（成形过程中，内部组织发生显著变化）2材料利用率高（金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不切削，废料少，流线合理）3尺寸精度高（可达到无切削或少切屑的要求）4生产效率高适于大批量生产失稳——压缩失稳和拉伸失稳按照成形特点分为1块料成形（一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形（滑移，孪生）和晶界变形超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变固溶强化、柯氏气团、吕德斯带（当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹，称为吕德斯带）金属的化学成分对钢的影响（C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆）；组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。
摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件t=mK塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂（干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂）问答题1、提高金属塑性的基本途径1、提高材料成分和组织的均匀性2、合理选择变形温度和应变速率3、选择三向压缩性较强的变形方式4、减小变形的不均匀性2、塑性成形中的摩擦特点1、伴随有变形金属的塑性流动2、接触面上压强高3、实际接触面积大4、不断有新的摩擦面产生5、常在高温下产生摩擦3、塑性成形中对润滑剂的要求1、应有良好的耐压性能2、应有良好的耐热性能3、应有冷却模具的作用4、应无腐蚀作用5、应无毒6、应使用方便、清理方便4、防止产生裂纹的原则措施1、增加静水压力2、选择和控制适合的变形温度和变形速度3、采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。
第三章 金属塑性变形的物理基础
（1）塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
铅---------------塑性好，变形抗力小
不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
塑性指标的测量方法
拉伸试验法 压缩试验法 扭转试验法 轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0 F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
%
晶粒5 晶粒4 晶粒3
晶粒2
晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量
四、合金的塑性变形
单相固溶体合金的变形 多相合金的变形
§3. 2 金属塑性加工中组织和性能变化 的基本规律
一、冷塑性变形时金属组织和性能的变化 二、热塑性变形时金属组织和性能的变化
2200
N/mm2
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
μ
0.4
0.3
0.4
0.2 0.2
0.1
0
℃
200
400
600
800
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
0
400
600
800 ℃
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法 楔形件压缩法 塑性加工常用摩擦系数 圆环镦粗法
金属的塑性变形
在某些特定条件下，金属晶体的一部分相对于另一部分沿一定轴进 行镜像对称的移动，形成孪晶。
扩散机制
金属在高温下，原子扩散能力增强，通过原子间的相互移动实现塑 性变形。
应力-应变关系与曲线分析
应力-应变关系
描述金属在塑性变形过程中所受应力 与产生的应变之间的关系。应力是单 位面积上的内力，应变是物体形状或 体积的改变程度。
热处理工艺改进
退火处理
通过退火处理可以消除金属材料内部的残余应力，改善其组织结 构和力学性能，从而提高其塑性变形能力。
正火处理
正火处理可以使金属材料获得细化的晶粒和均匀的组织，提高其 强度和塑性。
回火处理
回火处理可以消除淬火应力，稳定金属材料的组织和性能，进一 步提高其塑性变形能力。
微观组织调控手段
热处理工艺对塑性影响
01
退火处理
退火处理可以消除金属内部的残余应力，改善组织结构，提高其塑性。
例如，冷加工后的金属经过退火处理，可以恢复其塑性和韧性。
02
正火处理
正火处理可以使金属获得细化的晶粒和均匀的组织，从而提高其塑性和
韧性。正火处理常用于改善中碳钢的切削性能和力学性能。
03
淬火处理
淬火处理可以使金属获得马氏体组织，提高其硬度和强度，但会降低其
金属的塑性变形
目 录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属塑性变形过程中的组织结构演变 • 影响金属塑性变形能力因素探讨 • 金属塑性变形实验方法及技术应用 • 提高金属材料塑性变形能力策略探讨 • 总结：金属塑性变形研究意义与未来发展趋势
塑性变形基本概念与
01
原理
塑性变形定义及特点
塑性变形定义
利用电子显微镜的高分辨率和 高放大倍数，观察金属的微观 组织和结构缺陷，如位错、层 错、孪晶等。这些信息有助于 深入了解金属的塑性变形机制 和强化机制。
《金属材料与热处理》第三章金属的塑性变形对组织性能
重冷塑性变形的金属,经1小时加热后能完全再结晶的 最低温度来表示。
最低再结晶温度：
T再=0.4T熔点 式中温度单位为绝对温度(K)。
8
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
(3)再结晶温度影响因素：
1）变形程度 ➢2）金金属属再纯结度晶前：塑纯性度变越形高的, 最相低对再变结形晶量温称度为也预就先越变低形 度➢。3）预；加先热变速形度越大, 金属的晶体缺陷就越多, 组织越不 稳➢➢杂再定质结, 最和晶低合是再金一结元扩晶素散温（过度高程也熔, 需就点一越元定低素时；）间阻才碍能原完子成扩；散和晶 ➢界➢当提迁预高移先加, 可变热显形速著度度提达会高一使最定再低大结再小晶结后在晶,较最温高低度温再；度结下晶发温生度；趋于某 一➢高原稳纯始定度晶值铝粒。(越99粗.9大9,9再%结)最晶低温再度结越晶高温。度为80 ℃； ➢工业纯铝(99.0%)最低再结晶温度提高到290 ℃。
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、热加工晶粒大小控制措施
（1）.控制较低的加工终了温度 （2）.控制较大的变形程度 （3）.控制较快的冷却速度
0
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、产生残余内应力 ➢定义：外力去除后，金属内部残留下来的应力。
产生原因：金属发生塑性变形时，内部变形不均匀， 位错、空位等晶体缺陷增多，会产生残余内应力。
➢1）宏观内应力 ➢2）微观残余应力 ➢3）晶格畸变应力
1
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1
第一节 金属的塑性变形
塑性成形原理知识点
塑性成形原理知识点塑性成形是一种利用金属材料的塑性变形能力，在一定的条件下通过压力使金属材料发生塑性变形，从而获得所需形状的加工方法。
塑性成形技术是金属加工工艺中的重要分支，广泛应用于汽车、航空、航天、电子、家电、建筑等工业领域。
1.塑性变形：在塑性成形过程中，金属材料通过外力作用下的塑性变形使其形状发生改变。
塑性变形是金属材料中原子的相对位置发生改变而引起的宏观形变，其主要表现为材料的延伸、压缩、弯曲等。
塑性变形是金属材料的塑性性质所决定的，不同材料的塑性性能不同。
2.应力-应变关系：金属材料受到外力作用时，材料内部会产生应力，应力与应变之间存在一定的关系。
在塑性成形过程中，材料会发生塑性变形，使其产生应变。
应力-应变关系是描述材料塑性变形过程中应力和应变之间关系的数学模型，常用的模型有胡克定律模型和流变模型。
3.材料流动：塑性成形过程中，材料会发生流动从而获得所需的形状。
材料流动是指塑性材料在外力作用下，发生内部原子的相对位移和重新组合，从而使整个材料的结构发生变化。
材料流动是实现塑性成形的关键，其流动性能决定了成形工艺的可行性和成品质量。
4.成形工艺：塑性成形工艺是金属材料经过一系列工艺操作，通过压力使其发生塑性变形，最终获得所需形状的过程。
常见的塑性成形工艺包括冲压、拉伸、挤压、压铸、滚压等。
不同工艺适用于不同形状的零件，根据材料的性质和零件的要求选择合适的成形工艺。
5.工艺过程控制：塑性成形过程中，需要对各个环节进行控制以确保成品质量。
工艺过程控制包括工艺参数的选择、设备的调整、模具结构的设计等。
在塑性成形过程中，要控制好温度、应力、应变速率等因素，以避免过大的变形应力引起材料的断裂或变形过大导致零件尺寸偏差。
塑性成形技术不仅可以实现复杂形状的制造，而且可以提高材料的强度和刚度，降低材料的质量，节省原材料和能源。
因此，塑性成形技术在现代工业生产中具有重要的地位和应用价值。
江苏大学材料成型-塑性成形工艺基础
3）弯曲工艺特点
①弯曲半径 r≥rmin=（0.25-1）t ；
② 毛刺应位于内侧； ③ 弯曲线应尽量与坯料 纤维方向垂直； ④ “回弹”问题 如：设计补偿角等
3. 翻边、成形 1）翻边 在带孔的平坯料上 用扩孔的方法获得 凸缘的工序。 2）成形 包括：起伏、胀形、
压印等
三、冲模的分类及结构
一、冲压设备
1. 剪床： 下料设备
1）斜刃剪
2）平刃剪
3）圆盘剪 2. 冲床： 冲压设备 1）开式冲床 2）闭式冲床
二、冲压基本工序及变形特点
（一）分离工序 使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。 （冲孔、落料、修正、剪切、切边等） 1. 冲裁（落料、冲孔） 使坯料沿封闭轮廓分离的工序。 1）冲裁的变形过程 ①弹性变形阶段 ②塑性变形阶段 ③断裂、分离阶段
45: 1200℃~800℃
三、金属的变形规律
1. 体积不变定律 2. 最小阻力定律
第二章
一、自由锻设备
锻锤 空气锤 水压机 油压机
锻造成形工艺
自由锻造
65~750Kg
§2-1
蒸汽—空气锤 630Kg~5T
压力机
锻锤吨位 = 落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆 压力机吨位 = 滑块运动到下始点时所产生的最大压力
1. 锻件图的绘制 1）机械加工余量 2）公差 （1/3~1/4）余量 3）敷料 2. 坯料重量和尺寸的计算 G坯 = （1+k）G锻
K — 消耗系数
G坯 = G锻+G料头+G芯料+G烧
3 . 锻造工序的选择 轴、杆类零件：镦粗、拔长 筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长 盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、 冲孔（芯轴上扩孔）
分析影响金属塑性变形的主要因素
分析影响金属塑性变形的主要因素(一）影响金属塑性变形的主要因素影响金属塑性变形的主要因素有两个方面，其一是变形金属本身的晶格类型，化学成份和组织状态等内在因素；其二是变形时的外部条件，如变形温度、变形速度和变形的力学状态等。
因此，只要有合适的内、外部条件，就有可能改变金属的塑性行为1.化学成份和组织对塑性变形的影响化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响非常明显也很复杂。
下面以钢为例来说明。
①化学成份的影响在碳钢中，铁和碳是基本元素。
在合金钢中，除了铁和碳外还包含有硅、锰、铬、镍、钨等。
在各类钢中还含有些杂质，如磷、硫、氨、氢、氧等。
碳对钢的性能影响最大。
碳能固溶到铁里形成铁素体和奥氏体固溶体，它们都具有良好的塑性和低的变形抗力。
当碳的含量超过铁的溶碳能力，多余的碳便与铁形成具有很高的硬度，而塑性几乎为零的渗碳体。
对基体的塑性变形起阻碍作用，降低塑性，抗力提高。
可见含碳量越高，碳钢的塑性成形性能就越差。
合金元素加入钢中，不仅改变了钢的使用性能，而且改变了钢的塑性成形性能，其主要的表现为：塑性降低，变形抗力提高。
这是由于合金元素溶入固溶体(α—Fe和γ－Fe)，使铁原子的晶体点阵发生不同程度的畸变；合金元素与钢中的碳形成硬而脆的碳化物(碳化铬、碳化钨等)；合金元素改变钢中相的组成，造成组织的多相性等，都造成钢的抗力提高，塑性降低。
杂质元素对钢的塑性变形一般都有不利的影响。
磷溶入铁素体后，使钢的强度、硬度显著增加，塑性、韧性明显降低。
在低温时，造成钢的冷脆性。
硫在钢中几乎不溶解，与铁形成塑性低的易溶共晶体FeS，热加工时出现热脆开裂现象。
钢中溶氢，会引起氢脆现象，使钢的塑性大大降低。
②组织的影响钢在规定的化学成份内，由于组织的不同，塑性和变形抗力亦会有很大的差别。
单相组织比多相组织塑性好，抗力低。
多相组织由于各相性能不同，使得变形不均匀，同时基本相往往被另一相机械地分割，故塑性降低，变形抗力提高。
晶粒的细化有利提高金属的塑性，但同时也提高了变形抗力。
第三章 金属的塑性变形
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系: T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
金属熔点越高, T再也越高.
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
影响再结晶退火后晶粒度的因素
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、单晶体的塑性变形 分析单晶体的塑性变形，实际上就是分析 晶内变形。 单晶体塑性变形的主要方式有滑移和孪晶。 根据晶体结构 理论，任何一块单 晶体都包含有若干 不同方向的晶面。
外 力 在 晶 面 上 的 分 解 切 应 力 作 用 下 的 变 形 锌 单 晶 的 拉 伸 照 片
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
第四节
金属的热加工
• 一、冷加工与热加工的区别
• 在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温
度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷 加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。
轧制
模锻
拉拔
• 如 Fe 的再结晶温度为451℃，其在400℃ 以下的加 工仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为-71℃，则其 在室温下的加工为热加工。 • 热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化 所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种冷变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 再结晶也是一个晶核形成 和长大的过程，但不是相 变过程，再结晶前后新旧 晶粒的晶格类型和成分完 全相同。
金属材料加工考试重点
4)适当的温度
轧机：依靠两根或多根旋转圆柱体将物体拽入使 它发生塑性变形的机械装置称为轧机。
轧制过程 轧辊与轧件相互作用，轧件被摩擦力拽入旋转的轧辊间，受到压 缩而发生塑性变形的过程称为轧制过程。 几何变形区的金属流动
(1) l/h增大，变形深入，沿高度方向上应力和变形趋于均匀，变形 前的垂直横截面，变形后还是垂直横截面，宽度可以忽略不记， 这又称作“平断面假设”；
(2) 质点轧制线方向上的运动速度（考察5个关键的横截面）； (3) 附加应力分析（在轧制线方向，由于金属流动不均匀而产生 的）。方法：考查变形区与外端相互作用而引起的附加应力。
超塑性成形工艺的应用
（3）挤压和模锻。高温合金及钛合金在常态下塑性很差，变形抗力大，不均 匀变形引起各向异性的敏感性强，通常的成形方法较难成形，材料损耗极 大，致使产品成本很高。如果在超塑性状态下进行模锻，就完全克服了上 述缺点，节约材料，降低成本。
超塑性模锻工艺特点:
(1)扩大了可锻金属材料种类。如过去只能采用锻造成形的镍基合金，也可 以进行超塑性模锻成形。 (2)金属填充模膛的性能好，可锻出尺寸精度高、机械加工余量小甚至不用 加工的零件。 (3)能获得均匀细小的晶粒组织，零件力学性能均匀一致。 (4)金属的变形抗力小，可充分发挥中、小设备的作用。
原因：在变形区，高向上流动不均匀，而在外端，高向上速度却要
变成一样，因此外端对变形区出来的部分必然引起附加应力
2.3 厚轧件的变形特点
(1) l/h减小，变形不深入，只发生表面变形，呈
双鼓形； (2) 质点轧制线方向上的运动速度（考察5个关 键的横截面）； (3) 附加应力分布(在轧制线方向，由于金属流 动不均匀而产生的)产生的后果
金属塑性成形原理课后答案
金属塑性成形原理课后答案金属塑性成形是指金属在一定条件下，通过外力作用，使其形状发生改变而不破坏其内部结构的一种加工方法。
金属材料在塑性变形过程中，其晶粒会发生滑移、再结晶等变化，从而使金属材料产生塑性变形。
金属塑性成形原理是金属材料在外力作用下的变形规律，了解金属塑性成形原理对于加工工程师来说是非常重要的。
首先，金属塑性成形的原理是基于金属材料的晶体结构和变形机理。
金属材料的晶体结构决定了其塑性变形的特性，比如晶粒的大小、形状、排列方式等。
而金属材料的变形机理则是指金属材料在外力作用下，晶粒发生滑移、再结晶等变化的规律。
通过了解金属材料的晶体结构和变形机理，我们可以更好地掌握金属塑性成形的原理。
其次，金属塑性成形的原理还与金属材料的力学性能密切相关。
金属材料的力学性能包括强度、硬度、韧性、塑性等指标，这些指标决定了金属材料在外力作用下的变形能力。
不同的金属材料具有不同的力学性能，因此在进行金属塑性成形时，需要根据金属材料的力学性能选择合适的加工方法和工艺参数。
另外，金属塑性成形的原理还与加工工艺和设备密切相关。
不同的金属材料和不同的零件形状需要采用不同的加工工艺和设备来实现塑性成形。
比如锻造、拉伸、压铸、滚压等加工工艺都是金属塑性成形的常见方法，而锻造机、拉伸机、压铸机、滚压机等设备则是实现金属塑性成形的工具。
最后，金属塑性成形的原理还与加工工程师的经验和技能密切相关。
加工工程师需要具备丰富的金属材料知识、加工工艺知识和设备操作技能，才能够准确地把握金属塑性成形的原理，并且根据实际情况进行加工操作。
总之，金属塑性成形原理是一个复杂而又深刻的学科，它涉及到金属材料的晶体结构、力学性能、加工工艺和设备以及加工工程师的经验和技能等多个方面。
只有深入理解金属塑性成形的原理，才能够在实际生产中取得良好的加工效果。
希望通过学习金属塑性成形原理，大家能够对金属加工有更深入的了解，提高加工技术水平，为相关行业的发展做出更大的贡献。
金属塑性成形原理 考点 要点
金属塑性成型绪论塑性变形：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：在外力的作用下，使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力注：材料的塑性不是固定不变的，与变形条件有关影响因素：晶格类型、化学成分、金相组织变形温度、变形速度、受力状况塑性成形（塑性加工）：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。
金属塑性成形的特点：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，适于大批量生产金属的超塑性变形：超塑性：金属和合金具有的超常的均匀变形能力的超塑性超塑性：细晶超塑性（结构超塑性、恒温超塑性）在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满足要求的条件下所呈现相变超塑性（动态超塑性）具有相变或同素异构转变主要用在焊接和热处理相变超塑性的主要控制因素是温度幅度和温度循环率循环次数越多，所得伸长率越大二、细晶超塑性变形力学特征流动应力（真实应力）对变形速率极其敏感 Y--真实应力K--取决于试验条件的材料常数M是表征敏感性的一个重要指数时牛顿粘性流动公式--应变速率m--应变速率敏感性指数对普通金属对超塑性金属 m值越大，伸长率越大m值反映了材料抗局部收缩或产生均匀拉伸变形的能力。
材料的伸长率并不总是由m值唯一确定，式样的几何尺寸和晶粒度对伸长率也有影响。
三、影响细晶超塑性的主要因素（一）应变速率的影响：可大致分三个区：区间I的应变速率极低，在此区间内流动应力很低，m值亦较小属于蠕变速率范围；区间II，，在此区间内，随着的增加流动应力迅速增加，m值亦增大并出现峰值，此属超塑性应变速率范围；区间III，，属于常规应变速率范围，流动应力达到最大值，而m值下降（）（二）变形温度的影响：只有当应变速率和变形温度的综合作用有利于获得最大的m值时，合金才会表现出最佳的超塑性状态（三）组织的影响金属在塑性加工过程中的塑性行为一、塑性的基本概念和塑性指标1、塑性的基本概念：塑性：金属在外力作用下，能稳定的发生永久变形而不破坏其完整性的能力2、塑性指标：（1）拉伸试验：伸长率指标越高，塑性越好断面收缩率（2）镦粗试验：--镦粗试样侧表面出现第一条裂纹的高度（3）扭转试验：试样破断前的扭转角或扭转圈数表示**塑性与变形抗力之间无相关关系二、金属的化学成分和组织对塑性的影响（一）化学成分的影响1、碳钢中碳和杂质元素的影响（1）碳（2）磷：有害元素冷脆性（3）硫：有害杂质热脆性（4）氮：时效脆性（5）氢：氢脆、白点（6）氧2、合金元素对钢的塑性的影响（塑性降低，变形抗力提高）（二）组织的影响1、相组成的影响：单相组织比多相组织塑性好2、晶粒度的影响：均匀细晶组织比粗晶组织有更好的塑性3、铸造组织的影响：铸造组织使金属塑性降低三、变形温度对金属塑性的影响总趋势：随着温度的升高，塑性增加，变形抗力减小蓝脆区热脆区高温脆区在塑性加工时，应力图避开上述各种脆区温度升高使金属塑性增加的原因：1）发生回复与再结晶2）原子动能增加，使位错流动性提高，滑移系增多，从而改善了晶粒之间变形的协调性格3）金属的组织、结构发生变化，可能由多相组织转变为单相组织，也可能由对塑性不利的晶格转变为对塑性有利的晶4）扩散蠕变机理起作用5）晶间滑移作用增强四、应变速率对金属塑性的影响：（一）热效应与温度效应热效应：塑性变形时金属所吸收的能量，绝大部分转化为热能温度效应：由于塑性变形过程中所产生的热量而使变形体温度升高的现象（二）应变速率对塑性的影响机理（三）应变速率对金属塑性的影响的一些基本结论在较低的应变速率范围内提高应变速率时，由于温度效应所引起的塑性增加，小于其他机理所引起的塑性降低，所以最终表现为塑性降低；当应变速率较大时，由于温度效应更为显著，使得塑性基本上不再随应变速率的增加而降低；当应变速率更大时，则由于温度效应更大，其对苏醒的有利影响超过其他机理对塑性的不利影响，因而最终使得塑性回升。
塑性成形重要知识点总结
塑性成形重要知识点总结塑性成形是一种通过应变作用将金属材料变形为所需形状的加工方法，也是金属加工领域中的一种重要工艺。
以下是塑性成形的重要知识点总结。
1.塑性成形的原理塑性成形是通过施加外力使金属材料发生塑性变形，使其形状和尺寸发生改变。
塑性成形的原理包括应力与应变关系、材料的流动规律和力学模型等。
2.塑性成形的分类塑性成形可以根据加工过程的不同进行分类，主要包括拉伸、压缩、挤压、弯曲、冲压等。
不同的成形方法适用于不同的材料和形状要求。
3.塑性成形的设备塑性成形通常需要使用专门的设备进行加工，包括拉伸机、压力机、挤压机、弯曲机、冲床等。
这些设备提供必要的力量和变形条件，使金属材料发生塑性变形。
4.金属材料的选择不同的金属材料具有不同的塑性特性，因此在塑性成形中需要根据不同的应用需求选择合适的材料。
常用的金属材料包括钢、铝、铜、镁等。
5.塑性成形的加工方法塑性成形的加工方法非常多样，包括冲压、拉伸、挤压、压铸、锻造等。
不同的加工方法适用于不同的材料和形状要求，可以实现复杂的金属成形。
6.塑性成形的工艺参数塑性成形的工艺参数对成形质量和效率具有重要影响。
常见的工艺参数包括温度、应变速率、应力等。
合理的工艺参数可以提高成形质量和生产效率。
7.塑性成形的变形行为塑性成形过程中金属材料的变形行为是研究的重点之一、金属材料的变形行为包括弹性变形、塑性变形和弹变回复等，通常通过应力-应变曲线来描述。
8.塑性成形的缺陷与控制塑性成形过程中可能发生一些缺陷，如裂纹、皱纹、细化等。
为了控制这些缺陷，需要采取合适的工艺和工艺措施，如加热、模具设计优化等。
9.塑性成形的优点与局限塑性成形具有成本低、加工效率高、灵活性好等优点，可以制造出复杂的金属零件。
然而，塑性成形也存在一些局限性，如对材料性能有一定要求、成形限制等。
10.塑性成形的应用领域塑性成形广泛应用于各个领域，如汽车制造、航空航天、电子、家电等。
不仅可以生产大批量的零部件，还可以满足不同产品的形状和性能要求。
工程材料及成型技术基础第3章 金属的塑性变形
吊钩内部的纤 维组织 （左：合理； 右：不合理， 应使纤维流线 方向与零件工 作时所受的最 大拉应力的方 向一致）
43
3）热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形 方向交替地呈带状分布，称为带状组织。 带状组织会使金属材料的力学性能产生方向性，特 别是横向塑性和韧性明显降低。一般带状组织可以通过 正火来消除。
滑移面 +
滑移方向
=
滑移系
原子排列 密度最大的 晶面
滑移面和 该面上的一 个滑移方向
三种典型金属晶格的滑移系
晶格 滑移面 {110}
体心立方晶格 {111} {110}
面心立方晶格
密排六方晶格
{111}
滑移 方向
滑移系
6个滑移面
×
2个滑移方向
=
12个滑移系
BCC
4个滑移面
×
3个滑移方向
=
12个滑移系
35
这是因为此时的变形量较小，形 成的再结晶核心较少。当变形度 大于临界变形度后,则随着变形度 的增大晶粒逐渐细化。当变形度 和退火保温时间一定时，再结晶 退火温度越高，再结晶后的晶粒 越粗大。
36
再结晶晶粒大小随加热温 度增加而增加。
临界变形度处的再结晶 晶粒特别粗大
变形度大于临界变形 度后,随着变形度的增 大晶粒逐渐细化
41
(2) 出现纤维组织 在热加工过程中铸态金属的偏析、 夹杂物、第二相、晶界等逐渐沿变 形方向延展，在宏观工件上勾画出 一个个线条，这种组织也称为纤维 组织。纤维组织的出现使金属呈现 各向异性，顺着纤维方向强度高， 而在垂直于纤维的方向上强度较低。 在制订热加工工艺时，要尽可能使 纤维流线方向与零件工作时所受的 最大拉应力的方向一致。
第三章 金属材料的塑性变形
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
3.3 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的 变化 金属经塑性变形后，组织结构和性能发生 很大的变化。如果对变形后的金属进行加热， 金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加 热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再 结晶和晶粒长大过程。
一、回复 变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复 过程。 产生回复的温度T回复为： T回复=(0.25～0.3)T熔点 式中T熔点表示该金属的熔点, 单位为绝对温度 (K)。 由于加热温度不高, 原子扩散能力不很大, 只是 晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复 合消失而大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态， 变 形金属的显微组织不发生明显的变化。此时材料的强 度和硬度只略有降低，塑性有增高，但残余应力则大 大降低。工业上常利用回复过程对变形金属进行去应 力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。
金属塑性成形原理知识点
弹性:材料的可恢复变形的能力。
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。
塑性变形：材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法。
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。
塑性成形的特点：组织性能好、材料利用率高、生产效率高、尺寸精度高、设备相对复杂。
冷态塑性变形的机理：晶内变形（滑移和孪生）和晶间变形（滑动和转动）滑移：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移向）相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
孪生：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和晶向（孪生向）发生均匀切边滑移面：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶面。
滑移方向：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶向。
塑性变形的特点：不同时性、不均匀性、相互协调性。
合金：合金是由两种或者两种以上的金属元素或者金属元素与非金属元素组成具有金属特性的物质。
合金分为固溶体（间隙固溶体、置换固溶体）和化合物（正常价、电子价、间隙化合物）固溶强化：以间隙或者置换的方式融入基体的金属所产生的强化。
弥散强化：若第二项是通过粉末冶金的方法加入而引起的强化。
时效强化：若第二项为力是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化。
冷态下的塑性变形对组织性能的影响：组织：晶粒形状发生变化，产生纤维组织晶粒内部产生亚晶结构晶粒位向改变：产生丝织构和板织构性能：产生加工硬化（随着塑性变形的程度的增加，金属的塑性韧性降低，强度硬度提高的现象）加工硬化的优点：变形均匀，减小局部变薄，增大成形极限缺点：塑性降低、变形抗力提高、变形困难。
热塑性变形的软化过程：动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶金泰回复：从热力学角度，变形引起金属内能增加，而处于稳定的高自用能状态具有向变形前低自由能状态自发恢复的趋势静态再结晶：冷变形金属加热到更高温度后，在原来版型体中金属会重新形成无畸变的等轴晶直至完全取代金属的冷组织的过程。
金属塑性成形原理第三章金属塑性成形的力学基础第二节应变分析-无动画版
四、点的应变状态与应力状态的比较
6.主应变图
主应变图是定性判断塑性变形类型的图示方法。主应变图只 可能有三种形式
广义拉伸：挤压和拉拔 广义剪切：宽板弯曲、无限长板镦粗、纯剪切和轧制板带 广义压缩：展宽的轧制和自由镦粗；
一、位移和应变
对应的各阶段的相对应变为
l1 l0 01 l0
显然
l2 l1 12 l1
l3 l2 23 l2
03 01 12 23
一、位移和应变
③对数应变为可比应变，工程应变为不可比应变。
假设将试样拉长一倍，再压缩一半，则物体的变形程 L 度相同。 拉长一倍时 压缩一半时
因此，工程应变为不可比应变。
二、应变状态和应变张量
现设变形体内任一点 a（x，y，z）应变分量为
ε 。由a引一任意方向
ij
线元ab，长度为r， 方向余弦为l，m，n。 小变形前，b可视为a点无 限接近的一点，其坐标为 （x+dx，y+dy，z+dz）
四、点的应变状态与应力状态的比较
一、位移和应变
=
+
单元体变形
=
纯切应变
+
刚体转动
切应变及刚性转动 设实际偏转角为αxy,αyx,
xy yx xy xy yx xy
1 2
xy xy z yx yz z 1 z ( yx xy ) 2
四、点的应变状态与应力状态的比较
将八面体剪应变γ8 乘以系数 ，可得等效应变（广 2 义应变、应变强度）
第2[1].3章 金属超塑性变形分析解析
![第2[1].3章 金属超塑性变形分析解析](https://img.taocdn.com/s3/m/19fd65ddd5bbfd0a7956735f.png)
第三节 金属的超塑性变形
对力学性能的影响主要表现为：
（1）超塑性变形后合金仍保持均匀细小的等轴晶组织，不存 在织构，所以不产生各向异性，且具有较高的抗应力腐蚀 能力。 （2）超塑性成形时，由于变形温度稳定、变形速度缓慢，所 以零件内部不存在弹性畸变能，变形后没有残余应力。 （3）对某些超塑性合金，存在加工软化现象，即硬度随压缩 率的增加而降低。 （4）高铬高镍不锈钢经超塑性变形后，形成细微的双相混合 组织，具有很高的抗疲劳强度。
第三节 金属的超塑性变形
晶界滑动和扩散蠕变联合机理（A-V机理）示意图
a.四个六边 形等轴晶粒 在应力作用 下，发生晶 粒滑动 c.四个晶粒发 生转动，形 成新的组态， 仍保持等轴 晶粒 晶粒转换机制的二维表示法
b在应力作用 下，发生晶粒 滑动，同时依 靠晶界扩散， 保持联结
d、e.伴随定向扩散的晶界滑动机制，虚线箭头代表体扩散方向
有人把上述的第二类及第三类超塑性统称为动态超 塑性，或环境超塑性。
第三节 金属的超塑性变形
二、超塑性变形机理
目前有这样几种解释： ①晶界滑移的作用；
超细晶粒材料的晶界有异乎寻常大的总面积，因此晶界运动在超塑性 变形中起着极其重要的作用。晶界运动分为滑动和移动两种，前者为 晶粒沿晶界的滑移，后者为相邻晶粒间沿晶界产生的迁移。 在研究超塑性变形机理的过程中，曾提出了许多晶界滑动的理论模型。
金属塑性成形原理
第二章 金属塑性变形的物理基础
第三节 金属的超塑性变形
主讲：刘华 华侨大学模具技术研究中心
第三节 金属的超塑性变形
一、超塑性概念及种类
概念：在一定条件下进行热变形，材料可得到特别大的 均匀塑性变形，而不发生缩颈，延伸率可达 500~2000%，材料的这种特性称为超塑性 特点： 大伸长率 无缩颈 低流动应力 对应变速率敏感 无加工硬化 易成形
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塑性变形的基本形式
• 金属塑性变形是金属在外力的作用下金属 晶格先产生晶格畸变，外力继续加大时， 产生晶格错动，而这种错动通常在晶体中 采取滑移和孪生两种形式。
材料科学与工程系 4
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塑性成形的机理
• 单晶体的塑性变形 滑移和孪生
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（一）晶内变形-（2）孪生
• 孪生：在一定的切应力的作用下，晶体的 一部分相对另一部分，沿一定晶面和晶向 发生转动的结果，已变形部分的晶体位向 发生改变，与未变形部分以孪晶面对称。
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1、滑移系多的比少的容易变形。 2、体心和面心立方同样具有12个滑移系，面心比体心易 变形，滑移方向的作用大于滑移面的作用。 3、滑移面对温度具有敏感性。温度升高，原子密度次大 的晶面也参与滑移，故温度升高，金属塑性提高。 4、滑移时并不需要整个滑移面上的全部原子一齐移动， 而只是在位错中心附近的少数原子发生移动。 材料科学与工程系
1.金属塑性成形应掌握的基本知识
• 什么是金属塑性成形——利用一些工具或模具 使金属材料在一定的外力作用下获得一定形状及 一定力学性能的工艺。
• 也称为：压力加工
• 通常分为：轧制(Forging)和锻压(Extrusion)
• 锻造工艺主要分两种：即体积成形和板料成形
材料科学与工程系 3
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设原始尺寸L0，经过无穷多个中间数值逐渐变到L1， 则由L0变到变到L1终了的应变程度可以看作是各阶段 相对应变的总和，这个总和称为对数应变或真实应变。
l1 dlx l l0 x
ln l x
l1 l0
• 多晶体的变形方式除晶粒本身的滑移和孪动外，还有在外 力作用下晶粒间发生的相对移动和转动而产生的变形，即 晶间变形。
在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要
集中在晶内。晶间变形只起次要作用。而且
需要其他变形机制的协调。这主要是由于晶
界强度高于晶内，其变形比晶内困难。而且
多晶体各晶粒间犬牙交错，造成晶界滑移困
• 多晶体的塑性变形 晶内变形和晶界变形
• 多晶体的晶内变形可以看做是一个单晶的塑性变 形
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（一）晶内变形
• 多晶体晶内变形的主要方式和单晶体一样 为滑移和孪生。其中滑移变形是主要的； 而孪生变形是次要的，一般仅起调节作用 。但在体心立方金属，特别是密排六方金 属中，孪生变形也生面的 原子平面都朝着一 个方向移动。每一 晶面移动距离的大 小与它距孪生面的 距离成正比。每一 晶面与相邻晶面的 相对移动恒等于点 阵常数的若干分之 一。
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• 滑移和孪动都是发生在单个晶粒内部的变 形，称为晶内变形。
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（一）晶内变形-（1）滑移
• 滑移: 当作用在晶体上的切应力达到一 定数值后，晶体一部分沿一定晶面（滑 移面）和晶向（滑移方向）相对另一部 分发生相对移动和切变。产生宏观的塑 性变形。
ln l1 l0
例如高100mm 的坯料被压缩到高为40mm时，
对数应变ε= −0.9163
材料科学与工程系14
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孪生与滑移的主要差别
• ①滑移过程是渐进的，而孪动过程是突然发生的；
• ②孪动时原子位置不会产生较大的错动，因此晶体取得较 大塑性变形的方式主要是滑移作用；
• ③孪动后，晶体内部出现空隙，易于导致金属的破坏；
• ④孪动所要求的临界切应力比滑移要求的临界切应力大得 多，只有滑移过程很困难时，晶体方发生孪动。
难，如晶界发生变形，必将引起裂纹，故晶
界变形量是很小的。
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变形量的表达
1）工程应变和对数应变
设坯料原来的高度H0，压缩后高度为H1， 高度差高度差∆H=H1-H0，工程应变为
H e
H0
材料科学与工程系13
• 金属的滑移面：一般是原子排列密度最 大的晶面。
• 滑移方向：原子排列密度最大的方向。
• 滑移系:一种滑移面及其上的一个滑移 方向构成
• 滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶 向发生。因为原子密度最大的晶面，原 子间距小，原子间结合力强；而其晶面 间的距离则较大，晶面与晶面之间的结 合力较弱，滑移阻力较小。
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第3章 金属塑性成形
重点
1
Contents
31 塑性成形应掌握的基础知识
2
塑性成形方向考研重点
3
塑性成形考试重点
4
塑性成形作业
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• 由于孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可 观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现。
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（二）晶间变形
• 工业生产中实际使用的金属则是多晶体。多晶体中的每个 单晶体（晶粒）要受到四周晶粒的牵制，变形不如自由单 晶体单纯，可塑性也不易充分发挥，会造成变形不均匀。