金属压力加工PPT教案

金属的变形抗力小，塑性好。工件的表面质量低于冷变形。 ➢ 3．温变形 ➢ 金属在回复温度和再结晶温度之间的变形，称为温变形。兼有冷变形、热变形的综合特点。
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➢ 1、金属更加致密。
金属锻件的组织性能特点
➢ 2、获得细化的再结晶组织。因此，金属的力学性能得到很大提高。
➢ 3、形成纤维组织，或称流线。
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回复和再结晶
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➢ 1．冷变形 金属在回复温度以冷下变的形变形、称热为变冷形变形和，温具变有加形工硬化组织。
冷变形特点 ➢ 冷变形可以使工件获得较高的精度和表面质量。冷变形也是强化金属的一种重要手段。但变
形抗力大。 ➢ 2．热变形 金属在再结晶温度以上的变形称为热变形，具有再结晶组织。 ➢ 热变形特点 金属在热变形过程中，也产生加工硬化，但随时被再结晶所消除。热变形时，
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1.可锻性
金属的锻造性能
➢ 金属的锻造性能，是指金属材料在压力加工时获得优质产品难易程度的工艺性能。
➢ 衡量指标：金属的塑性和变形抗力。塑性越高，变形抗力越小，则金属的可锻性越好。
➢ 2.影响可锻性的因素
➢ 金属的本质方面
➢ 1.化学成分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳和合金元素的质量分数的增加而 变差。
般为5～150MN。 ➢ 水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速度约为0.1～0.3m/s；锻锤锤头
速度可达7～8m/s)，有利于改善材料的可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻 件的生产，所锻钢锭质量可达300吨。
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2 自由锻的基本工序 根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序可 分为辅助工序、基本工序及修整工序。 压钳口、倒棱、压肩、校直、滚圆、压平
➢ 自由锻 ➢ 利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金属坯料产
生塑性变形，从而得到所需锻件的压力加工方法。 ➢ 自由锻分手工锻造和机器锻造两种，目前都采用机器
锻造。 ➢ 自由锻通常采用热变形，常以逐段变形的方式来达到
成形的目的， ➢ 自由锻只能锻造形状简单的锻件，生产率低，劳动强
度大，锻件精度差、表面粗糙、加工余量大。 ➢ 自由锻只适用于单件、小批量生产。 ➢ 自由锻是大型锻件唯一可能的锻造方法。
结晶温度。钨在900℃进行变形，铅在室温（20℃）进行变形， 试判断它们属于何种变形。 ➢ T回=0.3T熔点（K) (3380+273) ×0.3 =3653 ×0.3 = 1096（823 ℃） ➢ T 再 =0.4T 熔 点 （ K) (3380+273) ×0.4 =3653 ×0.4 = 1461 （1188 ℃） ➢ T回（823 ℃）＜ 900℃＜ T再（1188 ℃）所以为温变形
➢ 铅 T再 =0.4T熔点（K) (327+273) ×0.4 =600×0.4 = 240（33℃）
➢ 所以铅在室温（20℃）进行变形为热变形
➢ 2．圆钢拔长前直径为φ100mm，拔长后为φ50mm，试计算锻 造比y。
➢ y=F0/F=(100/50)2=4
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3.2 锻造方法
➢ 锻造温度范围
➢ 开始锻造的温度称为始锻温度，指金属在锻造前加热允许的最高温度。始锻温度过高必将产生过热、 过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。
➢ 过热 加热温度过高，导致晶粒急剧长大的现象。该缺陷可以通过重新的热处理加以消除。
➢ 过烧 加热温度过高（过热之后），导致晶界严重氧化，甚至局部熔化的现象。 产生该缺陷后，性能 极脆，并不能挽救，只能报废。
在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件，提高塑性，降 低变形抗力。
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➢ 7-1 判断题（正确的画○，错误的画×）
➢
1．把低碳钢加热到1200℃时进行锻造，冷却后锻件内部晶粒将沿变形最
大的方向被拉长并产生碎晶。如将该锻件进行再结晶退火，便可获得细晶组
织。
（）
➢ 2．将化学成分和尺寸相同的三个金属坯料加热到同一温度，分别在空气锤、 水压机和高速锤上进行相同的变形，其变形抗力大小应相同。 （）
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滑移是在切应力作用下，晶体的一部 分原子 相对另 一部分 原子， 沿着一 定的晶 面（滑 移面） 和一定 的方向 （滑移 方向） 产生的 移动。
3.1 金属压力加工技术基础
金属的塑性变形
1 . 单 晶 体的 塑性变 形 单晶体塑性变形的主要方式是滑移。
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金属的塑性变形 ➢ 实际晶体的滑移不象理想晶体那样，
➢ A．始锻温度过高；B．始锻温度过低；
➢ C．终锻温度过高；D．终锻温度过低。
➢ 3．有一批连杆模锻件，经金相检验，发现其纤维不 连续，分布不合理。为了保证产品质量应将这批锻件 （ ）。
➢ A．进行再结晶退火；
B．进行球化退火；
➢ C．重新加热进行第二次锻造； D．报废。
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➢ 4．经过热变形的锻件一般都具有纤维组织。通常应使锻 件工作时的最大正应力与纤维方向（ ）；最大切应力与 纤维方向（ ）。
➢ 2.组织结构 固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（如渗碳体）差。金属在单相状态 下的可锻性比在多相状态下的好。
➢ 细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。（但变形抗力较大）
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➢ 压力加工条件
2.影响可锻性的因素
➢ 3.变形温度 随着温度的升高，钢的强度下降，塑性上升，即钢的可锻性变好。因此，压力加工都力争 在高温下进行，即采用热变形。
不能改变金属的塑性。
（）
➢ 6．冷变形不仅能改变金属的形状，而且还能强化金属，使其强度、硬度升 高。冷变形也可以使工件获得较高的精度和表面质量。 （）
➢ 7．某一批锻件经检查，发现由于纤维组织分布不合理而不能应用。若对这 批锻件进行适当的热处理，可以使锻件重新得到应用。 （）
➢ 8．对于塑性变形能力较差的合金，为了提高其塑性变形能力，可采用降低
变形速度或在三向压应力下变形等措施。
（）
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➢ 7-2 选择题
➢
1．钢制的拖钩如图7-1所示，可以用多种方法制成。
其中，拖重能力最大的是（ ）。
➢ A.铸造的拖钩；B．锻造的拖钩；
➢ C．切割钢板制成的拖钩。
➢
2．有一批经过热变形的锻件，晶粒粗大，不符合
质量要求，主要原因是（ ）。
➢
A．平行； B．垂直； C．呈45°角； D．呈任意
角度均可。
➢ 5．碳的质量分数（含碳量）大于0.8％的高碳钢与低碳 钢相比，可锻性较差。在选择终锻温度时，高碳钢的终锻 温度却低于低碳钢的终锻温度；其主要原因是为了（ ）。
➢ A．使高碳钢晶粒细化提高强度； B．使高碳钢获得 优良的表面质量；
➢ C．打碎高碳钢内部的网状碳化物。 ➢ 6．加工硬化是由于塑性变形时金属内部组织变化引起的，
➢ 纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高，
➢ 横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。
➢ 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除，只有经过锻压使金属变形，才 能改变其方向和形状。
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合理利用纤维组织
➢ 1、应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向 重合，2、最大切应力方向与纤维方向垂直，3、并使纤 维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。
➢ 但是，除了高速锤以外，在普 通锻压设备上都不可能超过临 界变形速度。所以，一般塑性 较差的金属，应以较小的变形 速度，在压力机上进行锻造。
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5.应力状态 ➢ 三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好。拉应力的数目
越多，则金属的塑性越差。 ➢ 压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的塑性。 ➢ 在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金属失去塑性。 ➢ 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。 ➢ 综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加工条件。
金属压力加工
3、拉拔
拉拔是利用拉力，将金属坯料拉过拉拔模的模孔而成形的压力加工 方法。常需经多次拉拔，依次通过形状和尺寸逐渐变化的模孔，才
能得到所需截面的产品。
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4、 自 由 锻 自由锻是利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金 属坯料 变形， 从而得 到所需 锻件的 压力加 工方法 。 5、 模 锻 模锻是利用冲击力或压力，使放在锻模模膛内的 金属坯 料变形 ，最后 充满模 膛而成 形的压 力加工 方法。 6、 板 料 冲 压 板料冲压是利用压力，使放在冲模间的金属板料产生分离 或变形 的压力 加工方 法。
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2.回复 T回复=（0.25～0.3）T熔点（K） 式中T回复为金属回复的绝对温度； ➢ T熔点为金属熔化的绝对温度。 ➢ 回复使晶格扭曲被消除，内应力明显降低，但力学 性能变化不大，部分地消除了加工硬化。
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3.再结晶
➢ 再结晶 以某些碎晶或杂质为晶核，成长为新的等轴细晶粒的过程 称为再结晶。
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➢ 自由锻锤 产生冲击力使金属变形的1，自生由产中锻使设用备的自由锻锤是空气锤和蒸汽-空气自由锻
锤。 ➢ 自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活塞）质量来表示，空气锤的吨位
用一般为50～1000公斤。蒸汽-空气自由锻锤的吨位，一般为1～5吨。 ➢ 水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生的最大压力来表示，一
➢ 再结晶消除了全部加工硬化，使金属的强度和硬度明显下降，塑性 和韧性显著提高。
➢ 一般纯金属的再结晶温度为：
➢
T再结晶≈0.4T熔点（K）
➢ 消除金属加工硬化的热处理方法叫再结晶退火。
➢ 再结晶的特点
➢ 1、只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。
➢ 2、不同于同素异构转变，不发生晶体结构变化。
➢ 3、可以细化晶粒。但过份地延长加热时间，则晶粒还会不断长大， 使金属力学性能下降。
➢ 3．在外力作用下金属将产生变形。应力小时金属产生弹性变形，应力超过 σs时金属产生塑性变形。因此，塑性变形过程中一定有弹性变形存在。 （）
➢ 4．只有经过塑性变形的钢才会发生回复和再结晶。没有经过塑性变形的钢， 即使把它加热到回复或再结晶温度以上也不会产生回复或再结晶。 （）
➢ 5．塑性是金属可锻性中的一个指标。压力加工时，可以改变变形条件；但
➢ 1.加工硬化 ➢ 金属在室温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，强度和
硬度不断提高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工 硬化。 ➢ 加工硬化的金属内部组织变化特点。 ➢ 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长， ➢ 2、位错密度增加，晶格严重扭曲，产生内应力； ➢ 3、滑移面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ晶粒间产生碎晶。
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➢ 纤维组织 金属晶界上的夹杂物随晶粒沿变形最大方向被拉长得到的组织。
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➢ 变形程度越大，纤维组织越明显。 纤维组织的特点
➢ 常用锻造比Y表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为：
➢
Y=F0/F
➢ 式中F0为坯料拔长前的横截面积；F为坯料拔长后的横截面积。
➢ 纤维组织使金属在性能上具有方向性。
加工硬化后金属组织的变化有（ ）。
➢ Ａ．晶粒沿变形方向伸长； B．滑移面和晶粒间产生碎 晶；
➢ C．晶格扭曲位错密度增加； D．A、B和C。
➢ 7．改变锻件内部纤维组织分布的方法是（ ）。
➢
Ａ、热处理； Ｂ、再结晶； Ｃ、塑性变形； Ｄ、
细化晶粒。
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➢ 7-3 应用题 ➢ 1．钨的熔点为3380℃，铅的熔点为327℃，试计算钨及铅的再
而是通过位错运动实现的。 ➢ 2、多晶体的塑性变形 ➢ 1、每个晶粒变形不均匀 ➢ 2、晶粒间也产生滑动和转动。 ➢ 3、变形抗力大
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塑性变形的基本规律
➢ 1.体积不变定律 ➢ 2.最小阻力定律 ➢ 3.塑性变形的不均匀性 ➢ 4.控制金属流动的方法
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塑性变形后金属的组织和性能
➢ 停止锻造的温度称为终锻温度，指金属热变形允许的最低温度。终锻温度过低，金属的加工硬化严重， 变形抗力急剧增加，使加工难于进行。
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碳钢的锻造温 度范围
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4.变形速度
➢ 1、随变形速度的增大，加工 硬化严重，可锻性变坏。
➢ 2、另一方面，在变形过程中， 产生热效应现象。热效应现象 使金属的塑性提高，变形抗力 减小，可锻性变好。