金属塑性成型原理 绪论
金属属性成型原理(塑性力学)
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）和孪生（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=滑移面×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逐渐调整其方位而趋于一致。
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α-Fe）的塑性不如面心立方晶格（例如γ-Fe）。
孪生：晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）发生均匀切边。
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。
晶间变形是晶界附近具有一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附近区域直接按变形的不均匀性。
晶粒越细小，金属屈服强度越大，ζs=ζ0+K y d-1/2，其塑性也越好。
粗晶粒材料冲压时易出现表面凸凹不平（桔皮现象）。
材料经回火或长期存放后，拉伸时再次出现屈服现象，称为应变时效。
屈服效应会使板料出现粗糙不平（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，以减少碳、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）。
金属塑性成形原理
塑性成形
一次加工
块料成形
（体积成 形，锻造）
二次加工
轧制
挤压 冶金厂 拉拔
自由锻 锻造厂
模锻
板料成形 （冲压）
分离工序 成形工序
冲裁 落料 弯曲
拉深
.
13
□ 块料成形（体积成形） 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。可分为一次加工和二次 加工。 ◇ 一次加工
这是属于冶金工业内的原材料生产的加工 方法，可提供棒材、板材、管材、线材等。 包括轧制、挤压和拉拔等。
一般分为分离工序和成形工序两类。 ◇ 分离工序
分离工序是在冲压过程中使冲压零件与板 料沿一定的轮廓线相互分离。包括落料、冲孔、 切断、切边等。
.
20
△ 落料 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零
件。
△ 冲孔 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废
料。
.
21
△ 切断
用剪刀或冲模沿不封闭轮廓线切断，多用 于加工形状简单的平板零件。
正挤
反挤
复合 挤
挤压原理示意图
.
16
△ 拉拔：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。
拉拔原理示意图
.
17Βιβλιοθήκη ◇ 二次加工 为机械制造工业领域内提供零件或坯料的
加工方法。包括自由锻和模锻，统称为锻造。 △ 自由锻：自由锻是在锻锤或水压机上，利用
1)增加应变速率会使金属的真实应力升 高，这是由于塑性变形的机理比较复杂，需要 有一定的时间来进行。流动应力升高会使金属 的塑性降低。
2)增加应变速率，由于没有足够的时间进 行回复或再结晶，因而软化过程不充分而使金 属的塑性降低。
金属塑性成形力学_绪论
纵轧
横轧
斜轧
③挤压：把坯料放在挤压筒中，垫片在挤压轴推动下， 迫使成形材料从一定形状和尺寸的模孔中挤出。
分为正向挤压和反向挤压。
正向挤压
反向挤压
（2）主要靠拉力作用使材料成形的方式有拉拔、冲 压和拉伸。
拉拔
冲压
拉伸
（3）主要靠弯矩和剪力作用使材料产生成形的方式有弯 曲和剪切
弯曲
剪切
基本成形方式简称 “锻、轧、挤、拉、冲、弯、剪”
件；6—导辊；7—轧辊
粉末轧制过程
1—料斗；2—粉末；3—轧辊；4—未烧结的带坯；5—预烧 结炉；6—一次冷轧；7—烧结炉；8—二次冷轧；9—退火
炉；10—三次冷轧；11—退火炉
按变形时的工件温度特征
热变形
—在进行充分再结晶温度以上所完成的变形过程
冷变形
—在不产生回复和再结晶温度以下所完成的变形过程
材料成形力学
主 讲 王平
东北大学 材料与冶金学院 材料电磁过程研究教育部重点实验室（EPM）
绪论
1 材料成形力学及其基本研究内容
所谓材料成形力学是研究各种成形过 程的力能参数的计算，内容包括：
1）研究给定材料成形过程所需的外力； 2）研究成形材料内部的应力场、应变场等； 3）研究新的、更合理的成形过程。
组合成形 为了扩大品种和提高成形精度与效率，常常把上述基本成
形方式组合起来，形成新的组合成形过程。主要有锻造-轧 制；轧制-剪切；拉拔-轧制；轧制-挤压；轧制-弯曲；等。
v1 v1 v
v
液态铸轧过程
(a) 铸铁板液态铸轧；(b) 铝带液态铸轧 1—盛钢桶；2—流钢槽；3—水冷轧辊；4—冷却钢带；5—轧
温变形
—介于冷热变形之间的温度进行的变形
金属塑性成形原理
表1-1 塑性成形方法分类表1-2 五大基本加工方法的分类第 一 章 绪 论一、金属塑性成形的特点与地位金属塑性成形是金属加工的重要方法之一。
它是指金属工件在工具外力（主要是压力）的作用下，产生塑性变形，从而达到要求的形状、尺寸和性能的加工过程。
因此，也把塑性成形称为塑性加工或压力加工。
金属塑性成形与其它加工方法相比，主要具有如下优点：1. 能改善组织性能。
如减轻偏析、致密结构、细化晶粒等，从而提高材料的综合力学性能。
2. 金属废屑少。
因塑性成形主要靠金属塑性状态下的体积转移，故不需切除大量的多余金属，所以金属收得率较高。
3. 生产率高。
这体现在塑性成形可采用高的加工速度，以及可采用连续式（非周期式）的生产方式。
因此特别适用于大批量生产。
由于上述优点，占产钢总量90%以上的钢制品都要经过塑性成形加工过程，其产品广泛应用于各种行业、部门，并随着塑性成形技术的发展，能生产的产品品种及规格也越来越多，因此金属塑性成形在国民经济中占有重要地位。
二、 金属塑性成形方法分类按金属塑性成形的加工方式，即综合考虑工具的特征及工件的变形方式，可将塑性成形方法分为五大类（见表1-1）。
类 别 工具特征 工件变形方式 锻 造直线运动的锻锤或锻模在锻模间体积变形挤 压 直线运动的挤压板及带挤压模的挤压缸 在挤压模孔中挤出拉 拔 直线运动的夹头及拉拔模架 在拉拔模孔中拉出冲 压 直线运动的冲模 在冲模间板料成形轧 制旋转运动的轧辊在轧辊间压缩成形上述五大基本加工方法又可分别进一步细分为若干种如表1-2所例举的加工方法。
基本方法 类 别 锻 造 自 由 锻 模 锻 挤 压 正 挤 反 挤 拉 拔 实心材拉拔 空心材拉拔 冲 压冲 裁 弯 曲表1-3 塑性理论发展概览拉 深轧 制纵 轧横 轧斜 轧三、金属塑性成形理论的发展概况金属塑性成形理论是一门基于金属塑性变形的物理学、物理-化学、金属学与力学基础上的应用技术理论。
发现金属材料的塑性并利用其加工金属制品可追溯至2000 多年前的青铜器时代，但是对金属材料的塑性变形的微观机理的认识，则是与本世纪30年代位错概念的提出分不开的。
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。
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理金属塑性成形是指通过外力作用下，金属材料在一定温度范围内发生塑性变形的过程。
金属塑性成形是制造工业中常用的一种加工方法，它能够制造出各种形状和尺寸的零部件，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
金属塑性成形的原理是基于金属材料的内部结构和性能特点，通过外力使其发生形变，从而得到所需的形状和尺寸。
金属材料的塑性成形主要依靠金属的塑性变形特性，其原理主要包括以下几个方面：一、应力和应变。
金属材料在受到外力作用时，会产生应力和应变。
应力是单位面积上的力，而应变是单位长度上的变形量。
金属材料在受到外力作用时，会发生应力和应变的变化，从而产生塑性变形。
二、晶粒滑移。
金属材料的内部结构是由大量的晶粒组成的，晶粒之间存在着晶界。
当金属受到外力作用时，晶粒会沿着晶界发生滑移，从而使得金属材料发生塑性变形。
晶粒滑移是金属塑性成形的重要原理之一。
三、冷加工和热加工。
金属材料在不同温度下的塑性变形特性是不同的。
在常温下进行的金属塑性成形称为冷加工，而在一定温度范围内进行的金属塑性成形称为热加工。
冷加工和热加工对金属材料的塑性成形有着不同的影响，需要根据具体的工艺要求来选择合适的加工方法。
四、金属材料的变形机制。
金属材料的塑性变形主要有拉伸、压缩、弯曲、挤压等形式。
这些变形机制是通过外力作用下，金属材料内部晶粒的滑移和变形来实现的。
不同的变形机制对应着不同的加工工艺和设备，需要根据具体的要求来选择合适的成形方式。
综上所述，金属塑性成形的原理是基于金属材料的内部结构和性能特点，通过外力使其发生形变，从而得到所需的形状和尺寸。
金属塑性成形是制造工业中常用的一种加工方法，它能够制造出各种形状和尺寸的零部件，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
深入理解金属塑性成形的原理，对于提高加工工艺的效率和质量具有重要意义。
金属塑性成形
2020年7月16日星期四
单晶体的滑移 • 金属晶体的一部分沿着某些晶面和晶向相对另一 部分发生相对滑动。
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再结晶
• 当温度升高到一定温度，在晶格畸变较严重处重 新形核和长大，原先破碎、被拉长的晶粒全部被 新的无畸变的等轴小晶粒所取代，这一过程称为 金属的再结晶。
• 纯金属的再结晶温度 T再 0.4T熔
金属回复温度，K； 。
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金属熔点温度，K
再结晶金属力学性能
目录 •3.1 金属塑性成形概论 •3.2 金属塑性变形后组织及性能变化 •3.3 自由锻造 •3.4 模型锻造 •3.5 冲压成形 •3.6 其他塑性成形方法
2020年7月16日星期四
3.1 金属塑性成形概论 金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性，
在外力作用下发生塑性变形，获得具有一定形状 、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。也 称为金属压力加工。
通常包括锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。
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锻造 • 是在压力设备及工（模）具的作用下，使坯料 、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一 定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。 • 包括自由锻造和模型锻造两种。
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冲压 • 使板料经分离或成形而得到制品的工艺统称。 • 所选用的板料通常是在冷态下进行的，所以又称 为冷冲压。 • 只有当板料厚度超过8～10mm时才采用热冲压。
金属塑性成形原理--第一章_绪论
第一章 绪论
主要内容 1.1 金属塑性成形的特点及分类 1.2 金属塑性成形原理课程的目的和任务 1.3 金属塑性成形理论的发展概况
1.1 金属塑性成形的特点及分类
图1-1 塑性材料拉伸时拉力与伸长之间的关系
金属试样的拉深试验
当P<Pp 时，材料处于弹性阶段，应力σ、应变ε成
塑性成形在加工工业中有着极其重要的地位， 它在成形加工中具有极大优势，是其他工艺 所无法替代的。
塑性成形的分类
一次加工
塑 性 成型加工
板料成形（冲压）：分为分离
工序和成形工序
冷成型、热成形和温成形
一次加工
一次加工用于提供型材、管材、板材和线材等。
轧制（多辊轧制）
正比σ=Eε（E为弹性模量） 当P>Pe时的一段小曲线上，应力基本保持不变，
应变显著增加，材料的这种现象称为屈服或流动 过了屈服阶段，在到达b点之前阶段，材料又恢复
抵抗变形的能力，处于强化阶段 过了b点之后，试样出现颈缩现象，处于局部变形
阶段，随着颈缩横截面积减小，材料最终被拉断
基本概念
线几何性质 1930，A Reuss弹塑性应力应变关系
应用
1925，卡尔曼，用初等方法建立了轧制时的 应力分布规律。
萨克斯和齐别尔，提出了主应力法 上限法UBET 视塑性法 FEM(FiniteElement Method)
有限元应用
有限元软件分析
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称为塑性。是指材料的永久变 形能力。
弹性：材料的可恢复变形的能力 塑性成形：使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，称 为塑性成形（塑性加工或压力加工） 弹塑性：弹性+塑性
第1章-塑性加工金属学
1、回复和再结晶
从热力学角度来看，变形引起加工硬化，晶体缺陷增多，金属 畸变内能增加，原子处于不稳定的高自由能状态，具有向低自由 能状态转变的趋势。当加热升温时，原子具有相当的扩散能力， 变形后的金属自发地向低自由能状态转变。这一转变过程称为回 复和再结晶，这一过程伴随有晶粒长大。
多相合金（两相合金）中的第二相可以是纯金属、固溶 体或化合物，起强化作用的主要是硬而脆的化合物。
合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形 状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然 是滑移和孪生
第二相以连续网状分布在基体晶粒的边界上 随着第二相数量的增加，合金的强度和塑性皆下
降。
第二相以弥散质点（颗粒）分布在基体晶粒内部 合金的强度显著提高而对塑性和韧性的影响较小。
图13-15 回复和再结晶对金属组织和性能的变化
表13-1 回复、再结晶和晶粒长大的特点及应用
回复
再结晶
晶粒长大
发生温度
较低温度
较高温度
更高温度
转变机制
原子活动能量小，空位 移动使晶格扭曲恢复。 位错短程移动，适当集 中形成规则排列
原严直无子重至晶扩畸畸格散变变类能组晶型力织粒转大中完变，形全新核消晶和失粒生，在长但，新晶粒生粒，晶吞晶粒并界中小位大晶移
四、本课程的任务
目的：
科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律， 为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。
任务：
• 掌握塑性成形时的金属学基础，以便使工件在成 形时获得最佳的塑性状态，最高的变形效率和优 质的性能；
金属塑性--知识点
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
再结晶只是改变了晶粒的形状，消除了因 变形而产生的某些晶体缺陷，再结晶没有 改变晶格的类型，再结晶不是相变过程。
为了消除冷变形强化所进行的热处理 称为再结晶退火。再结晶退火的温度应比 最低再结晶温度高 150－250oC。
第九章 金属材料的塑性成形
绪论 9.1 金属塑性成形基础 9.2 常用的塑性成形方法
9.1.1单晶体和多晶体的塑性变形
1.单晶体的塑性 变形
金属塑性变 形最常见的方式是 滑移。晶体在切应 力的作用下，一部 分沿一定的晶面 （亦称滑移面）和 晶向（也称滑移方 向）相对于另一部 分产生滑动。
晶体滑移变形示意图
滑移:是通过晶体中的位错线沿滑移
面的移动来实现的。
位错运动引起的滑移变形原理图
2.多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形是以单晶体的塑性变形为基 础的，但取向不同的晶粒，晶界的存在对塑性变形 的阻力增加，晶粒之间也要相互滑动和转动
多晶体塑性变形示意图
多晶体金属各晶粒有不同的取向，滑移不 匀，个别晶粒塑性变形已到极限，产生裂纹，导 致早期断裂。而晶界的存在阻碍了滑移的顺 利进行。
（1）轧制
是指金 属坯料在两个 回转轧辊的孔 隙中受压变形， 以获得各种产 品的加工方法。 Eg.钢板、型材等
（2）挤压 是指金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的 加工方法。适于加工低碳钢、有色金属及其合金。
（3）拉拔
是指将金属坯料拉过 拉拔模的模孔而变形的 加工方法.拉拔模模孔常 选用耐磨的硬质合金或 其它耐磨材料来制造。
烧损质量：查表3.2.3得煤气炉加热时，烧损率δ 应取0.023，但因该锻件需 经 2~3次扩孔，至少需加热二次，故查表3.2.4取 δ =0.035
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。
第八章 金属材料件塑性成形
3．冷变形、热变形和温热变形 ．冷变形、 1）冷变形 ） 在再结晶温度以下的变形。 对金属冷变形将产生加工硬化现象。 冷变形的特点及应用： 冷变形的特点及应用： ① 冷变形时金属的塑性低，变形抗力大； ② 热压力加工能一次成形的，采用冷压力加工就可能要加压 多次，在中间还需进行多次再结晶退火；设备也要求刚性 好， 吨位大； ③ 冷变形后的产品精度高，表面光洁，常用于已热变形过的 坯料的再加工，如冷轧、冷冲压、冷镦及冷拉等。
② 脱碳 钢的表面层的碳元素被烧损，含碳量降低的现象。 脱碳的影响及防止： 脱碳的影响及防止： 脱碳使零件表面的机械性能降低，因而脱碳层深度不能大 于加工余量；加热温度越高，时间越长，脱碳层就会越深。 ③ 过热 当钢的加热超过某一温度，且在此温度下停留时间过长， 钢的晶粒迅速增大，形成粗大晶粒的现象。 过热的影响及防止 a. 过热使材料的晶粒粗大，力学性能下降； b.过热的钢件可以通过多次锻造及热处理方法来消除，但对 于不产生相变重结晶的钢种（如1Cr18Ni9Ti），不能用热处 理来细化晶粒，消除过热。
2.高温加热 高温加热——再结晶 高温加热 再结晶 随着温度的进一步升高，已发生回复的金属开始以某 些碎晶或杂质为核心形成新的晶粒，从而消除了加工硬化 的现象。 T再=0.4T熔（ K） T再----金属的绝对再结晶温度, K 再结晶的应用： 再结晶的应用： 金属的再结晶退火温度比其再结晶温度高100～200℃。
三、金属的加热 1．金属加热的目的 ． 加热金属，可以提高塑性，降低变形抗力，减小设备吨位， 以利于金属的变形和获得良好的锻后组织。 2．钢加热时产生的缺陷 ． ① 氧化 在高温下，钢的表面与炉气中的氧化性气体（如O2、 CO2、H2O及SO2等）反应，生成氧化皮，造成金属的烧损和 增加压力加工设备的磨损。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§0.5 本课程的任务
学习金属塑性变形的物理冶金知识，掌握塑性变形时 金属流动和变形不均匀分布规律，分析影响金属塑性流动 和变形不均匀的影响因素、金属塑性变形的微观机理和组 织性能变化规律，为确定塑性加工的温度、速度等条件， 获得最佳塑性态和制品组织性能奠定材料学基础。
§0.5 本课程的任务
学习塑性加工过程中摩擦与润滑的基本知识，掌握
摩擦基本的特点与规律；摩擦对塑性加工过程的影响与 作用；塑性加工工艺润滑的基本理论，为合理选择润滑 剂及润滑工艺奠定物理化学基础。
§0.6 金属材料加工的主要方向
常规材料加工工艺的短流程化和高速、高效
化连铸连轧
发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精 确控制热连轧，冷连轧
5.小结
金属材料在国民经济、国防军工建设中
占有极其重要战略地位，金属塑性加工原理
这门课程旨在讲述有关高性能材料设计、成
形制备、性能表征与评价以及应用方面的重 要专业基础知识。
§0.3 金属塑性加工
1.材料加工
金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有 一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、
同),使其具有更优良的物理性能、化学性能 和力学性能。
2.材料的可加工性 材料对加工成形和工艺所表现出来的特 性，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、 热处理性能和切削加工性能等。
3.材料加工需考虑的基本原则 使用性能：高强、高韧、耐蚀等 工艺性能：轧、挤、拉、锻、焊等 环保性能：放射性、毒气、“三废”等 经 济 性：成本、性价比等
4.金属材料加工所涉及的内容
(1) 液态金属的熔炼与铸造； (2) 金属塑性加工与热处理； (3) 复合材料与层状复合材料加工；
(4) 材料连接；
(5) 材料切削加工； (6) 粉末冶金； (7) CVD(chemical vapour deposition), PVD(phsical vapour deposition)等
绪
§0.1 §0.2 §0.3 §0.4 §0.5 §0.6
论
材料加工在国民经济中的地位特点 材料加工的内涵 金属塑性加工 塑性加工理论的发展概况 本课程的任务 金属材料加工的主要方向
§0.1 材料加工在国民经济中的地位特点
金属采用塑性加工方法成材，不仅以 其原材料消耗少、生产效率高、产品质量
稳定，而且能有效地改善和控制金属的组
毛坯或零件的加工方法。
2.适用范围
钢、铝、铜、钛等及其合金。
3. 主要加工方法
(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积 减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横 轧、斜轧。
举例：汽车车身板、烟箔等；
其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。
3. 主要加工方法
(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出
(4)设备较庞大，相对铸造能耗较高。
§0.4 塑性加工理论的发展概况
金属塑性加工力学：连续介质力学＋晶体力学 CMTP (Continuum Mechanics of Textured Polycrystals) 塑性变形材料学 : 1）塑性变形组织控制 2）织构控制
塑性加工摩擦学 ： 干摩擦、湿摩擦、边界摩擦、
2. 金属塑性加工材料学
运用物理冶金原理研究塑性变形过程中金属的 组织演变及性能变化的规律。 运用位错理论解释金属塑性变形过程，如滑移、 机械孪生、加工硬化、裂纹形成、扩展和断裂。 胞状结构、剪切带、过渡带、形变带以及晶粒 取向演变与分布。
ND//[001]
25 m
用电子背散射衍射（EBSD）技术获得的微取向分布上图
混合摩擦＋润滑剂
1. 金属塑性加工力学(力学冶金)
是随塑性力学(塑性理论)在金属塑性加工中的应用而 发展起来的一个分支。
1864年Tresca首次提出最大剪切屈服准则；
1925年Karman将塑性力学应用于塑性加工；
Sachs和Siebel提出工程法(主应力法)； 20世纪中期建立滑移线法研究平面变形； 20世纪50年代发展变形功平衡法； 现代，塑性有限元法。
(c)
3. 塑性加工摩擦学
塑性加工过程中接触表面间的相对运动引 起摩 擦，发生一系列物理、化学和力学变化，对金属塑性 变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。
机械摩擦理论： 阿芒顿－库仑定律； 粘着摩擦理论： 1、F.P.鲍－D.泰伯焊合摩擦理论 2、И .B克拉盖尔斯基理论 磨损 润滑
材料设计、制备与成形加工一体化整体构件
§0.6 金属材料加工的主要方向
开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新 制品快速冷凝、喷射沉积 发展计算机数值模拟、仿真模拟及神经网络技 术，构筑完善的材料数据库。 材料的智能制备与成形加工技术。
织与性能，在国民经济与国防建设中占有 十分重要的地位。
1、航空航天
2、武器装备
3、交通运输
4、建筑
金属塑性加工原理
主讲：张新明 教授 中南大学 材料科学与工程学院
5、家用电器
§0.2 材料加工的内涵 1.材料加工 采用一定的加工方法和技术，使材料达
到与原材料不同的状态(化学成分上完全相
万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环
3. 主要加工方法
(5) 冲压：金属坯料在冲模之间受压产生分离或 变
形的加工方法。
4. 特点
(1)质量比铸件好(尺寸精度高，表面质量好、性
能好)；a. 细化晶粒；b.消除微观缺陷。
(2)不产生切削，金属利用率高；
(3)易实现连续化、自动化、高速、大批量生产；
§0.5 本课程的任务
学习塑性力学的基础知识，掌握应力应变分析、
塑性变形物性方程等变形力学知识，为塑性加工过
程中变形体的应力、应变分析及变形力与功的计算 奠定力学基础。
增量理论 ： 1、Levy-Mises增量理论
2、Prandtl-Reuss理论 磨损全量理论： Hencky全量理论
而制取各种断面金属材料的加工方法。
正挤
反挤
举例：管、棒、型；
其它：异型截面。
3. 主要加工方法
卧式挤压机
3. 主要加工方法
(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形
A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力
或压力而产生塑性变形的加工
我国自行研制的万吨级水压机
3. 主要加工方法
B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲 击 力或压力而产生塑性变形的加工。 举例：飞机大梁，火箭捆挷环等