第三篇第一章金属的塑性变形
第一章 金属塑性变形
图：冷变形金属在加热时组织 和性能的变化示意图
3）晶粒长大 冷变形金属刚刚结束再 结晶时的晶粒是比较细 小、均匀的等轴晶粒， 如果再结晶后不控制其 加热温度或时间，继续 升温或保温，晶粒之间 便会相互吞并而长大。
原因：晶体内部的各种缺陷（特别是位错）的运动更 容易产生滑移，而且位错运动所需切应力远远小于刚 性的整体滑移所需的切应力。当位错运动到晶体表面 时，晶体就产生了塑性变形。
未变形
位错运动
塑性变形
图：晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图
2. 多晶体金属的塑性变形
多晶体的塑性变形与单晶体的相同处，在于它也是 以滑移和孪生为其塑性变形的基本方式。但多晶体是由 许多形状、大小、取向各不相同的晶粒所组成，这就使 多晶体的变形过程增加了若干复杂因素，具有区别于单 晶体塑性变形的特点。
首先，多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和位向不 同的晶粒的影响；其次，任何一个晶粒的塑性变形都不 是处于独立的自由变形状态，需要其周围的晶粒同时发 生相适应是变形来配合，以保持晶粒之间的结合和整个 物体的连续性。因此，多晶体的塑性变形要比单晶体的 情况复杂得多。
多晶体塑性变形的特点： • 1、各晶粒变形的不同时性； • 2、各晶粒变形的相互协调性； • 3、多晶体的塑性变形也具有不均匀性。
重要齿轮、连杆、炮管、枪管等； 板料冲压-汽车制造、电器、仪表及日用品。
第一章 金属的塑性变形
第一节 金属塑性变形的实质 金属在外力作用下产生塑 性变形的实质是晶体内部 的原子产生滑移。 1. 单晶体金属的塑性变形
滑移面
单晶体的塑性变形主要通过滑移进行。 整体刚性
滑移
（a）未变形（b）弹性变形（c）弹塑性变形（d）塑性变形 图：单晶体滑移变形示意图
第三篇(塑性加工)
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。 合理利用纤维组织
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;
最大切应力方向与纤维方向垂直; 并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。
§1-3
金属的可锻性
金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。 （经塑性加工而不断裂） 塑性
三拐曲轴的锻造过程
§2-1 锻造方法
自由锻特点
●
坯料表面变形自由；
● 设备及工具简单，锻件重量不受限制； ● ● ●
锻件的精度低； 生产率低，适用于单件小批生产； 是大型锻件的唯一锻造方法。
§2-1 锻造方法
模锻
使加热后的金属在模膛内
受压变形以获得所需锻件 的方法。 应用： 大批量生产中小锻件。 ＜150Kg，如曲轴、连 杆、齿轮。
在冷加工时,形变强化使金属塑性降低,进
一步加工困难,应安排中间退火工艺。 实质：塑性变形时位错运动受阻，使交叉滑移中位错运动范围缩小，因 此，金属性能随之改变。
一、金属材料产生加工硬化
金属材料 强度和硬 度提高， 塑性和韧 性下降。
有利：加工硬化可提高产品性能! 不利：进一步的塑性变形带来困难! 加热可消除硬化现象!
压力使金属成型为各种型材和锻件等。
a）自由锻 b）模锻 c）胎模锻 胎模锻：自由锻设备上，采用不与上、下砧相连接的活动模具 成形锻件的方法。是介于自由锻和模锻之间的锻造工艺方法。 2）冲压 利用冲模将金 属板料切离或变形 为各种冲压件。
3）轧制 使金属坯料通过两个旋转轧辊之间的间隙而产生塑性变形的 加工方法。 用于生产各种型材、管材、板材等。
模锻
模锻是利用锻模使坯 料变形而获得锻件的 锻造方法。
材料与金属工艺学第三篇：金属压力加工
材 料 与 金 属 工 艺
160
120 80 延 伸率 %
160 300 140 200
冲 击韧度 120 100 冷变形强化是一种不稳定现象，具有 40 0 60 80 % 40 0 20 自发回复到稳定状态的倾向。但在室 变形程度 温下不易实现。 回复温度可以消除部分加工硬化现象： T回=（0.25～0.3）T熔 再结晶温度可以完全消除加工硬化现象：T再=0.4T熔
材 料 与 金 属 工 艺
锻件若有数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空 间曲线。
佛山科学技术学院机电系
自由锻件上不应设计出加强筋、 凸台、工字形截面或空间曲线表面。
材 料 与 金 属 工 艺
自由锻件的横截面若有急剧变化或形状复杂时，应设计成几个简单 件构成体。
佛山科学技术学院机电系
异号应力状态下，变形抗力↓
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第二章
第一节
一、自由锻
材 料 与 金 属 工 艺
锻造
锻造方法
自由锻是不用模具控制金属的塑性流动，让材料比较自由地变形 的锻造方法。有手工自由锻和机器自由锻两类。前者靠手锤和钳 子在铁砧上锻打工件，打击力来自锻工本身。后者靠锻锤（主要 是空气锤）、和钳子在砧座上锻打工件，打击力来自锻锤。 自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤用来锻造中、小型锻 件；液压机能锻造质量达300t的锻件。
二、加工条件
1、变形温度的影响 温度过低金属的塑性不够，但温度过高，会产生过热、过烧、脱 碳和严重氧化等缺陷。
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温度/° C
38 A
固 相 线
液相 线
L L+A
(完整版)金属工艺学(压力加工)
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
机械制造基础-塑性
锻压生产方式示意图金属塑性变形的实质•单晶体塑性变形当金属受外力作用时，外力可分为正应力和切应力，正应力使金属产生弹性变形或破断。
OR金属塑性变形的实质•单晶体的滑移–实验表明，晶体只有在切应力的作用下才会发生塑性变形。
室温下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进行的。
滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于晶体的另一部分沿滑移面作整体滑动，图为单晶体在切应力作用下的滑移变形过程。
金属塑性变形的实质•位错运动引起塑性变形(实际的晶体结构)–单晶体的滑移是通过晶体内的位错运动来实现的，而不是沿滑移面所有的原子同时作刚性移动的结果，所以滑移所需要的切应力比理论值低很多。
因此，位错运动的结果，实现了整个晶体的塑性变形。
金属塑性变形的实质•多晶体的塑性变形(通常的金属)–多晶体的塑性变形是其单个晶粒塑性变形的综合。
其中每个晶粒的塑性变形，仍主要以滑移方式进行。
–由于构成多晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑移、变形时，分先后次序逐批进行。
同时，还伴有晶间的滑移与转动。
F图3-3 多晶体塑性变形示意图塑性变形对金属组织和性能的影响冷加工纤维组织金属在外力作用下进行塑性变形时，金属内部的晶粒也由原来的等轴晶粒（见图a）变为沿加工方向拉长的晶粒，当变形度增加时，晶粒被显著拉长成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织(b) 。
(a)(b)塑性变形对金属组织和性能的影响利用金属的冷变形强化可提高金属的强度和硬度，这是工业生产中强化金属材料的一种重要手段。
但在压力加工生产中，冷变形强化给金属继续进行塑性变形带来困难，应加以消除。
在实际生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性。
这种工艺操作称为再结晶退火。
塑性变形对金属组织和性能的影响热变形加工可使金属中的气孔和疏松焊合，并可改善夹杂物、碳化物的形态、大小和分布，提高钢的强度、塑性及冲击韧度。
用温热变形得到的工件，其强度和尺寸精度比热变形高，而变形抗力比冷变形低。
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。
第三篇金属压力加工
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。
塑形变形实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解金属塑性变形的基本原理和规律；2. 掌握金属塑性变形实验的基本操作方法；3. 分析塑性变形对金属组织和性能的影响；4. 探讨塑性变形过程中的再结晶现象。
二、实验原理金属塑性变形是指金属在受力作用下，发生永久变形的过程。
在塑性变形过程中，金属内部晶粒会发生位错运动、滑移、孪晶等变形机制，导致晶粒发生塑性变形。
塑性变形对金属的组织和性能有重要影响，如强度、硬度、韧性等。
再结晶是指塑性变形过程中，晶粒发生重新排列、晶界移动、位错密度降低等现象，从而恢复金属的原始性能。
三、实验材料与设备1. 实验材料：纯铜棒；2. 实验设备：万能材料试验机、光学显微镜、电子天平、加热炉、砂纸等。
四、实验步骤1. 将纯铜棒加工成直径为10mm、长度为100mm的圆柱形试样；2. 对试样进行表面处理，去除氧化层；3. 使用万能材料试验机对试样进行拉伸实验，记录拉伸过程中的应力、应变数据；4. 将拉伸后的试样进行磨光、抛光，观察其显微组织；5. 使用光学显微镜观察试样变形前后的晶粒、位错等特征；6. 记录实验数据，分析塑性变形对金属组织和性能的影响。
五、实验结果与分析1. 拉伸实验结果根据实验数据，绘制应力-应变曲线，如图1所示。
从图中可以看出，纯铜棒在拉伸过程中，应力与应变呈线性关系，当应力达到屈服极限后，进入塑性变形阶段，应力与应变曲线出现非线性变化。
图1 纯铜棒应力-应变曲线2. 显微组织观察结果在光学显微镜下观察纯铜棒变形前后的显微组织，发现变形后的试样晶粒发生了明显变形，晶界模糊，位错密度增加，如图2所示。
图2 纯铜棒变形前后显微组织3. 再结晶现象分析在塑性变形过程中，试样发生再结晶现象，晶粒发生重新排列、晶界移动、位错密度降低等。
再结晶后的试样晶粒细化，位错密度降低，如图3所示。
图3 纯铜棒再结晶后显微组织六、结论1. 金属塑性变形是指金属在受力作用下，发生永久变形的过程；2. 塑性变形对金属的组织和性能有重要影响，如强度、硬度、韧性等；3. 塑性变形过程中的再结晶现象可以恢复金属的原始性能；4. 通过实验研究，掌握了金属塑性变形的基本原理和规律，为金属加工和材料设计提供了理论依据。
金属塑性成形原理 1-3章
金属塑性成型原理第一章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。
可分为一次成型和二次加工。
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。
锻造01
3）需配备对棒料局部加热的专用加热炉。
4）高效率、高质量、容易实现机械化的锻造方法，但设备 结构复杂，价格贵，适用于大批量生产。
第二节 锻造工艺规程的制订
自由锻的工艺规程包括：绘制锻件图，计算坯料的重
量和尺寸，确定变形工步，选定设备和工具，确定锻造温 度范围，加热、冷却及热处理的方法及规范等。 模锻的工艺规程包括：自由锻的内容外，还应有分模 面膜的选择、模锻斜度和圆角半径等等。
3 ）滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使模锻斜度、 加工余量、锻造公差减小，锻件精度比锤上模锻高。 4）振动和噪声较小，劳动条件改善。
缺点：
1）设备费用高，模具结构复杂； 2）滑块行程和压力不能在锻造过程中调整，因此 不能进行拔长、滚压等制坯。
3.摩擦压力机上模锻
摩擦压力机是将飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的 变形能进行锻造的，属锻锤类锻压设备。其结构与传动原 理如图3-30所示。
3、自由锻的特点
优点： 1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法
3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属 的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的 设备吨位小。 缺点： 1）锻件的形状和尺寸靠锻工的操作技术来保证，故尺寸精 度低，加工余量大，金属材料消耗多； 2）锻件形状比较简单，生产率低，劳动强度大。故自由锻 只适用于单件或小批量生产。
摩擦压力机上模锻的特点如下： 1）滑块运动速度低，可锻造低塑性合金钢和有色金属； 2）承受偏心载荷能力差，仅适合单膛模锻；
3）打击速度低，可采用组合模具，降低生产成本，缩短生 产周期；
4）滑块行程不固定，故工艺性广泛。
4. 胎模锻
在自由锻设备上使用简单的非固定模具（胎模）生产模 锻件的一种工艺方法。 （1）与自由锻相比，锻件质量好，生产率高，节约金
材料加工成型理论第一章-金属塑性变形的物理本质
5. 割阶运动所引起的阻力
• 割阶运动所引起的阻力也就是形成点缺陷 引起的阻力。当带有割阶的位错滑移时， 如果割阶做的是非保守运动，则运动过程 中其后形成一连串的点缺陷。形成这些点 缺陷需要能量，这就相当于有反向的力阻 碍位错前进。形成这些点缺陷引起的阻力 为：
• 位错要运动，虽然很容易，但也必须至少克服点 阵阻力（派-纳力）对它的阻碍才能运动。
1.点阵阻力
• 位错向前运动，必须越过一个能量最大值的位置， 才能从一个低能的稳定位置过渡到另一个低能的 稳定位置。为此，就需要对位错施加足够的力以 供克服这一能垒所需要的能量，这个能垒就称为 派尔斯垒，克服这个能垒所需要的力就是派-纳力。
4. 位错切割穿过其滑移面的位错林所引起的阻力
• 位错林是指那些穿过运动位错所在滑移面的
位错。切割林位错所引起的阻力用
' s
表示，
是一种短程力。
• 热激活对于克服这个阻力是有很大作用的。
• 由于位错林的存在，必然存在应力场，林位
错的应力场对运动位错的阻力用
" s
表示，
该力是一种长程力，它对温度不敏感。
• 根据该理论可以估计出纯金属的理论屈服强度
m G / 2
• 一般金属晶体的理论屈服强度为103~104MPa 数量级。而实测纯金属单晶体大致为1MPa， 理论值是实际值的1000倍以上，说明把滑移 过程看成是整体刚性的移动与实际相差较远。
二、实际晶体屈服强度的构成
• 金属的理论屈服强度来源于金属的原子间的结合 力，它是金属原子间结合力大小的反映。而实际 晶体中存在各种晶体缺陷，如位错的存在，位错 易运动，因而不能充分发挥出原子间结合力的作 用，所以金属实际屈服强度远低于理论值。
《金属工艺学》上册 邓文英 郭小鹏版
7、缩孔、缩松的防止： （1）通过控制铸件的凝固方式使之符合“顺序凝固”或“同时凝固”原则； （2）合理确定浇注的引入位置和浇注工艺； （3）冒口、冷铁的综合应用，扩大有效补缩距离； （4）加压补缩； （5）悬浮浇注，细化结晶组织。 8、按照内应力的产生原因，可分为热应力和机械应力。 （1）热应力：它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内 铸件各部分收缩不一致而引起的。预防热应力的基本途径：尽量减少铸件各部分间的温 差，使其均匀冷却，为此，可将浇道开在薄壁处或者在壁厚出安放冷铁，即采用同时凝 固原则。 （2）机械应力：它是合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。这种 应力在铸件落砂之后便可自行消除。 9、为防止铸件产生变形，在铸件设计时尽可能使铸件的壁厚均匀、形状对称；在铸 造工艺上采用同时凝固原则，以便冷却均匀；对于长而易变形的铸件，还可以采用“反变 形”工艺。 10、当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便将产生裂纹。裂纹可分为热裂和冷裂。 （1）热裂：在高温下形成的裂纹。其形状特征是：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。
奥氏体——碳溶入 - Fe 中所形成的固溶体，呈面心立方晶格，以符号 A 表示，铁碳合金中 奥氏体属于高温组织。
11、金属化合物——各组元按一定整数比例结合而成、并具有金属性质的均匀物质，属 于单相组织，例如：渗碳体（ Fe3C ），硬度极高，塑性和韧性极低。
12、机械混合物——是由结晶过程所形成的两相混合组织。 珠光体——铁素体和渗碳体的混合，以 P 表示；珠光体在显微镜下呈层片状，白
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金属工艺学_课后习题参考答案
⾦属⼯艺学_课后习题参考答案第⼀章（p11）1.什么是应⼒？什么是应变？答：应⼒是试样单位横截⾯的拉⼒；应变是试样在应⼒作⽤下单位长度的伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最⼤载荷时，试样上有部分开始变细，出现了“缩颈”。
缩颈发⽣在拉伸曲线上bk段。
不是，塑性变形在产⽣缩颈现象前就已经发⽣，如果没有出现缩颈现象也不表⽰没有出现塑性变形。
4.布⽒硬度法和洛⽒硬度法各有什么优缺点？下列材料或零件通常采⽤哪种⽅法检查其硬度？库存钢材硬质合⾦⼑头锻件台虎钳钳⼝洛⽒硬度法测试简便，缺点是测量费时，且压痕较⼤，不适于成品检验。
布⽒硬度法测试值较稳定，准确度较洛⽒法⾼。
；迅速，因压痕⼩，不损伤零件，可⽤于成品检验。
其缺点是测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。
硬质合⾦⼑头，台虎钳钳⼝⽤洛⽒硬度法检验。
库存钢材和锻件⽤布⽒硬度法检验。
5.下列符号所表⽰的⼒学性能指标名称和含义是什么?σb抗拉强度它是指⾦属材料在拉断前所能承受的最⼤应⼒.σs屈服点它是指拉伸试样产⽣屈服时的应⼒。
σ2.0规定残余拉伸强度σ1-疲劳强度它是指⾦属材料在应⼒可经受⽆数次应⼒循环不发⽣疲劳断裂，此应⼒称为材料的疲劳强度。
σ应⼒它指试样单位横截⾯的拉⼒。
a K冲击韧度它是指⾦属材料断裂前吸收的变形能量的能⼒韧性。
HRC 洛⽒硬度它是指将⾦刚⽯圆锥体施以100N的初始压⼒，使得压头与试样始终保持紧密接触，然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。
以残余压痕深度计算其硬度值。
HBS 布⽒硬度它是指⽤钢球直径为10mm，载荷为3000N为压头测试出的⾦属的布⽒硬度。
HBW 布⽒硬度它是指以硬质合⾦球为压头的新型布⽒度计。
第⼆章（p23）(1)什么是“过冷现象”?过冷度指什么？答：实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度），这种线性称为“过冷”。
理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。
（2）⾦属的晶粒粗细对其⼒学性能有什么影响？细化晶粒的途径有哪些？答：⾦属的晶粒粗细对其⼒学性能有很⼤影响。
《金属塑性成形原理》习题集
《金属塑性成形原理》习题集第一章 金属的塑性和塑性变形1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。
如何提高金属的塑性？3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加应力？4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应力？8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何起润滑作用？第二章 应力应变分析1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有哪些方法？3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？ 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力？ 5．什么是等效应力？有何物理意义？6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态？ 7．什么是点的应变状态？如何表示点的应变状态？ 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量？ 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变？ 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义？11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系？其原因何在？ 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点？13． 已知物体中一点的应力分量为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=30758075050805050ij σ，试求方向余弦为21==m l ，21=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。
机械制造基础复习题
机械制造基础复习第一篇 金属材料的基本知识第一章 金属材料的主要性能1. 力学性能、强度、塑性、硬度的概念? 表示方法？力学性能: 材料在受到外力作用下所表现出来的性能。
如：强度、 塑性、 硬度 等。
（1）强度：材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。
○1屈服点σs (或屈服强度) : 试样产生屈服时的应力，单位MPa ；屈服点计算公式 0A F ss =σF s ——试样屈服时所承受的最大载荷，单位N ；A 0——试样原始截面积，单位mm 2。
○2抗拉强度σb ：试样在拉断前所能承受的最大应力。
抗拉强度计算公式0A F bb =σF b ——试样拉断前所承受的最大载荷(N)A 0——试样原始截面积( mm 2)（2）塑性：材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。
○1伸长率δ : 试样拉断后标距的伸长量ΔL 与原始标距L 0的百分比。
%10001⨯-=L L L δL 0——试样原始标距长度，mm ；L 1——试样拉断后的标距长度，mm 。
○2断面收缩率ψ : 试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积A 0的百分比。
%100010⨯-=A A A ψA 0——试样的原始横截面积，mm 2；A 1——试样拉断后，断口处横截面积，mm 2。
说明：δ、ψ值愈大，表明材料的塑性愈好。
（3）硬度：材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕、划痕的能力。
HBS 布氏硬度HB HBW常用测量硬度的方法 HRA洛氏硬度HR HRBHRC符号HBS 表示钢球压头测出的硬度值，如:120HBS 。
HBW 表示硬质合金球压头测出的硬度值。
HBS(W)＝压入载荷F （Ｎ）／压痕表面积（mm 2）布氏硬度的特点及应用：硬度压痕面积较大，硬度值比较稳定。
压痕较大，不适于成品检验。
通常用于测定灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。
洛氏硬度的特点及应用：测试简便、且压痕小，几乎不损伤工件表面，用于成品检验。
所测硬度值的重复性差。
材料成型工艺学3第三篇 金属塑性加工
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
纤维组织的稳定性很高, 不能用热处理方法加以消 除。只有经过锻压使金属变形, 才能改变其方向和形状。
为了获得具有最好力 学性能的零件, 在设计和 制造零件时, 都应使零件 在工作中产生的最大正应 力方向与纤维方向重合, 最大切应力方向与纤维方 向垂直。并使纤维分布与 零件的轮廓相符合, 尽量 使纤维组织不被切断。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
最小阻力定律： 塑性变形时金属各质点首先向阻力最小的方向移动。
变法 形线 功方 小向
§2 塑性变形对金属的组织和性能的影响
金属在常温下经过塑性变形后， 内部组织变化:
① 晶粒沿最大变形的方向伸长； ② 晶格与晶粒均发生扭曲；产生内应力； ③ 晶粒间产生碎晶。
变形速度↑↑→ 热效应现象↑→ 塑性 ↑ 、变形抗力↓ → 可锻性↑
3. 应力状态的影响
实践证明：
● 三个方向的应力中, 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 ● 同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的
变形抗力
第二章 锻 造
锻造：利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中 变形, 从而获得所需形状和尺寸的锻件, 这类 工艺方法称为锻造。
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；
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1040钢(0.4%C)
黄铜 黄铜 铜
1040钢 (0.4%C)
铜
冷塑性变形量，%
冷塑性变形量，%
冷塑性变形与性能关系
冷变形金属在加热时的组织和性能变化 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复 到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小, 不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力 增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。
2.1 金属塑性变形的实质
金属受到外力作用，内部必将产生应力，此应 力迫使原子离开原来的平衡位置，从而改变了 原子间的距离，使金属发生变形，引起原子位 能的增高，但处于高位能的原子具有返回原来 低位能的平衡位置的倾向。 这种除去外力后，金属完全恢复原状的变形， 称为弹性变形。
当外力增大到使金属的内应力超过该金属 的屈服点后，即使作用在物体上的外力取 消，金属的变形也不完全恢复，而产生一 部分永久变形，称为塑性变形。
现的组织称纤维组织。它 使钢产生各向异性。
使零件所受的最大拉应力
与纤维方向一致，最大切
应力与纤维方向垂直。
滚压成型后螺纹内部的纤维分布
实例：
当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉 头部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时 产生的切应力顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较 弱(如图示 )。 当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时(如 图示)，纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较 为有利，故螺钉质量较好。
材料性质的影响(内因)
化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金的可锻性好。 钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其 塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢 和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。 金属组织的影响
纯金属及固溶体 ( 如奥氏体 ) 的可锻性好。 碳化物 ( 如渗碳体 ) 的可锻性差。铸态柱状组织 和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的 可锻性好
再结晶温度的加工称为热变形。
轧制
模锻
拉拔
如 Fe 的再结晶温度为451℃，其在400℃ 以
下的加工仍为冷变形。
而 Pb (熔点为327℃) 的再结晶温度为-33℃，
则其在室温下的加工为热变形。
热变形时产生的加工硬化很快被再结晶产生
的软化所抵消，因而热变形不会带来加工硬
化效果。
3、纤维组织
（3）挤压
正挤压
反挤压
复合挤压
3、塑性变形方式
——锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔
（4）轧制
在旋转轧辊的压力下使坯料产生塑性变形的方法。
3、塑性变形方式
——锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔
（5）拉拔
将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成形为各种线 材、薄壁管材、特殊截面型材等。
一般常用的金属型材、板材、原材料，管材和线材 大都是通过轧制、挤压、拉拔等方法制成的。
1、金属塑性加工的定义
改变形状 金属坯料
产生
塑性变形
达到
改变尺寸 改善性能
外力
得到
毛坯 零件
又称为压力加工。
2、塑性成形加工的特点及应用
（1）特点 优点： a）与铸造相比：力学性能高，内部缺陷被压合， 晶粒显著细化。 ｂ)与切削加工比：材料的利用率和生产率高。 缺点： a) 形状不能太复杂 b) 坯料塑性要好 （2）应用 汽车、拖拉机、宇航、军工、电器、桥梁、建筑等
硬度下降，塑性、韧性
提高，加工硬化消失。
冷变形(变形量为38%)黄铜580º C 保温15分后的的再结晶组织
再结晶温度
再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始， 在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的 最低温度称再结晶温度。
纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系: T再（K）≈0.4T熔（K）
机械制造业中的许多毛坯或零件，特别是承重载荷 机件，如机床主轴、重要齿轮、连杆、炮管和枪管 等，通常采用锻造方法成形。
冲压广泛用于汽车、电器、仪表零件及日用品工业 方面。
第一章 金属塑性变形
塑性变形及随后的加热对金属材料组织 和性能有显著影响。了解塑性变形本质， 塑性变形及加热时组织的变化,有助于发 挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺。
加工条件的影响(外因) 变形温度的影响
在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能 升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。 若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低， 这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界 氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废， 这一现象称为“过烧”。 金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。 不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的 温度称终锻温度。
其实质是晶体内部产生滑移的结果。
单晶体受力后，外力
在任何晶面上都可分
解为正应力和切应力。
正应力只能引起弹性
变形。只有在切应力 的作用下金属晶体才 能产生塑性变形。
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
金属常以滑移方式发生塑性变形。 ㈠ 滑移
ห้องสมุดไป่ตู้
3、塑性变形方式
——锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔
（1）锻造
将金属坯料置于上下砧或锻模内，用冲击力 或压力使金属成形为各种型材和锻件等。
自由锻造
模锻
3、塑性变形方式
——锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔
（2）冲压
利用冲模在压力作用下将金属板料切离或变形的方法。
冲压成形
板料分离
3、塑性变形方式
——锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔 外力使金属坯料从挤压模孔挤出而成形为各种 型材、管材、零件等。
2.2 塑性变形组织和性能的影响
金属在常温下经过塑性变形后，内部组织 将发生变化： 1）晶粒沿最大变形的方向伸长； 2）晶格和晶粒均发生扭曲，产生内应力； 3）晶粒间产生碎晶。
碎晶和晶格畸变的出现，滑移阻 力增加，使得金属塑性变形抗力 增加，进一步塑性变形困难。
1、形变强化现象
随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高， 塑性、韧性下降的现象称冷变形强化或加工硬化。
铸造：第五章 特种铸造
p93
5.什么是离心铸造，它在圆筒形或圆环形铸件生产 中有哪些优点？ 8.某公司开发的新产品铸铝小连杆，请问： 试制样机时，该连杆宜采用什么方法？ 当年产量为1万件时，宜采用什么方法？ 当年产量超过10万件时，宜采用什么方法？
第三篇 金属的塑性加工
第一章 金属的塑性变形 第二章 锻造 第三章 板料冲压技术 第四节 特种塑性加工方法
2.什么是铸件的结构斜度？它与起模斜度有何不同？ 图示铸件的结构是否合理？应如何改正？ p81
答: 结构斜度是在零件图上 非加工表面设计的斜度， 一般斜度值比较大。拔模 斜度是在铸造工艺图上方 便起模，在垂直分型面的 各个侧面设计的工艺斜度， 一般斜度比较小。有结构 斜度的表面，不加拔模斜 度。
3、图示铸件大批量生产时，结构有何缺点？请改正？
热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大
的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均
匀、晶粒细化，力学性能提高。
变形拉长 的晶粒 再结晶晶 粒长大 再结晶完成
锻 压
热轧
再结晶晶 粒形核
粗晶粒材料
晶粒细而 均匀材料
热加工动态再结晶示意图
热加工使铸态金属中的非
吊 钩 金属夹杂沿变形方向拉长， 中 的 纤 形成彼此平行的宏观条纹， 维 组 称作流线，由这种流线体 织
670℃加热 铁素体变形80%
650℃加热
再结晶也是晶核形成和长
大的过程，但不是相变过 程，再结晶前后晶粒的晶 格类型和成分完全相同。
Al合金再结晶晶粒在原 变形组织晶界上形核
冷变形奥氏体不锈钢加 热时再结晶晶粒形核于 高密度位错基体上
由于再结晶后组织的复
原，因而金属的强度、
冷变形黄铜组织性能随温度的变化
结构修改如下：
6.为什么铸件要有结构圆角？图示铸件上哪些圆角不 够合理？应如何修改？
p81
答:结构圆角是为了保证铸造成形，避免砂型尖角损坏， 但有时会引起造型困难，如图中，分型面上设圆角不 合理，将分型面上圆角去掉，取直角。
7.下图所示的支架件在大批量生产中该如何改进其设 计才能使铸造工艺得以简化？
——晶格歪扭现 象消失的过程。
T回复=0.25~0.3T熔
(a)塑性变形后的组织 (b)金属回复后的组织 (c)再结晶组织
(2) 再结晶 当变形金属被加热到较高 温度时，金属原子获得更 多的热能，使塑性变形后 金属被拉长的晶粒重新生 核、结晶，变为与变形前 晶格结构相同的新等轴晶 粒，这一过程称为再结晶。
黄 铜
加热温度 ℃
• (1) 回复
• 在加热温度较低时，因原子活动能力增强，使原子回 复到平衡位置，晶内残余应力大大减小，这种现象称 为回复。回复不改变晶粒形状。 • 金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些 变化。如空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号 位错相遇合并而使缺陷数量减少等。 回复 recovery
p81
尽量避免铸件起模方 向存有外部侧凹，以 便于起模。
9.试用内接圆方法确定下图所示铸件的热节部位？在 保证尺寸H的前提下如何使铸件的壁厚尽量均匀？
p81
答: 图a)所示是该铸件热节部位，图b)所示是在保证尺寸H 和孔径的前提下，为使铸件的壁厚尽量均匀而进行的修改。
10.分析下图中砂箱箱带的两种结构各有何优缺点？ 为什么？ p81 a：结构简单，但交叉 接头处热节较大，易产 生缩孔、缩松和裂纹。 b：交错接头的热节较 小，可缓解内应力，抗 裂性较好，但结构较复 杂。