金属冷变形机理
冷挤压成型的原理
冷挤压成型的原理冷挤压成型是一种常见的金属成形加工方法，通过在常温下将金属材料加压塑性变形，使其通过预设的模具形成所需形状。
冷挤压成型通常用于生产高精度、复杂形状的零件和轴类零件。
下面将详细介绍冷挤压成型的原理及其过程。
冷挤压成型的原理基于金属在常温下的塑性变形性质。
金属材料在受到应力的作用下，会发生塑性变形，通过逐渐增加外力，金属材料内部的晶粒发生位移和滑动，最终达到塑性变形。
冷挤压成型利用了金属材料塑性变形的特性，通过外力的施加，将金属材料挤压至模具的形状中，从而得到所需的零件形状。
冷挤压成型的过程一般包括以下几个主要步骤：1. 材料准备：选取适合的金属材料进行冷挤压成型，通常选择具有良好塑性的材料，如铝合金、铜合金等。
2. 模具设计与制造：根据零件的形状和尺寸，设计和制造适用的模具。
模具的形状决定了最终零件的形状，模具的材质一般选用高硬度和耐磨损的工具钢。
3. 加压与挤压：将预热的金属材料放入冷挤压机中，通过液压装置施加高压力力，将金属材料挤压至模具的形状中。
挤压的过程中，金属材料会发生塑性变形，逐渐填满模具的空腔。
4. 精加工与处理：冷挤压成型得到的零件通常需要进行后续的精加工和热处理。
精加工可以包括切割、修整、表面处理等，以得到最终所需的精度和质量。
热处理可以改变零件的组织结构和性能，提高其强度和耐磨性等特性。
冷挤压成型的优点主要有以下几点：1. 高精度：冷挤压成型可以生产高精度的零件，在成形过程中几乎不会产生撕裂、裂纹和疲劳等问题，确保零件的尺寸和形状精度。
2. 高效率：冷挤压成型可以快速达到所需形状，减少了后续热处理的时间和工序。
3. 节约材料：冷挤压成型可以最大限度地利用原材料，减少废料产生，提高材料的使用效率。
4. 节约能源：冷挤压成型是在常温下进行的，相比热挤压成型，不需要加热材料，节约了能源消耗。
5. 增加材料强度：通过冷挤压成型，可以使金属材料的晶粒发生位移和滑动，进而改变其晶界结构，提高材料的强度和硬度。
冷塑变形的名词解释
冷塑变形的名词解释冷塑变形是一种工艺过程，通过冷加工方式改变金属材料的形状和性能。
与热塑变形不同，冷塑变形在常温下进行，不需要高温加热，也不产生熔化和液态变化。
这种方式的应用广泛，可以用于生产各种金属制品，包括金属件、管材和线材等。
1. 冷塑变形的原理和优势冷塑变形利用机械力的作用，在金属表面施加压力，使其形态发生改变。
金属的变形过程涉及晶体结构的变化和原子间的位移。
通过压力作用，金属内部的晶体结构发生滑移、滚动和重构，从而实现形状的改变。
与热塑变形相比，冷塑变形具有以下优势：a. 保留金属的力学性能：由于冷塑变形在常温下进行，金属的晶体结构不会破坏，原子之间的结合力保持良好，因此制成的金属制品具有较高的强度和硬度。
b. 精度高：冷塑变形可以在更低的温度下进行，原材料热膨胀系数小，热变形引起的尺寸误差较小，可以制造出更精确的金属制品。
c. 节省能源和成本：冷塑变形不需要加热设备和高温条件，不仅节省了能源，还降低了生产成本。
同时，冷加工还可以降低生产过程中的杂质含量和氧化层的生成，减少了后续的处理工序。
2. 冷拉伸和冷压缩冷塑变形的主要形式包括冷拉伸和冷压缩。
这两种方式都是通过施加外力使材料形状改变，但应用场景和特点有所不同。
冷拉伸是将金属材料拉伸至一定长度，从而使断面积变小而长度增加。
冷拉伸适用于制造丝材、钢丝绳和金属线等。
在冷拉伸过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，断面出现颈缩现象，形成较高的拉伸强度和延展性。
冷压缩是将金属材料压缩成特定形状，适用于制造金属板材、管材和型材等。
冷压缩过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，在特定模具的作用下，使金属原料形成所需的形状和尺寸。
压缩过程中，材料的宽度和厚度均发生变化，所以冷压缩可用于制造曲线形状和复杂几何结构的金属制品。
3. 冷塑变形的应用冷塑变形广泛应用于各个行业的生产制造过程中。
以下列举几个主要的应用领域：a. 汽车工业：冷塑变形被广泛应用于汽车行业，用于生产汽车车身结构件、底盘部件和发动机零部件。
第三章金属冷塑性变形解析ppt课件
式中常数c-0.5 2、储存能与亚结构的关系
ED
s
R
或
ED
K
D
式中常数α-1.5，K是常数
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3、储存能与取向的关系 E110>E111>E112>E100
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3.2 金属组织结构的变化
• 金属塑性变形的物理实质基本上就是位错的运动， 位错运动的结果就产生了塑性变形。
• 在位错的运动过程中，位错、溶质原子、间隙位 置原子、空位、第二相质点都会发生相互作用， 引起位错的数量、分布和组态的变化。从微观角 度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中 或变形后的主要变化。
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
体心立方晶格金属最主要的择优取向是轧制平 面内的立方体平面{001}<110>，而且还有其它织 构类型，如{112}<110>和{111}<112>。
密排六方晶格金属通常会使底面平行于轧制平 面和密排方向<11-20>平行于轧制方向。
纯银在轧制期间形成一个{110}<112>简单织构， 这种织构称为“黄铜”织构。
织构的形成是与温度有关的。提高变形温度，促 进铜型织构而不利于黄铜型织构，以致于堆垛层错 能很低的金属或合金，仅当提高温度（如达到 0.5TM）时，才能保持黄铜织构。
冷变形后金属的变化
冷变形后金属的变化
金属在冷变形后，组织和性能会发生一系列变化。
具体来说，随着冷变形程度的增加，金属的强度和硬度会上升，而塑性和韧性会下降。
这是因为在冷变形过程中，金属内
部的晶格结构会发生扭曲，产生大量的晶体缺陷，如位错和畸变，这些缺陷会导致金
属的强化。
同时，由于冷变形过程中金属的晶粒被拉长、破碎和细化，导致金属的塑
性和韧性下降。
此外，冷变形后的金属在加热时，组织和性能也会发生变化。
具体来说，随着温度的
升高，原子扩散能力增加，金属将经历回复、再结晶和晶粒长大等过程。
在回复阶段，金属中的位错和空位等缺陷会重新排列，形成较为稳定的晶格结构，导致金属的力学
性能变化不大，但塑性略有提高。
当温度继续升高，金属将发生再结晶，形成新的等
轴晶粒组织。
在这个过程中，金属的强度和硬度会进一步上升，而塑性和韧性会明显
改善。
金属在冷变形后组织和性能会发生变化，具体变化程度取决于变形程度和加热温度等
因素。
了解这些变化对于材料的加工、选材和应用都具有重要意义。
钢材的冷作硬化名词解释
钢材的冷作硬化名词解释冷作硬化，也被称为塑性变形硬化，是指在常温下通过塑性变形来增强钢材的硬度和强度的现象。
在钢材的生产过程中，常会经历冷轧、压延、拉伸等工艺，这些过程会引起钢材的冷作硬化。
本文将从冷作硬化的机理、影响因素和应用等方面进行解释。
一、冷作硬化的机理在常温下，当钢材受到外力的塑性变形时，原子和晶粒之间的结构发生变化，产生了位错。
位错是晶体中原子位置的偏移，它可以看作是晶体中的一个“缺陷”。
在塑性变形过程中，位错增加，随着位错的累积，晶体的内部结构发生了明显改变，这就是冷作硬化的机理。
冷作硬化的机理可以归结为两个方面：第一，位错对晶体的阻力。
位错使晶体内部结构变得复杂，阻碍了晶体中原子的滑移，从而增强了钢材的硬度和强度。
第二，位错堆积引起的晶界位错。
位错的堆积会导致晶界周围存在高密度的位错，进而限制了位错的移动，增加了钢材的硬度。
二、冷作硬化的影响因素冷作硬化的程度和效果受到多种因素的影响，主要包括塑性变形量、变形速率和冷变形温度等。
1. 塑性变形量：塑性变形量指的是钢材受到的变形程度。
一般来说，塑性变形量越大，冷作硬化的效果就越显著。
因为较大的变形量会导致位错增加更多，晶体结构的变化也会更明显，从而提高钢材的硬度。
2. 变形速率：变形速率指的是钢材受到塑性变形的速度。
当变形速率较高时，钢材的冷作硬化效果更好。
这是因为较快的变形速率可以增加位错的产生和堆积，使钢材的内部结构更加复杂，从而提高了硬度和强度。
3. 冷变形温度：冷变形温度指的是钢材在进行冷作硬化时的温度。
一般来说，较低的温度有利于冷作硬化的效果。
低温下，原子的运动能力降低，位错的移动受到限制，从而增加了位错的累积和晶界周围的位错密度，提高钢材的硬度。
三、冷作硬化的应用冷作硬化是一种常用的工艺方法，广泛应用于制造业的各个领域。
特别是在金属材料的生产和加工过程中，冷作硬化发挥了重要的作用。
1. 冷轧钢板：冷轧是一种常见的钢材冷作硬化工艺。
冷成型技术
冷成型技术1. 简介冷成型技术是一种常见的金属加工方法，通过在室温下对金属材料进行塑性变形来制造各种零件和产品。
相比于热成型技术，冷成型具有更低的能耗、更高的生产效率和更好的产品质量。
本文将详细介绍冷成型技术的原理、工艺流程、应用领域以及发展趋势。
2. 原理冷成型技术基于金属材料在室温下具有一定的塑性，可以通过外力施加使其发生可逆形变和不可逆形变。
主要原理如下：•可逆形变：当外力作用于金属材料时，其晶格结构会发生弹性变形，即金属材料会恢复到没有外力作用时的初始状态。
•不可逆形变：当外力超过一定程度时，金属材料会出现塑性变形，即晶格结构发生永久改变。
基于以上原理，冷成型技术利用机械设备施加力量来使金属材料发生塑性变形，并通过模具来控制和定型成所需形状。
3. 工艺流程冷成型技术的工艺流程主要包括以下几个步骤：3.1 材料准备首先需要选择合适的金属材料作为原料，常见的有铝、铜、钢等。
根据产品要求，对材料进行切割或切割成合适的尺寸和形状，以便后续加工。
3.2 模具设计与制造根据产品的形状和尺寸要求，设计并制造相应的模具。
模具通常由硬质材料（如钢）制成，以保证其耐用性和精度。
3.3 冷成型加工将材料放置在冷成型机床上，并将模具安装在机床上。
通过控制机床运动和施加力量，使得金属材料在模具的作用下发生塑性变形。
冷成型可以采用单向拉伸、压缩、弯曲、冲压等不同方式进行。
3.4 后处理冷成型完成后，通常需要进行一些后处理操作，如去除余边、修整边缘等。
此外，还可以对产品进行表面处理（如涂层、镀膜等）以提高其防腐性和美观度。
4. 应用领域冷成型技术在许多领域都有广泛的应用，其中包括但不限于以下几个方面：4.1 汽车工业冷成型技术可以用于制造汽车零部件，如车身、车门、引擎罩等。
它可以提供高精度和高强度的产品，并能够满足汽车工业对质量和效率的要求。
4.2 家电行业冷成型技术可用于制造家电产品，如冰箱、洗衣机、空调等。
通过冷成型，可以生产出外形精美、耐用且符合设计要求的产品。
冷变形金属的组织和性能
再结晶
三 再结晶温度
3 影响因素 变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；
纯度越高，再结晶温度越低；
再结晶
四 影响再结晶的因素
1 退火温度。温度越高，再结晶速度越大。 2 变形量。变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶温
度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。 4 微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 5 第二分散相。间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核
力学性能：利:深冲板材变形控制;弊：制耳。
物理性能:硅钢片{100}[001]织构可减少铁损。
P351 高斯织构为（011）[100]
３ 形成位错胞
３ 形成位错胞
变形量 位错缠结 位错胞
f 0 kd1
（大量位错缠结在胞壁，胞内位错密度低。)
冷变形金属在加热时的组织和性能的 变化
冷变形金属在加热时的组织和性能的 变化
3 消除：去应力退火。
6h
塑性变形对材料组织的影响
塑性变形对材料组织的影响
1 形成纤维组织 晶粒拉长;杂质呈细带状或链状分布。
对材料性能的影响：各向异性
２形成形变织构
２形成形变织构
形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优 取向的组织。
类型：
丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成） 板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平
▪ 1 固溶强化的机理 ▪ 2． 试用位错理论解释低碳钢的屈服和应变
时效。举例说明吕德斯带对工业生产的影响 及防止办法。
▪ 3 弥散强化的机理
北科大材科基实验金属冷变形
金属材料冷变形与退火过程的组织和性能分析张问作为对于力作用的响应，材料发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。
根据除去载荷后材料是否恢复到原始形状和尺寸，变形由可分为弹性变形和索性百年行。
本实验进行观察的是塑性变形对材料微观组织和力学性能的影响规律，且仅涉及在低于材料再结晶温度的条件下以滑移、孪生等基本形式发生的塑性变形，因为材料冷变形所引起的组织结构变化和力学性能变化可以在变形后保留下来。
首先，冷形变导致晶粒组织呈现方向性，且其程度随变形量的增大而增大。
在形变前显微组织为等轴晶粒，经受较大程度的方向性形变后则导致晶粒沿受力方向伸展，变形程度越大则晶粒被拉得越长。
当变形程度很大时，晶粒不但被拉长，晶粒内部还会被许多的滑移带分割成细的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。
通过对本实验中冷形变后的一组纯铁金相样品以及冷变形黄铜未退火样品的光学显微镜观察可以容易地证实这一点。
而对于冷形变材料中晶体缺陷密度的增大和变化等的观测，光学显微镜是无能为力的；若确实必须进行观测，则需要电子显微镜及其它研究手段才行。
冷变形导致的形变织构的形成等重要微观组织变化特征研究，则更超出了本实验的观测与讨论范围。
1 实验材料及方法1.1实验材料α-Fe:经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形样品各1块，均为经化学浸蚀好的金相样品（光学显微镜观察用），浸蚀剂：4%硝酸酒精。
另备经退火并电解抛光后常温微量变形的α-Fe样品1块，变形后不浸蚀。
Al：经退火和电解抛光后常温微量变形的Al片1组;(变形后不抛磨、不浸蚀)。
Zn：经常温变形且经化学浸蚀好的金相样品1块。
浸蚀剂：HNO3:HCl=1:1。
（光学显微镜观察用）纯Cu：经0%、20%、40%、60%常温变形样品各1块（测量变形量与硬度的对应曲线用）。
金相显微镜，TH320全洛氏硬度计1.2实验方法用金相显微镜直接观察经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形的α-Fe，常温变形的Zn，电解抛光后拉伸的Al。
冷加工硬化名词解释
冷加工硬化名词解释
冷加工硬化（Cold（Work（Hardening），也被称为冷加工强化、冷加工变形或冷变形硬化，是一种固态变形过程，指的是通过在低温下对金属材料进行塑性变形，以增加其硬度和强度的过程。
冷加工硬化的原理是通过机械变形来改变金属晶粒的排列结构，从而增强金属材料的物理性能，尤其是硬度和强度。
这种方法是在室温或较低温度下进行的，与热加工相比，不需要高温，因此被称为（ 冷加工”。
在冷加工硬化过程中，金属材料经历了塑性变形，例如轧制、拉伸、挤压、冷锻等。
这些变形会导致晶粒的扭曲和滑移，形成了一种新的晶粒排列结构，称为 位错”。
这些位错会阻碍晶粒的滑移和相互滑动，从而提高了材料的硬度和强度。
不过，冷加工硬化也可能导致材料的脆性增加和延展性降低。
冷加工硬化在金属材料加工和制造领域中具有广泛的应用，特别是用于生产需要更高强度和硬度的金属零件或组件。
然而，需要注意的是，冷加工硬化不是一种永久性的改变，金属材料在后续加热处理过程中可以恢复部分原始的塑性。
1/ 1。
金属的冷变形和热变形的含义和特点
金属的冷变形和热变形的含义和特点
金属的变形主要分为冷变形和热变形两类。
这两种变形方式在含义和特点上有着显著的区别。
首先，冷变形是指在室温下进行的金属变形。
由于变形过程中不涉及温度的显著变化，金属内部的晶体结构不会发生显著的改变。
因此，冷变形后的金属强度和硬度通常会有所提高，但塑性和韧性可能会降低。
此外，由于冷变形过程中金属内部产生的应力可能无法完全消除，因此可能会导致金属在变形后出现残余应力，从而影响金属的疲劳性能和使用寿命。
与之相反，热变形是指在高温度下进行的金属变形。
在这个过程中，金属内部的晶体结构会发生重排，产生新的晶体形态，这种过程被称为热加工或热变形。
由于热变形过程中金属内部晶体结构的改变，热变形后的金属往往具有更好的塑性和韧性，同时强度和硬度也有所提高。
此外，由于热变形过程中金属内部的应力可以得到一定程度的释放，因此热变形后的金属残余应力相对较小，对金属的疲劳性能和使用寿命的影响也较小。
总的来说，冷变形和热变形是金属加工中两种重要的变形方式。
它们在含义和特点上有着显著的区别，选择哪种方式主要取决于具体的加工需求和应用场景。
金属材料冷热不均变形的原因
金属材料冷热不均变形的原因主要有以下几点：
1. 热胀冷缩：金属在受热时会膨胀，受冷时会收缩，当金属材料的一部分受热或受冷时，由于温度的不均匀分布，会导致金属材料的冷热不均变形。
2. 内部应力：金属材料在加工或使用过程中会产生内部应力，当金属材料受热或受冷时，内部应力会导致金属材料发生形变。
3. 结构不均匀：金属材料的结构不均匀也会导致冷热不均变形，例如金属材料中存在晶粒大小差异、组织不均匀等情况，会使金属材料在受热或受冷时出现不均匀的变形。
4. 外部约束：金属材料在受热或受冷时，如果受到外部约束限制，会导致金属材料的冷热不均变形，例如在焊接过程中，焊接点受热后会产生热变形，如果受到外部约束，则会导致焊接点出现形变。
2-1 金属冷态下的塑性变形
塑性成形的金属材料绝大部分是多晶体，其变形过程较单晶体的复杂得 多，这主要是与多晶体的结构特点有关。 多晶体：由许多大小、形状和位向都不同的晶粒组成，晶粒之间存在晶 界 。变形的不均匀性和各晶粒变形的相互协调性是其变形的主要特点。
单晶体与多晶体
金属塑性成形原理
大角晶界
亚晶界
小角晶界
滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显！ 滑移面对温度具有敏感性,高温下可能出现新的滑移系,塑性增加.
金属塑性成形原理
滑移是金属的一部分相对于另一部分沿滑移面和滑移方向的剪切变形，需要一定的驱 动力来克服滑移运动的阻力，这个驱动力即是外力在滑移面、滑移方向作用的切应力 分量。当此分切应力的数值达到一定大小时，晶体在这个滑移系统上进行滑移。 临界切应力：能引起滑移的这个切应力分量，以τk表示。
最容易发生交滑移的是体心立方金属，因其可以在{110}{112}{123}晶面上 滑移，而滑移方向总是[111]
单滑移
多滑移
交滑移
2．孪生
孪生变形：在切应力作用下晶 体的一部分相对于另一部分沿 一定晶面(孪生面)和晶向(孪生 方向)发生切变的变形过程。
发生切变、位向改变的这一 部分晶体称为孪晶。孪晶与未 变形部分晶体原子分布形成对 称。
cos cos
取向因子
软取向：=0.5或接近于0.5的取向（==45） 硬取向：=0或接近于0的取向（ φ=90,λ=0或φ=0,λ=90 ）
注：单晶体的临界切应力，跟取向无关，不随取向因子的变化而变化
金属塑性成形原理
练习题：P56 第2题 设有一简单立方结构的双晶体，该金属的滑移系是{100}<100>， 在应力作用下，哪个晶体首先滑移？为什么？
冷、热变形金属的组织与性能变化
苏铁健1. 冷变形金属的组织变化（1）点缺陷（空位）密度增加位错在外力作用下攀移的结果；（2）位错密度增加金属塑性变形时，位错源在外力作用下不断产生新的位错；（3）晶粒碎化塑性变形足够大时，出现位错缠结并进一步发展形成位错胞结构（中心位错密度低，胞壁处位错密度很高），使得晶粒分割成很多极小的碎块，称为晶粒碎化；剧烈冷变形金属中的位错胞（4）纤维组织随着变形量增加，晶粒沿着最大变形方向伸长，最后成为细条状，这种变形组织称为纤维组织；（5）变形织构塑性变形量足够大时，各软取向晶粒逐渐转向为硬取向晶粒，各晶粒的取向逐渐趋向一致，这种组织称为变形织构。
变形前变形后的纤维组织变形织构1）加工硬化金属随着变形量增加，其强度与硬度增加，塑性降低的现象。
原因：塑性变形中位错密度和点缺陷密度增加，使得位错滑移更为困难；软取向晶粒朝着硬取向变化。
加工硬化是不能用热处理强化的金属材料（如奥氏体不锈钢制品）提高强度的主要途径。
2）产生残余应力塑性变形在宏观和微观上的不均匀性，造成卸载后仍在其内部留存应力，称为残余应力。
根据其作用范围大小分为：宏观残余应力（第一类残余应力）遍及整个材料微观残余应力（第二类残余应力）晶粒尺度点阵畸变（第三类残余应力）晶粒内部第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。
而第一、二类内应力一般都使金属强度降低。
3）出现各向异性塑性变形产生的各晶粒取向趋于一致的组织，即变形织构，导致其力学、物理等性能呈现方向性（不同方向性能不同）。
板料的织构使板料沿不同方向变形不均匀，冲压成的零件边缘出现凹凸不平的形状，称为制耳现象。
板料冲压件的制耳现象4）物理、化学变化电阻率提高；密度下降；耐蚀性降低。
加热会增强原子的活动能力，使金属的组织和性能会通过回复、再结晶等一系列变化过程重新回到冷变形前的状态。
1）回复组织变化——加热温度较低时，原子将获得一定扩散能力。
通过原子的扩散，点缺陷密度下降，位错形成亚晶界。
冷变形强化的机理及在生产中的实际应用
冷变形强化的机理及在生产中的实际应用辽宁工程技术大学材料科学与工程学院邮编123000摘要随着机械加工工业的发展，生产中依靠冷作模制造的零件越来越多，使用的冷变形模具种类越来越多。
冷体积模锻（冷镦、冷挤压、压印等）；板料冲压（如拉伸、落料、切边、冲孔等）；材料轧制（冷轧、轧轮成型等）。
虽然冷变形模具的种类繁多，工作条件不一，性能要求也有所不同，但基础工作情况相近：即均在冷状态下使金属变形，工作时承受较大的剪切力、压力、弯曲力、冲击力和摩擦力。
关键字冷变形模锻轧制引言冷变形强化也称冷作强化，如铁板在经过冷作加工后会明显变硬，这是因为冷作加工后组织紧密所致，但有些冷作加工后的材料要经过低温回火处理，否则强度要打折扣，8毫米以下的中、高碳钢丝冷作加工后必须要低温回火（也称定型处理），不然的话他冷作加工后的内应力会使强度和屈服极限大大降低金属在室温下的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。
加工硬化是指塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发生交割，位错的运动受到阻碍，使金属产生加工硬化。
加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。
内应力即塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力。
残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。
各向异性是金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。
各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。
当变形量很大(如70%或更大)而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。
沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。
当金属在热态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金属仍有各向异性。
金属的冷变形和热变形的含义和特点。
一、金属的冷变形和热变形的含义金属的变形是指通过外力使金属产生形状、尺寸或结构上的改变。
金属的变形可以分为冷变形和热变形两种类型。
冷变形是指在常温下进行金属加工，而热变形则是在高温下对金属进行加工。
两者各有其特点和应用范围，对于金属加工工艺具有重要意义。
二、冷变形的特点1. 需要较大的变形压力：在常温下，金属的变形抗力较大，需要较大的变形压力才能使金属发生塑性变形。
冷变形通常需要采用较大的压力设备，如压力机、滚压机等。
2. 变形后金属强度提高：冷变形可以使金属晶粒细化并产生变形硬化效应，提高金属的强度和硬度。
在一些对强度要求较高的零部件制造中，常采用冷变形工艺来提高材料的性能。
3. 变形过程产生热量少：冷变形过程中，由于变形速度较快，变形所产生的热量较少，大部分会随着金属的散热而失去，因此变形温度相对稳定。
4. 加工硬化效应明显：在冷变形过程中，金属材料会产生加工硬化现象，使材料的强度和硬度得到提高。
冷变形还会改善金属材料的力学性能和物理性能，提高材料的综合性能。
三、热变形的特点1. 变形易：在高温下，金属材料的塑性较好，变形抗力较小，因此比冷变形更容易进行金属加工。
通过热变形可以得到复杂形状的零部件，提高产品的精密度和成型性。
2. 变形后金属强度降低：热变形会使金属晶粒得到再结晶，使材料的强度和硬度降低，但同时也改善了金属材料的延展性和韧性，提高材料的成形性能。
3. 变形过程产生大量热量：在高温下进行金属加工时，金属的变形会产生大量的热量，需要及时采取降温措施对金属进行冷却，以防止过热和热裂现象的发生。
4. 加工硬化效应不明显：在热变形过程中，金属材料的加工硬化效应较小，因此通常需要通过热处理等方法来提高材料的强度和硬度，以满足实际使用要求。
四、冷变形与热变形的应用领域1. 冷变形在精密五金加工、汽车零部件制造、航空航天制造等领域得到广泛应用，可以有效提高产品的强度和硬度，提高零部件的精密度和表面质量。
说明金属在冷变形,回复,再结晶及晶粒长大各阶段
金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段一、金属冷变形1. 什么是金属冷变形？金属冷变形是指在室温或较低温度下对金属材料进行塑性加工，以改变其形状或尺寸的过程。
常见的冷变形工艺包括冷拔、冷轧、冷锻等。
2. 冷变形的影响冷变形可以显著提高金属材料的强度和硬度，同时可以改善其力学性能和组织结构。
但冷变形也会导致金属材料产生晶界滑移、位错堆积、析出等微观结构变化，从而影响其综合性能。
二、金属回复1. 什么是金属回复？金属回复是指在冷变形后，应力减小或消除，导致金属材料产生一定程度的弹性恢复的过程。
回复过程主要表现为晶格疲劳裂纹的原子扩散，以及位错消失和减少。
2. 回复的影响金属回复过程可以使金属材料的内应力得到释放，从而降低材料的脆性，提高其韧性和塑性。
回复还可以减小金属材料的形变硬化，有利于后续的再结晶处理。
三、金属再结晶1. 什么是金属再结晶？金属再结晶是指在冷变形后，当金属材料达到一定程度的应变累积后，晶粒开始发生变形重组，并形成新的细小晶粒，以消除原来的应变能量积累的过程。
再结晶是一种发生在高温下的晶界迁移和新晶核形成的过程。
2. 再结晶的影响再结晶可以消除金属材料变形后产生的应力和位错，从而恢复其初始的塑性和韧性。
再结晶还可以改善金属材料的晶粒结构和晶内组织，提高其综合力学性能和加工性能。
四、晶粒长大1. 什么是晶粒长大？晶粒长大是指再结晶后的金属材料，在较高温度下，晶界迁移和晶粒体积增长，有的晶粒消失，有的晶粒长大的过程。
晶粒长大的主要机制有晶界扩散、声生长和弯曲扩张。
2. 晶粒长大的影响晶粒长大会导致材料的晶粒尺寸增大，影响了金属材料的力学性能、热稳定性和加工性能。
在材料的热处理过程中，需要控制晶粒长大，以保证材料具有良好的综合性能。
结语通过对金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的过程及影响进行了解，有助于加深对金属材料内部组织和性能变化的认识，为金属材料的加工和应用提供了重要的理论基础和指导意见。
金属的冷变形强化、回复和再结晶
在临界变形速度 C之后，消耗于金属塑性变 形的能量转化为热能，即热效应。由于热效应的 作用，使金属温度升高，塑性上升，变形抗力减 小，金属易锻压加工。
3．应力状态 挤压时金属三个方向承受压应力，如图11-89a所示 。在压应力的作用下，金属呈现出很高的塑性。拉拔时 金属呈两向压应力和一向拉应力状态，如图 11-8b 所示 。拉应力易使金属内部的缺陷处产生应力集中，增加金 属 破 裂 倾 向 ， 表 现 出 金 属 的 塑 性 下 降 。
机械制造基础
第十一章
二、金属的冷变形强化、回复和再结晶
(一) 金属的加工硬化（冷变形强化） 金属在低温下进行塑性变形时，随着 变形程度的增加，金属的硬度和强度升高 ，而塑性、韧性下降，这种现象称为金属 的冷变形强化或加工硬化。
冷变形强化是强化金属的重要途径之一，尤其是对 一些不能用热处理强化的金属材料显得特别重要，如 低碳钢、纯铜、防锈铝、镍铬不锈钢等，可通过冷轧 、冷挤、冷拔、冷冲压等方法来提高金属强度、硬度 。
机械制造基础
第十一章
(二) 锻造比 锻造比是表示金属变形程度大小的参数。具体计算如下： y拔长 = S0／S（视频） y镦粗 = H0／H（视频） 式中 S0、S —— 拔长前、后金属坯料的横截面积； H0、H —— 镦粗前、后金属坯料的高度； 锻造比越大，热变形程度也越大，热加工流线也越明显， 其金属组织、性能改善越明显。
实验三冷变形强化及再结晶
实验三冷变形强化及再结晶一、实验目的1.熟悉金属经冷塑性变形后组织与硬度的变化。
2.掌握冷变形强化和再结晶的概念。
3.了解冷变形金属经回复、再结晶后的组织与性能的变化。
二、实验原理1.冷变形强化金属在外力作用下，将发生尺寸及形状的改变，即变形。
变形一般包括弹性变形和塑性变形两种。
弹性变形是可逆的，当外力去除后，变形可完全恢复；塑性变形是不可逆的，当外力去除后，仍有残留变形。
金属进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，而其塑性和韧性下降的现象称为冷变形强化（也称为加工硬化）。
产生冷变形强化的原因，通常被认为在塑性变形过程中，随变形量的增加，位错密度增加，并发生一系列交互作用，使位错运动受阻；同时晶粒也会出现破碎，变成细条状，晶界变得模糊不清，形成所谓的"纤维组织"。
金属的变形程度愈大，位错密度愈高，位错运动的阻力愈大，塑性变形抗力也愈大，则其强度和硬度升高，而塑性韧性下降。
冷变形强化在实际生产中具有重要的意义。
首先这是一种重要的强化材料的手段，尤其对用热处理不能强化的材料来说，显得更为重要。
其次，冷变形强化有利于金属的变形均匀。
因为金属的变形部分产生硬化，将使变形向未变形或变形较少的部分继续发展。
第三，冷变形强化可以提高构件在使用过程中的安全性，构件一旦超载，产生塑性变形，由于强化作用，可防止构件突然断裂。
但是，冷变形强化也给金属的继续变形带来困难，甚至出现裂纹。
因此，在金属变形和加工过程中常进行"中间退火"，以消除它的不利影响。
2.再结晶金属在低温下进行塑性变形，产生的冷变形强化是一种不稳定的组织状态，具有自发地回复到稳定状态的倾向，但在室温下不易实现。
经重新加热，原子获得热能，运动加剧，其组织和性能会发生一系列的变化。
随加热温度的升高，冷变形金属相继发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。
1）回复冷变形金属当加热温度较低时，其原子活动能力不大，变形金属的组织没有显著变化。
北科大材科基实验金属冷变形
金属材料冷变形与退火过程的组织和性能分析张问作为对于力作用的响应，材料发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。
根据除去载荷后材料是否恢复到原始形状和尺寸，变形由可分为弹性变形和索性百年行。
本实验进行观察的是塑性变形对材料微观组织和力学性能的影响规律，且仅涉及在低于材料再结晶温度的条件下以滑移、孪生等基本形式发生的塑性变形，因为材料冷变形所引起的组织结构变化和力学性能变化可以在变形后保留下来。
首先，冷形变导致晶粒组织呈现方向性，且其程度随变形量的增大而增大。
在形变前显微组织为等轴晶粒，经受较大程度的方向性形变后则导致晶粒沿受力方向伸展，变形程度越大则晶粒被拉得越长。
当变形程度很大时，晶粒不但被拉长，晶粒内部还会被许多的滑移带分割成细的小块，晶界与滑移带分辨不清，呈纤维状组织。
通过对本实验中冷形变后的一组纯铁金相样品以及冷变形黄铜未退火样品的光学显微镜观察可以容易地证实这一点。
而对于冷形变材料中晶体缺陷密度的增大和变化等的观测，光学显微镜是无能为力的；若确实必须进行观测，则需要电子显微镜及其它研究手段才行。
冷变形导致的形变织构的形成等重要微观组织变化特征研究，则更超出了本实验的观测与讨论范围。
1 实验材料及方法1.1实验材料α-Fe:经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形样品各1块，均为经化学浸蚀好的金相样品（光学显微镜观察用），浸蚀剂：4%硝酸酒精。
另备经退火并电解抛光后常温微量变形的α-Fe样品1块，变形后不浸蚀。
Al：经退火和电解抛光后常温微量变形的Al片1组;(变形后不抛磨、不浸蚀)。
Zn：经常温变形且经化学浸蚀好的金相样品1块。
浸蚀剂：HNO3:HCl=1:1。
（光学显微镜观察用）纯Cu：经0%、20%、40%、60%常温变形样品各1块（测量变形量与硬度的对应曲线用）。
金相显微镜，TH320全洛氏硬度计1.2实验方法用金相显微镜直接观察经0%、20%、40%、60%常温变形和经低温高速冲击变形的α-Fe，常温变形的Zn，电解抛光后拉伸的Al。
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金属冷变形的基本理论
1.3.3 冲压成形过程中变形趋向性及其控制
1、变形趋向性(如图1.3.3) 弱区必先变形，变形区应为弱区
2、变形趋向性的控制 ﹡ 改变坯料各部分的相对尺寸
﹡改变模具工作部分的几何形状和尺寸 ﹡改变坯料和模具之间的摩擦阻力
金属冷变形的基本理论
1.1.5金属塑性变形对组织和性能的影响
晶粒形状和方位变化； 产生应力； 产生加工硬化。 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图1.1.1 晶体变形
图1.1.2多晶体的塑 性变形
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.2 塑性变形的力学基础
外力 模具 毛坯 内力 零件
1.2.1 点的应力与应变状态
１.应力：内力的强度，用σ表示。 2.点的应力状态(如图1.2.1) 3.应
4.点的应变状态 空间一点无论受多少个力，都可简化为九个应力分量。在 静力平衡时，根据剪应力互等定理，可简化为六个应力分量。 主平面：剪应力为零的平面。 主应力：主平面上的应力。 《冲压工艺及模具设计》
单向拉伸应力-应变曲线(如图1.2.2)
金属冷变形的基本理论
1.增量理论 d1 d 2 d 2 d 3 d 3 d1 C 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 1 2.全量理论 C 1 2 2 3 3 1
1.4.3 板料的力学性能与冲压成形性能的关系
1、屈服极限 屈服极限 s 小,材料容易屈服,则变形抗力小. 2、屈强比 屈强比小,说明 s值小而 b 值大 3、伸长率 拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率 4、硬化指数 单向拉伸硬化曲线可写成 k n 其中n为硬化指数 5、厚向异性指数 厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应 变之比 b / t 6、板平面各向异性指数 ( 2 ) / 2
3.例：全量理论分析应力应变关系 1) 2 0时， 称平面应变(或称平面变形),由上式可得出:
2 (1 2 ) / 2
2) 1 0, 且 2 3 0时， 材料受单向拉应力,由上式可得:
1 0, 2 3 (1 / 2)1
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1金属塑性变形的基本概念
2塑性变形的力学基础
3各种冲压成形方法的力学特点与分类 4板料的冲压成形性能及冲压材料
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.1金属塑性变形的基本概念
外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分 为弹性变形与塑性变形．
1.1.1塑性变形的物理概念
0 90 45
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.4.4常用冲压材料及其力学性能
黑色金属 金属材料
冲压材料
有色金属
非金属材料 板料：大型零件 条料：中小型零件
坯料类型
卷料：大批量生产的自动送料 块料：少数钢种和有色金属的冲压
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
LK L0 伸长率： 100% L0 A0 A K 100% A0
断面收缩率：
2.变形抗力及其指标 金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为 变形抗力。通常以真实应力作为变形抗力的指标。 《冲压工艺及模具设计》
H0 HK 镦粗率： c 100% H0
1.4.1 板料的冲压成形性能
冲压成形性能: 板料对各种冲压成形加工的适应能力. 抗破裂性、 贴模性、定形性
成形极限
冲压件形状尺寸精度
1.4.2 板料的冲压成形性能试验
1、间接试验（图１.４.２） 伸长率、屈服点、屈强比、硬化指数、 板厚方向性系数、板平面方向性 2、直接试验 胀形成形性能试验、拉深成形性能试验（图１.４.１） 《冲压工艺及模具设计》
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
3．冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值 大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况) （图1.3.2） r 0 , t 0且 r
变形时的硬化现象和硬化曲线
金属冷变形的基本理论
1.硬化现象的表现形式: 材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低.
2.加工硬化的结果 引起材料力学性能的变化.
3.加工硬化有利及不利方面 有利方面:板料硬化能够减小过大的局部变形,使变形趋于均 匀,增大成形极限,同时也提高了材料的强度 不利方面:使进一步变形困难. 4.硬化曲线(如图1.2.3) 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
5.主应变及主应变状态 点的应变状态 主应变状态 6.体积不变定律 1 2 3 0 该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体 积的变化。
三个推论：
﹡塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化； ﹡不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个 主应变的符号相反； ﹡已知两个应变就可求第三个应变。 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.2.2 屈服准则（塑性条件）
屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某
点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。 1.屈雷司加准则 2.密席思准则 3.工程上常采用屈服准则通式：
1 2 s
《冲压工艺及模具设计》
1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系
0 r , t 0且 r
4．冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大 于拉应力的绝对值。 (可以分为以下两种情况)
r 0 , t 0且 r 0 r , t 0且 r
1.3.1 变形毛坯的分区(如图1.3.1) 1.3.2 变形区的应力与应变特点
1． 冲压毛坯两向受拉应力的作用 (可分两种情况)：
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
（图1.3.2Ⅰ象限）
2．冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 （图1.3.2Ⅲ象限）
1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的因素
1.影响塑性的因素 内因 ：化学成分的影响；组织结构的影响 外因：变形温度 ；变形速度 ；变形的应力状态 2.影响金属变形抗力的主要因素 1)化学成分及组织的影响 2)变形温度对变形抗力的影响(如图1.1.3) 3)变形速度对变形抗力的影响 4)变形程度对变形抗力的影响 5)应力状态对变形抗力的影响
外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起 金属形状和尺寸的变化。
1.1.2塑性变形的基本方式
滑移 \孪生 \多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变 形织构）(如图)
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1.1.3金属的塑性与变形抗力
金属冷变形的基本理论
１.塑性及塑性指标 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而 不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标
﹡改变坯料局部区域的温度
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金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
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A－变形区；B－传力区；C－已变形区 图１.３.３ 变形趋向性对冲压工艺的影响
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金属冷变形的基本理论 1.4 板料冲压成形性能及冲压材料
金属冷变形的基本理论
图1.2.1 点的应力状态 a)任意坐标系; b) 主轴坐标系
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图１.２.２ 单向拉应力－应变曲线
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图１.２.３ 几种常用冲压板料的硬化曲线
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金属冷变形的基本理论 1.3 各种冲压成形方法的力学特点与分类
图１.４.１ 拉深试验试样
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图１.４.２拉伸曲线
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