金属的塑性变形(课堂PPT)

二、钢在加热过程中的物理、化学变化
1、钢在加热过程中的氧化与脱碳
氧化—钢加热到高温,表层的铁与炉气中的氧化性气体发生 化学反应,使钢表层变成氧化铁的现象.
氧化过程的化学反应:
2Fe+O2=2FeO
由于氧化扩散过程从外向内逐步
6FeO+ O2=3Fe3O4
减弱,故氧化皮由三层不同的
4Fe3 O4+ O2=6Fe2 O3
一、锻造前加热目的及方法
目的: 提高金属塑性,降低变形抗力.易于锻造成形 并获得好的锻后组织.
按加热热源不同可分为:
1.火焰加热，燃料来源方便,炉子修造简单,加热费 用低适应范围广。用于各种大、中、小型坯料的加热。 劳动条件差，加热速度慢，加热质量难于控制。
2.电加热 感应加热、接触加热、电阻炉加热、 盐浴加热。加热质量好，主要用在模锻上。
单晶体的滑移
多晶体
二、冷变形后的金属组织与性能 塑性变形后：
（1）产生纤维组织，引起各向异性 （2）晶格扭曲 （3）晶粒间产生碎晶 使金属的强度、硬度增加，塑性、韧性 下降，即加工硬化。增加滑移阻力，使金 属形变强化
1．纤维组织 2．加工硬化 3．残余内应力
1．纤维组织
● 晶粒拉长，纤维组织 → 各同异性
● 残余内应力的危害
◆ 引起零件加工过程变形、开裂。
◆ 降低耐蚀性
● 残余内应力的消除或降低 —— 去应力退火
三、回复与再结晶
加工硬化:是一种内部能量较高、不稳定状态，具有回 复到稳定状态的趋势。
1、回复：金属加热到某一温度时，T回=（0.25-0.3)T熔， 原子获得热能，消除晶格扭曲 和降低内应力。组织性能 变化不大。
碳钢的锻造温度范围
四.锻件的冷却
冷却方法不当锻件可能产生裂纹而报废 或影响生产率。
1.锻件在冷却过程中产生内应力，应在 机械加工之前进行热处理,以免在机械加 工时或后变形。
2.冷却方式
空气中冷却、坑内冷却、炉中冷却。
§2 自由锻
自由锻造---利用冲击力或者压力使金属在上、下抵铁 之间产生变形得到锻件的方法。
(2)过烧 当钢加热到接近熔化温度，并在此 温度长时间停留时，不但奥氏体的晶粒粗大，同时 由于氧化性气体渗入到晶界，使晶间物质Fe 、C 、S 发生氧化的现象。过烧的钢强度大降低。
三.锻造温度范围的确定
始锻温度---开始锻造 的温度。 始锻温度↑金属的 塑性↑，变形抗力↓，便于加 工，但过高会产生过烧或熔 化现象。低碳钢的始锻温度 为1200~1250℃
Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 Fe3C+ CO2=3Fe+ CO Fe3 C+O2=3Fe+ CO2 Fe3C+ H2=3Fe+C H4 脱碳会使钢表面变软，强度和耐磨性降低。
2.钢在加热过程中的过热与过烧
(1)过热 当钢加热超过某一温度，并在此温度 停留的时间过长，会引起奥氏体晶粒迅速长大的现 象，产生过热的钢冷却后晶粒仍粗大。
特点：金属变形时，在砧铁间的水平方向可以自由流动。 自由锻可分为： 手工锻造：用于生产小锻件 机器锻造：所用设备有空气锤（生产小件）；蒸气－ 空气锤（中件）；水压机（大件）。
§2-1自由锻设备
终锻温度---停止锻造 的温度。要保证在终锻温度 前具有足够的塑性，还要使 锻件能够获得良好的组织， 一般应高于再结晶温度。
温度/C°
A Fra Baidu bibliotek538
液相线 L
固相线
1250
始锻温度 L+A
E
A
G 912
Ar3
800
A+F
PS
F+P P
Arm
A+Fe 3CⅡ
Ar1 K
Fe3 CⅡ+P 终锻温度
0.02 0.77 1.5 2.11 C%
氧化铁组成:表层为Fe2 O3；
Fe+ CO2=Fe O + CO
中层为Fe3O4；内层为FeO
Fe+ + H2O=FeO+H2
锻造时,钢每加热一次,有1.5~3.0%的金属被氧化烧损,形成 的氧化皮若被压入锻件表面,使表质量和尺寸精度下降.
脱碳： 钢在高温加热时，表层中的碳和炉气中的氧化
气体发生反应，使表层含碳量下降的现象。
2、生成再结晶组织，细化晶粒。
3、生成纤维组织，使材料有方向性。
铸锭组织不均，晶粒粗大，气孔、夹杂，塑性变 形后，再结晶消除加工硬化组织，夹杂沿变形方向 分布，呈纤维状。变形增加越明显，使材料有方向 性。
五、金属变形程度
常用锻造比表示 Y=F0/F F0表示变形前面积 F表示变形后面积
钢锭Y=2-3 合金钢Y=3-4 高速钢Y=5-12
2、再结晶：温度继续升高，原子获得更多热能，开始 以 某 些杂质和碎晶为晶核，并继续长大，旧晶核解体， 生成正常晶格的晶粒，从而消除了加工硬化组织。 T再=0.4T熔
回复与再结晶
变形金属在不同加热温度时晶粒大小和性能变化的示意图
四、热变形后金属组织与性能
1、气孔、缩孔、缩松能锻合，提高致密度。
(a)等轴晶
（b）变形后
（图a） 表示的 是具有 等轴晶 粒的纯 铁 ，经
过变形 后晶粒 都被拉 长（图 b）。
2．加工硬化（形变硬化、冷作硬化）
● 加工硬化 —— 金属在冷态下进行塑性变形时，随着变 形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
3．残余内应力 —— 平衡于金属内 部的应力，由金属内部不均匀变形 引起。
六、冷、热变形比较
热变形特点：
（1）均匀、细化晶粒 （2）消除加工硬化
（3）高温、塑性好 （4）氧化严重
（5）精度差
（6）设备贵，维修费高
冷变形特点：
（1）不加热
（2）精度、表面质量好
（3）硬度、强度高 （4）材料有方向性
（5）设备贵，存在残余应力，易产生裂纹。
§1-2 锻前加热与锻后冷却
第二篇 金属的压力加工
§1 金属塑性变形的实质 §2 自由锻 §3 模锻 §4 板料冲压
§1-1 金属的塑性变形
压力加工：在外力作用下，使金属产生塑性变形，获得一定几 何形状、尺寸和力学性能毛坯，原材料或零件的加工方法。压 力加工有自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。
一、塑性变形实质 1、单晶体塑性变形 （1）当无外力，晶格正常排列。 （2）外力作用使原子离开平衡位置，晶格变形。 （3）当剪应力足够大，沿晶面移动一个或几个原子距离。 2、多晶体塑性变形 多晶体是多个位向不同变形总和。特点： （1）变形过程复杂。 （2）变形抗力比单晶体大的多。