《材料成型金属学》教学资料：绪论
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《材料成型金属学》教学资料：塑加金属学讲稿第二章
▲晶体的塑性变形，是通过平行于一定晶体学平面（即滑移面）的滑移 引起的。
▲滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。 ▲塑性变形的结果，使原来光滑的单晶试样的表面变成台阶状，这些台
阶是由大量位错(Dislocation)滑出晶体所形成的。这些线条称为滑移 线，一系列滑移线聚成一束，组成滑移带．
在300℃ 拉伸的锌单晶体
(X比+应变速率大100倍)
滑移时晶体的转动（Rotation of Crystal)
滑移面上最大分切应力与滑移方向一致时，晶体的转动
转方滑 动向移
不面 一上 致最 时大 ，分 拉切 伸应 时力 晶与 体滑 的移
▲压缩时晶面的转动：
外
的 分 解
力 在 晶 面
上
切
的 变 形
应 力 作 用
下
锌 单 照晶 片的 拉 伸
临界切应力（Critical Shear Stress):
能够引起滑移系开动的分切应力,决定滑移系能否开动. 沿滑移面滑移方向上的分切应力
横截面A0上的正应力:
P
A0
滑移面A上的全应力:
S P P cos cos
滑移线（Slip Line）：滑移带中的细线． 滑移层(Slip Band)：相邻滑移线间的晶体片层． 滑移量( Slippage)：每条滑移线所产生的台阶高度．
滑移带示意图
滑移(Slip):
定义:晶体在外力作用下，其中一部分相对另一部分，沿一定的晶面 和该晶面上的一定晶向产生的平移滑动.
当应力超过晶体的弹性极限后，晶体中就会产生层片之间的相对滑移， 大量的层片间滑动的累积就构成晶体的宏观塑性变形。
A A0
滑移面上沿滑移方向的分切应力:
S cos cos cos
▲滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。 ▲塑性变形的结果，使原来光滑的单晶试样的表面变成台阶状，这些台
阶是由大量位错(Dislocation)滑出晶体所形成的。这些线条称为滑移 线，一系列滑移线聚成一束，组成滑移带．
在300℃ 拉伸的锌单晶体
(X比+应变速率大100倍)
滑移时晶体的转动（Rotation of Crystal)
滑移面上最大分切应力与滑移方向一致时，晶体的转动
转方滑 动向移
不面 一上 致最 时大 ，分 拉切 伸应 时力 晶与 体滑 的移
▲压缩时晶面的转动：
外
的 分 解
力 在 晶 面
上
切
的 变 形
应 力 作 用
下
锌 单 照晶 片的 拉 伸
临界切应力（Critical Shear Stress):
能够引起滑移系开动的分切应力,决定滑移系能否开动. 沿滑移面滑移方向上的分切应力
横截面A0上的正应力:
P
A0
滑移面A上的全应力:
S P P cos cos
滑移线（Slip Line）：滑移带中的细线． 滑移层(Slip Band)：相邻滑移线间的晶体片层． 滑移量( Slippage)：每条滑移线所产生的台阶高度．
滑移带示意图
滑移(Slip):
定义:晶体在外力作用下，其中一部分相对另一部分，沿一定的晶面 和该晶面上的一定晶向产生的平移滑动.
当应力超过晶体的弹性极限后，晶体中就会产生层片之间的相对滑移， 大量的层片间滑动的累积就构成晶体的宏观塑性变形。
A A0
滑移面上沿滑移方向的分切应力:
S cos cos cos
华科 材料成型原理 第1章绪论及第2章金属塑性变形的物理本质
11~16
150
294~315
LY11
11~16
150
340~350
LY11
31
65
308
3．变形程度 4．应力状态
σ1-σ2
大
σ1-σ2
大
气
气
压
压
图5-20 脆性材料的各向压缩曲线 （a）大理石；（b）红砂石； —轴向压力； —侧向压力
5．变形状态
图5-24 主变形图对金属中缺陷形状的影响
（a）未变形的情况；（b）经两向压缩—向延伸变形后的情况； （c）经—向压缩两向延伸后的情况
Nabarro
蠕变
弹性区
（N扩ab散ar流ro蠕变变）
变形机制图
（a）纯银和（b）锗给出不同变形机制起控制作用的应力-温度区间， 两种材料的晶粒尺寸皆为32μm
以10-8/s的应变速率来确定弹性边界
§2. 2 塑性加工中金属的 组织与性能
2. 2. 1 冷变形 2. 2. 2 热变形 2. 2. 3 塑性变形对固态相变的影响
➢ 塑性映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
➢铅---------------塑性好，变形抗力小
➢不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 ➢白口铸铁----塑性差，变形抗力高
➢ 结论：塑性与柔软性不是同一概念
为什么要研究金属的塑性？
塑性变形—影响大（加工硬化、晶粒 细化、位错密度增加、形成织构等） ➢ 变形机理：弹性变形—原子间距的变化；
塑性变形—位错运动为主 ➢ 弹塑性共存：整体变形中包含弹性变形和塑性变形；塑性变
形的发生必先经历弹性变形；在材料加工过程中，工件的塑
性变形与工模具的弹性变形共存。
材料成型金属学塑加金属学讲稿第二章
金属的主要滑移面、滑移方向和滑移系
Schmid定律
滑移系只提供了金属滑移的可能性，而金属在外力作用下滑移的驱动力是沿滑移面滑移方向上的分切应力。 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及解理断裂。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
2. 塑性变形机制
Plastic Deformation Mechanism
晶体的塑性变形 Plastic Deformation of Crystal －－金属的重要特性之一
弹性变形（Elastic Deformation）： 材料尺寸只发生暂时性改变。 拉伸:σ=Eε，E-杨氏模数；剪切，τ=Gγ，G-切变模数。 具有可逆性. 金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。 塑性变形（Plastic Deformation）： 应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形。 应力与应变的关系偏离虎克定律。 先发生弹性变形，后发生塑性变形。 形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的． 塑性变形的主要机制:位错的运动
孪生的位错机制
孪生的位错机制 ▲孪生与滑移最大的区别在于孪生要引起堆垛层错的改变. ▲孪晶形成的位错机制: 由肖克莱不全位错运动扫过相继的层面造成的均匀切变.
发生孪生的条件
■不同结构金属: fcc、bcc:易滑移,难孪生,低温、高速； hcp：易孪生. ■孪生难于滑移. 孪生前有滑移产生,即在已产生一定形变的情况下才开始: 孪生位错是在一定内应力下由部分滑移位错转变而成. 孪晶应力高于滑移. ■产生孪晶的应力随层错能提高而增加。 ■在高应力下形核后在远小于孪晶萌生的应力下沿孪生面和垂直孪生面两方向同时极快(声速)扩展. ■切变量随孪生区的增长而增大.弹性应变大,需要其他变形机制协调,否则出现裂缝,变形终止. ■加载方式以冲击最有利
Schmid定律
滑移系只提供了金属滑移的可能性，而金属在外力作用下滑移的驱动力是沿滑移面滑移方向上的分切应力。 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及解理断裂。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
2. 塑性变形机制
Plastic Deformation Mechanism
晶体的塑性变形 Plastic Deformation of Crystal －－金属的重要特性之一
弹性变形（Elastic Deformation）： 材料尺寸只发生暂时性改变。 拉伸:σ=Eε，E-杨氏模数；剪切，τ=Gγ，G-切变模数。 具有可逆性. 金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。 塑性变形（Plastic Deformation）： 应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形。 应力与应变的关系偏离虎克定律。 先发生弹性变形，后发生塑性变形。 形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的． 塑性变形的主要机制:位错的运动
孪生的位错机制
孪生的位错机制 ▲孪生与滑移最大的区别在于孪生要引起堆垛层错的改变. ▲孪晶形成的位错机制: 由肖克莱不全位错运动扫过相继的层面造成的均匀切变.
发生孪生的条件
■不同结构金属: fcc、bcc:易滑移,难孪生,低温、高速； hcp：易孪生. ■孪生难于滑移. 孪生前有滑移产生,即在已产生一定形变的情况下才开始: 孪生位错是在一定内应力下由部分滑移位错转变而成. 孪晶应力高于滑移. ■产生孪晶的应力随层错能提高而增加。 ■在高应力下形核后在远小于孪晶萌生的应力下沿孪生面和垂直孪生面两方向同时极快(声速)扩展. ■切变量随孪生区的增长而增大.弹性应变大,需要其他变形机制协调,否则出现裂缝,变形终止. ■加载方式以冲击最有利
材料成型概论材料成型基础
B H
b
h
h H h b b B l l L
绝对主应变
l L
矩形坯变形前、后的尺寸变化
h 100% H b 100% B l 100% L
相对主应变
第17页/共63页
1
h dhx H hx
ln h H
2
b dbx B Bx
ln b B
3
l dlx L lx
ln l L
摩擦力：
阻碍相对接触的工件与工具间相对运动趋势时的力，方向 沿工具与工件接触面的切线方向。
摩擦力一方面有着阻碍变形金属质点流动的作用，使金属 变形不均匀（锻造）；同时，也有促使变形过程建立并使
之稳定的作用（轧制咬入）。
第4页/共63页
2.1.1.1 外力、内力和应力
在变形体内原子被迫偏离平衡位置，则该物体便 出现了内力和应力。
弹塑性共存与加载、卸载过程不同的σ-ε关系是塑 性变形的两个基本特征。
塑性变形改变了材料的力学 和物化性能。
第22页/共63页
2.1.1.4 塑性变形条件
1.Trescu屈服条件: 最大切应力理论。
金属的塑性变形是由切应力达到某一值时引起的。
max
1 2
(1
3)
1 2
s
整理上式得：
1 3 s
第35页/共63页
金属的冷变形和热变形
采用不同的变形程度可以控制金属材料的加工硬 化量，来得到不同性能的产品； 利用加工硬化可以得到强度极高的琴钢丝，弹性 极高的磷青铜弹簧片等。
第36页/共63页
温变形
钢的回复温度一 般在(0.25～0.3 )TM ℃
将金属加热到再结晶温度以下而高于回复温度的 加工方法。 对于变形抗力过大且塑性较低、冷变形非常困难 的金属与合金，例如高速钢、某些奥氏体不锈钢、 难熔金属及其合金等，采用温变形可以显著降低 变形力，提高塑性，获得表面质量、尺寸精度与 性能都近于冷加工的优良产品。
《材料成型金属学》教学资料：1-4 位错的应力场和应变能
(3)刃型位错的应力场对称于多余半原子面（y-z面），即 对称于y轴。
(4)当y＝0时，σxx＝σyy＝σzz＝0，说明在滑移面上，没有正应力，
只有切应力，而且切应力τxy 达到极大值 。
(5)y>0时，σxx<0；而y<0时，σxx>0。这说明正刃型位错的位错 滑移面上侧为压应力，滑移面下侧为拉应力。
位错的能量通常分为位错中心区的能量与中心以外 区域的能量两部分。
中心以外区域的能量为弹性能，占能量的绝大部分 通常以位错的弹性能代表位错的能量。
假设其为一个单位长度位错线，为造成这个位错克服切应力 τθr所做的功为单位长度刃型位错的应变能：
进一步简化得单位长度位错的总应变能：
1.位错的能量包括两部分：Ec和Ee。 2.位错的应变能与G和b2成正比。
3.
,常用金属材料的约为1/3，故螺型位错
的弹性应变能约为刃型位错的2/3。
4.位错的存在均会使体系的内能升高，使晶体处于 高能的不稳定状态，位错是热力学上不稳定的晶 体缺陷。
3.位错的线张力 line tension
位错应变能与位错线长度成正比。为降低能量， 位错线具有尽量缩短其长度的倾向，从而使位错产
2. Tension be1)同时存在正应力分量与切应力分量，而且各应力分量的 大小与G和b成正比，与r成反比，即随着与位错距离的增大， 应力的绝对值减小。
(2)各应力分量都是ｘ，ｙ的函数，而与ｚ无关。这表明在 平行于位错的直线上，任一点的应力均相同。
(6)在应力场的任意位置处, 。
(7)x＝±y时，σyy，τxy均为零，说明在直角坐标的两条对角线处， 只有σxx，而且在每条对角线的两侧，τxy(τyx)及σyy的符号相反。
2.位错的应变能
(4)当y＝0时，σxx＝σyy＝σzz＝0，说明在滑移面上，没有正应力，
只有切应力，而且切应力τxy 达到极大值 。
(5)y>0时，σxx<0；而y<0时，σxx>0。这说明正刃型位错的位错 滑移面上侧为压应力，滑移面下侧为拉应力。
位错的能量通常分为位错中心区的能量与中心以外 区域的能量两部分。
中心以外区域的能量为弹性能，占能量的绝大部分 通常以位错的弹性能代表位错的能量。
假设其为一个单位长度位错线，为造成这个位错克服切应力 τθr所做的功为单位长度刃型位错的应变能：
进一步简化得单位长度位错的总应变能：
1.位错的能量包括两部分：Ec和Ee。 2.位错的应变能与G和b2成正比。
3.
,常用金属材料的约为1/3，故螺型位错
的弹性应变能约为刃型位错的2/3。
4.位错的存在均会使体系的内能升高，使晶体处于 高能的不稳定状态，位错是热力学上不稳定的晶 体缺陷。
3.位错的线张力 line tension
位错应变能与位错线长度成正比。为降低能量， 位错线具有尽量缩短其长度的倾向，从而使位错产
2. Tension be1)同时存在正应力分量与切应力分量，而且各应力分量的 大小与G和b成正比，与r成反比，即随着与位错距离的增大， 应力的绝对值减小。
(2)各应力分量都是ｘ，ｙ的函数，而与ｚ无关。这表明在 平行于位错的直线上，任一点的应力均相同。
(6)在应力场的任意位置处, 。
(7)x＝±y时，σyy，τxy均为零，说明在直角坐标的两条对角线处， 只有σxx，而且在每条对角线的两侧，τxy(τyx)及σyy的符号相反。
2.位错的应变能
《材料成型金属学》教学资料：Chpt.7-1 金属在塑性加工中组织与性能变化的基本规律
Generally, deformation texture includes fiber texture(丝织构)and plate texture(板织
构)。
丝织构 fiber texture
挤压drawing/拉拔extrusion 轴对称axisymmetric 特定晶向//最大主变形方向.
金属在变形过程中随着变形程度的增加,强度 和硬度明显增加,塑性迅速下降的现象称为～ 。
单晶体 single crystal 加工硬化曲线
曲线斜率θ=dτ/d,加工硬化率 Work/strain hardening rate 剪切应力
τ<τc 弹性阶段 τ>τc 塑性变形阶段 塑性变形阶段的曲线： 易滑移阶段 线性硬化阶段 抛物线硬化阶段
b a
钢材冷拔后纤维组织示意图
a-拔制变形前的组织； b-拔制变形后的纤维组织
2. Substructure 亚结构 deformation 变形→dislocation density ↑位错密
度增加→dislocation tangles 位错缠结ห้องสมุดไป่ตู้ 高位错密度区将位错密度低的区域隔开 → 晶粒内部出现“小晶粒” ，取向差不大→ 胞状亚结构 cellular substructure
丝织构 fiber texture
拉拔方向
丝织构示意图
板织构 plate texture
轧制 rolling/宽展很小的矩形件-镦粗 upsetting
平面变形 plane strain
某一晶向//轧向
某一晶面//轧面
method for measuring texture: x 射线衍射x-ray diffraction
材料学院金属成型原理PPT学习教案
O2 2O
电弧中 40~60% CO2 分解
CO2 Fe FeO+CO 2CO2 Si SiO2 + 2CO CO2 Mn MnO+CO
反应在低于金属熔点（1500℃）下进 行，次 要的氧 化反应
第3页/共30页
5
Fe+O FeO Si + 2O SiO2 Mn+O MnO C +O CO
①
回路电阻增大，电流下降，熔深减小
②
电阻热增大，焊丝熔化加快
③
保护效果差
④
焊丝易过热，成段爆断
➢ 飞溅堵塞喷嘴
焊丝伸出长度过小
一般 ls=10~12d 10~20mm
第23页/共30页
2 4
5）保护气流量
小规范 Q=5~15L/min 中规范 Q=20L/min 大规范 Q=25~50L/min
(短路过渡） (颗粒过渡） （自动焊）
3）焊丝伸出长度
过长，飞溅增加 过短，飞溅堵塞喷嘴
合适长度10～12倍焊丝直径
第18页/共30页
1 9
2、颗粒过渡焊接时在CO2中加入Ar气
电弧性能改变，飞溅明显减少。
3、短路过渡时限制金属小桥爆断能量
串电抗器 电流切换 电流波形控制
4、采用低飞溅率焊丝 1）实芯焊丝
降低C含量，增加合金因素Al、Ti，飞 溅下降
➢
送丝系统要求两对主动送丝滚轮（压 力不可 过大）
➢
目前有无缝药芯（解决吸潮问题、表 面可镀 铜，解 决锈蚀 问题）
第16页/共30页
1 7
§4 CO2焊飞溅问题
一、CO2焊产生飞溅的原因
1、由于CO2导热系数大，且高温分解 吸热， 电弧收 缩，E高。 2、CO2气氛氧化性强，在熔池表面和 溶滴上 发生下 列反应
《材料成型金属学》教学资料：第一章位错理论基础
晶界特点
1） 晶界—畸变—晶界能—向低能量状态转化—晶粒长大、 晶界变直—晶界面积减小； 2） 阻碍位错运动— 流变应力↑ 细晶强化； 3） 位错、空位等缺陷多—晶界扩散速度高； 4） 晶界能量高、结构复杂—容易满足固态相变的条件— 固态相变首先发生地； 5） 化学稳定性差—晶界容易受腐蚀； 6） 微量元素、杂质富集。
1 位错理论基础
Fundamentals of dislocation theory
理想晶体 完全按照空间点阵有规则排列
实际晶体 不可能完全规则排列，存在晶格缺陷 lattice defect
1.1 晶体缺陷概述
晶体中的缺陷： 原子排列偏离完整性的区域
点缺陷－在三个方向上尺寸都很小 线缺陷－在二个方向上尺寸很小 面缺陷－在一个方向上尺寸很小
Ae-q / kT
空位迁移速度与绝对温度T和空位迁移能量q的关系 式中：A为常数，k为玻尔兹曼常数。
点缺陷对晶体性质的影响
晶格畸变：点缺陷引起晶格局部弹性变形。
空位缺陷
间隙粒子缺陷 杂质粒子缺陷
点缺陷引起的三种晶格畸变
点缺陷对材料性能的影响
点缺陷的存在会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平 衡，即造成小区域的晶格畸变。
Low Angle Grain Boundary －小角晶界
(a)倾侧晶界模型；(b)扭转晶界模型
小角晶界可理解为位错墙 位向差θ<10°
亚结构
变形→位错密Leabharlann 增加→位错缠结 高位错密度区将位错密度低的区域隔开 → 晶粒内部出现“小晶粒” ，取向差不大→ 胞状亚结构
.
透射电镜 （TEM）
大角晶界
理想晶体原子 面堆积
含有刃型位错晶 体原子面堆积
《材料成型金属学》教学资料：第一章位错理论基础
位错密度
单位体积中位错的总长度：
ρ = L , cm / cm3 V
将位错线看作于垂直某一平面的直位错线
ρ = nL = n ,1/ cm3 AL A
位错密度
在金属材料中，退火状态下，接近平衡状态所得 到的材料，这时位错的密度较低，约在106-8的数量级；
经过较大的冷塑性变形，位错的密度可达1011-12 的数量级。
1 位错理论基础
Fundamentals of dislocation theory
理想晶体 完全按照空间点阵有规则排列
实际晶体 不可能完全规则排列，存在晶格缺陷 lattice defect
1.1 晶体缺陷概述
晶体中的缺陷： 原子排列偏离完整性的区域
点缺陷－在三个方向上尺寸都很小 线缺陷－在二个方向上尺寸很小 面缺陷－在一个方向上尺寸很小
特征： 无多余半原子面，原子错排呈轴对称； 螺型位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线； 纯螺型位错的滑移面不唯一； 螺型位错周围发生点阵畸变； 线缺陷。
混合位错(mixed dislocation)
滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错 线相交成一定角度。
Screw Dislocation
点缺陷的类型 ：
1) 空位 在晶格结点位置应有原子的 地方空缺，这种缺陷称为“空位”。
2) 间隙原子 在晶格非结点位置，往 往是晶格的间隙，出现了多余的原 子。它们可能是同类原子，也可能 是异类原子。
3) 异类原子 在一种类型的原子组成 的晶格中，不同种类的原子替换原 有的原子占有其应有的位置。
空位平衡浓度
Edge Dislocation
Has both edge and
screw character.
材料成型技术基础-绪论课件
材料成型技术基础
绪 论
请分析下列产品用什 么方法制造？
产品1
Байду номын сангаас
金属型铸件——液态成形 permanent castings
产品2
挤压铸件 ——液态成形 squeeze casting
产品3
（大型钢结构厂房）
连接成形
产品3
（帕萨特汽车的车身）
塑性成形
材料成型工艺技术
金属液态成型 金属塑性成型 连接成型 粉末冶金成型 非金属材料成型
课程参考书
《材料成型技术基础》何红媛 学出版社 2000年8月 《材料成型技术基础》胡城立 业大学出版社 2001年7月 东南大 武汉工
成形过程实例
成形过 程实例1
(U型零件成形)
成形过程实例2（割草机盖成形模拟）
成形过程实例3
(钢管端部成形)
成形过程实例4（锤锻模拟）
成形过程实例5（汽车前挡泥板气胀成形）
成形过程实例6（自由锻拔长模拟）
成形过程实例7（微观组织预测）
成形过程实例8（回弹模拟）
本课程的性质
材料成型工艺基础是一门金属零件 制造工艺的综合性技术基础课，是机械 类与近机类各专业学生经过校内金工实 习后所讲授的实践性很强的必修课，其 内容涉及机械制造中的金属材料，热加 工等各个方面的基础知识，为以后其它 课程打下必要的基础。
本课程的基本任务
掌握各种主要成型方法的基本原理，工 艺特点与应用范围，使学生具有合理选 用成型加工方法及进行工艺分析的初步 能力； 熟悉各种成型加工方法对零件结构设计 的基本要求； 了解现代成型加工技术的发展趋势。
绪 论
请分析下列产品用什 么方法制造？
产品1
Байду номын сангаас
金属型铸件——液态成形 permanent castings
产品2
挤压铸件 ——液态成形 squeeze casting
产品3
（大型钢结构厂房）
连接成形
产品3
（帕萨特汽车的车身）
塑性成形
材料成型工艺技术
金属液态成型 金属塑性成型 连接成型 粉末冶金成型 非金属材料成型
课程参考书
《材料成型技术基础》何红媛 学出版社 2000年8月 《材料成型技术基础》胡城立 业大学出版社 2001年7月 东南大 武汉工
成形过程实例
成形过 程实例1
(U型零件成形)
成形过程实例2（割草机盖成形模拟）
成形过程实例3
(钢管端部成形)
成形过程实例4（锤锻模拟）
成形过程实例5（汽车前挡泥板气胀成形）
成形过程实例6（自由锻拔长模拟）
成形过程实例7（微观组织预测）
成形过程实例8（回弹模拟）
本课程的性质
材料成型工艺基础是一门金属零件 制造工艺的综合性技术基础课，是机械 类与近机类各专业学生经过校内金工实 习后所讲授的实践性很强的必修课，其 内容涉及机械制造中的金属材料，热加 工等各个方面的基础知识，为以后其它 课程打下必要的基础。
本课程的基本任务
掌握各种主要成型方法的基本原理，工 艺特点与应用范围，使学生具有合理选 用成型加工方法及进行工艺分析的初步 能力； 熟悉各种成型加工方法对零件结构设计 的基本要求； 了解现代成型加工技术的发展趋势。
重庆大学材料成型技术基础第一章绪论精品PPT课件
材料加工行业与国民经济中的各行各业休 戚相关，并占有极为重要的地位。在一定意义 上标志着国家的工业、农业、国防和科学技术 水平。
我国是制造大国
2014年我国机械工业产值达5万亿美金，近占世界的50%。 我国钢年产量我国钢年产量2014年已达8.2亿吨，居世界第
一，生铁7.21 亿吨，成品钢材11.26亿吨。 2014年我国汽车产销量超过2300万辆，已成为我国国民经
济的支柱产业。 全世界全世界75％的钢材经塑性加工，45％的金属结构用
焊接得以成形。 2005年我国的铸造行业有120 万职工， 3万多个工厂， 年
产量达2,440 万吨，在世界上是第一铸造大国。
家电：总产量世界第一； 手机：产销量世界第一。
面临的问题：如何从制造大国变为制造强 国
绪论
32
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
材料成形的任务：
– 实现材料的成形 – 内部组织性能的控制
材料成形的目的：
获得所需几何形状、尺寸和质量的毛坯或零 件。
选择成形的方法时应综合考虑材料的种 类、性能、形状尺寸、工作条件或使用 要求、生产批量、制造成本等多种因素。
做到：技术可行、质量可靠、成本低廉
绪论
材料成形的重要意义
材料成形技术发展
– 材料加工产品精密化、轻量化、集成化； – 产品性能高、成本低、周期短； – 材料加工原料与能源消耗低、污染少；制造性好、
我国是制造大国
2014年我国机械工业产值达5万亿美金，近占世界的50%。 我国钢年产量我国钢年产量2014年已达8.2亿吨，居世界第
一，生铁7.21 亿吨，成品钢材11.26亿吨。 2014年我国汽车产销量超过2300万辆，已成为我国国民经
济的支柱产业。 全世界全世界75％的钢材经塑性加工，45％的金属结构用
焊接得以成形。 2005年我国的铸造行业有120 万职工， 3万多个工厂， 年
产量达2,440 万吨，在世界上是第一铸造大国。
家电：总产量世界第一； 手机：产销量世界第一。
面临的问题：如何从制造大国变为制造强 国
绪论
32
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
材料成形的任务：
– 实现材料的成形 – 内部组织性能的控制
材料成形的目的：
获得所需几何形状、尺寸和质量的毛坯或零 件。
选择成形的方法时应综合考虑材料的种 类、性能、形状尺寸、工作条件或使用 要求、生产批量、制造成本等多种因素。
做到：技术可行、质量可靠、成本低廉
绪论
材料成形的重要意义
材料成形技术发展
– 材料加工产品精密化、轻量化、集成化； – 产品性能高、成本低、周期短； – 材料加工原料与能源消耗低、污染少；制造性好、
金属材料成型基础ppt课件.ppt
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
流动性（cm）
温度（℃）
影响液态合金流动性的因素： 1.合金的化学成分
b a
300
200
100 0
80 60 40
20 0
Pb 20 40 60 80 Sb
a）在恒温下凝固 b）在一定温度范围内凝固
充型能力越强。 （3）浇注系统的的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力
越大，充型能力越差。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
三、铸型充填条件
（1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数表示铸型从其中的 金属吸取热量并储存在本身的能力。
铸件输送机
1）振击压实
型砂
落砂
捅箱机
压铁传送机
2）汽动微振压实
3）高压造型
加砂机
压铁
4）抛砂加紧砂机实
上箱造型机
合箱 合箱机
下箱造型机
下芯
下箱翻箱、落箱机 铸型输送机
冷却箱
浇注
冷却
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二、机器造型
1)生产效率高; 2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）; 3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。
适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。
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材料结微观 nm
铸锭
肉眼、放大镜
显微镜
电子显微镜、X射线衍射
Al 铸锭
未加细化剂
加细化剂
黄铜Brass (孪晶twins)
TiAl金属间化合物 intermetallics
片层状组织 laminar structure
High resolution Transmission Electron Microscope (HRTEM)
晶体结构
(a) body-centered cubic 体心立方 (b) face-centered cubic 面心立方 (c) hexagonal close-packed 密排六方
位错理论基础（1）
线缺陷-位错
grain boundaries
面缺陷
位错的弹性理论： 应力场、应变能、相互作用力
家电用钢：家电用电镀锌、耐指纹板、热镀锌板、彩涂板、彩 电框架用钢、冰箱内板、侧板和面板。
热强性能
疲劳/蠕变/持久性能
Controlled Rolling(CR)
Accelerated Cooling (AcC)
高性能钢 TMCP 强韧性能
Reheating temperature
Mechanical properties of the steel (coiling temperature 550-600°C)
No.
材料成形金属学
Physical metallurgy
绪论
300
200
Requirement
Absorbed energy (J)
100
0 -200 -150 -100 -50 0 50
Temperature (℃)
体积改变的成形
材料成形
体积不变的成形
体积减少
体积增加
连续成形
零件成形
机切 焊涂 铸 加割 接镀 造
变形机理图 Deformation map
波浪 边裂 中心裂纹 鳄裂
挤压制品的周期裂纹
金属塑性变形的宏观规律（3）
变形抗力/ 塑性 （4 / 5）
工程应力
材料的力学性能
工程应变
断裂 fracture （6）
韧性断裂 ductile
脆性断裂 brittle
断口形貌 Fracture surface
advancing twin
[001]
[110]
Nickel alloy
Juan Villegas, Ph.D. thesis (UConn MSE)
性能控制
延 伸率 % 冲击韧度/J cm -2
HB 强 度极 限/MPa
强韧性能
冲压性能 电磁性能 热强性能
360
320
700 强度极 限
→properties (mechanical/physical/chemical)
成形（合金成分）-组织-性能
Microstructure = Performance
塑性变形 形状/尺寸改变 组织/性能控制
Properties
Processing
Performance Microstructure
RT/℃
FRT/℃
σs/MPa
σb/MPa
δ5(%)
σs/σb
1
1100
780
405
500
30.6
0.81
2
1200
780
504
589
24.2
0.86
(a)
(b)
20µm
Microstructures of the experimental steel (FRT=780°C) (a) sample 1(1100°C); (b) sample 2 (1200°C)
280
600 220
240
布氏硬度
500
200
180 400
160 120
160 300
80
延 伸率 % 140 200
40
冲击韧度
120 100
0
0
20 40 60
80
%
变形程度
(a) crystalline 晶体 regular, repeating, and denser 规则、重复、致密
(b) noncrystalline 非晶 more loosely packed and random 松散、无序
2μm
1µm
0.5μm
铁素体： DIFT/DRX fast cooling
(a)亚晶;(b)铁素体再结晶晶粒;(c)位错及析出物
2μm
0.5μm
强化机制：
细晶、固溶、 析出、亚晶
(d)位错及析出物;(e)贝氏体形貌;(f)铁素体晶粒
带钢的TEM照片
冲压性能
冷轧深冲板
汽车板：超深冲冷轧板、IF钢电镀锌钢板、IF钢深冲电镀锌钢 板、烘烤硬化钢、汽车摩擦片用钢。
轧挤拉 制压拔
机械类
冶金类
锻冲旋 造压压
机械类
本课程的目的和任务
了解材料塑性变形的物理本质、变形机制和基本 规律；
掌握分析材料塑性变形中组织性能变化和缺陷的 基本方法；
为材料组织性能控制的研究打下良好的基础。
Physical Metallurgy
Processing (compositions)→ microstructures
Al－Li合金 冷轧/退火（TEM）
变形/回复/再结晶（7）
动态再结晶 dynamic recrystalization
Ti3Al合金压缩变形过程中的组织演变
强化机制
固溶强化 细晶强化 综合利用 析出强化 应变强化
组织性能控制（8）
控制轧制控制冷却
Thermo Mechanical Controlled Processing,TMCP
塑性变形机制（2）
工业纯铁压缩变形——滑移线
孪生 Twinning
Twins can be produced when a shear force acts along twin planes
高温变形机理
扩散蠕变 diffusion creep 位错蠕变 dislocation creep 晶界滑动 grain boundary sliding 晶界迁移 grain boundary migration
位错的运动 实际晶体中的位错 位错的来源及实验基础 位错理论的应用
弹性变形：
材料尺寸只发生暂时性改变。 具有可逆性。 金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆 位移。
Plastic Strain 塑性应变
塑性变形：
应力超过弹性极限，材料发生的 不可逆的永久变形。
应力与应变的关系偏离虎克定律。 先发生弹性变形，后发生塑性变 形。 形状和尺寸的不可逆变化是通过 原子的定向位移实现的。 塑性变形的主要机制:位错的运 动.