(金属塑性成形原理课件)第3讲冷热加工组织变化
合集下载
第3章金属的塑性成形
冷拔等 （2）特点： a）位错密度上升—显著加工硬化，强度、
硬度上升，塑性、韧性下降； b）尺寸精度高、表面质量好； c）变形程度不宜过大，避免破裂。 冷变形后的工件若继续进行冷加工，要进
行再结晶退火，因此金属压力加工主要采用热变 形来进行。
2、热变形（热加工）：在再结晶温度以上进行 的变形。
如 Fe 的熔点1538℃，其再结晶温度为451℃， 其在400℃以下的加工仍为冷加工。而 Pb (熔点为 327℃) 的再结晶温度为-33℃，则其在室温下的加工 为热加工。
2）组织 a）单相组织（纯金属或固溶体）比多相好 b）钢中碳化物呈弥散分布比网状分布好 c）晶粒细化组织比粗大组织好
３）变形条件 （1）加热温度 a）滑移力减小
加热温度高： b）再结晶过程加速 可锻性好 c）多相状态向单相转变
但是，温度过高，会引起过烧或过热。过烧会破坏 晶粒间的连接，过热会使晶粒过分长大。
２、多晶体的塑性变形 工业中实际使用的金属大多是多晶体。 1）多晶体的特征： a）晶粒的形状和大小不等 b）相邻晶粒的位向不同 c）多晶体内存在大量晶界
2）多晶体的塑性变形： 多晶体中单个晶粒变形与单晶体相似，多晶体变形 比单晶体复杂。
晶界对多晶体变形的影响： 多晶体中当位错运动到晶界附近 时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称 位错的塞积。要使变形继续进行, 则 必须增加外力, 从而使金属的变形抗 力提高。
黄 铜
加热温度 ℃
4、回复 冷变形后的金属，在加热过程中，随温度的上升，原子热运 动加剧，晶格扭曲被消除，内应力、电阻率等明显下降的现象。 T回＝（0.25～0.3）T熔 回复只能部分消除加工硬化 。
5、再结晶 冷变形后的金属，加热到一定温度时，开始以某些碎晶或杂 质为核心生长成新的晶粒，加工硬化完全消除。 （1）再结晶过程特点: a）原子热振动加剧 b）以某些质点为核心重新结晶 c）加工硬化全部消除 （2）再结晶温度 再结晶不是恒温过程，而是自某一温度开始，在一定温度范 围内连续进行的过程。金属经大量塑性变形后开始再结晶的最低 温度，称为再结晶温度。
硬度上升，塑性、韧性下降； b）尺寸精度高、表面质量好； c）变形程度不宜过大，避免破裂。 冷变形后的工件若继续进行冷加工，要进
行再结晶退火，因此金属压力加工主要采用热变 形来进行。
2、热变形（热加工）：在再结晶温度以上进行 的变形。
如 Fe 的熔点1538℃，其再结晶温度为451℃， 其在400℃以下的加工仍为冷加工。而 Pb (熔点为 327℃) 的再结晶温度为-33℃，则其在室温下的加工 为热加工。
2）组织 a）单相组织（纯金属或固溶体）比多相好 b）钢中碳化物呈弥散分布比网状分布好 c）晶粒细化组织比粗大组织好
３）变形条件 （1）加热温度 a）滑移力减小
加热温度高： b）再结晶过程加速 可锻性好 c）多相状态向单相转变
但是，温度过高，会引起过烧或过热。过烧会破坏 晶粒间的连接，过热会使晶粒过分长大。
２、多晶体的塑性变形 工业中实际使用的金属大多是多晶体。 1）多晶体的特征： a）晶粒的形状和大小不等 b）相邻晶粒的位向不同 c）多晶体内存在大量晶界
2）多晶体的塑性变形： 多晶体中单个晶粒变形与单晶体相似，多晶体变形 比单晶体复杂。
晶界对多晶体变形的影响： 多晶体中当位错运动到晶界附近 时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称 位错的塞积。要使变形继续进行, 则 必须增加外力, 从而使金属的变形抗 力提高。
黄 铜
加热温度 ℃
4、回复 冷变形后的金属，在加热过程中，随温度的上升，原子热运 动加剧，晶格扭曲被消除，内应力、电阻率等明显下降的现象。 T回＝（0.25～0.3）T熔 回复只能部分消除加工硬化 。
5、再结晶 冷变形后的金属，加热到一定温度时，开始以某些碎晶或杂 质为核心生长成新的晶粒，加工硬化完全消除。 （1）再结晶过程特点: a）原子热振动加剧 b）以某些质点为核心重新结晶 c）加工硬化全部消除 （2）再结晶温度 再结晶不是恒温过程，而是自某一温度开始，在一定温度范 围内连续进行的过程。金属经大量塑性变形后开始再结晶的最低 温度，称为再结晶温度。
金属塑性成形原理金属塑性变形的物理基础PPT课件
• 较强相体积分数达到30%，两相以接近于相等的应变发生变形
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
第45页/共97页
弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
第39页/共97页
二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
第31页/共97页
位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
第45页/共97页
弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
第39页/共97页
二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
第31页/共97页
位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能变化规律之回复和再结晶优质PPT资料
金属在冷和热塑性加工过程中组织和性能变化规律之回复 和再结晶
观察在不同加热温度下变化的特点，可将 退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三 个阶段。
（1）回复：是指新的无畸变晶粒出现前所产生的 亚结构和性能变化的阶段；
（2）再结晶：是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步 取代变形晶粒的过程；
（3）晶粒长大：是指再结晶结束之后晶粒的继续 长大。
时间/min 经98%冷轧的纯铜（质量分数为ωCu=99.999%）在不同温度下的等温再结晶曲线
/%
（3）动力学方程表达式
12.3RlgA2.3Rlgt
TQ
Q
作1/T~lgt图，直线的斜率为
（ ）
1/T /×10-3K-1
t(φR为50%所需的时间)/min 经98%冷轧的纯铜（质量分数为ωCu=99.999%）在不同
d.杂质与合金元素：降低界面能，不利于晶界移动。
晶 界 迁 移 速 度
ω(Sn)/% 300℃时，微量锡对区域提纯的高纯铅的晶界迁移速度的影响
（a）多变化前刃型位错散乱分布 （b）多变化后刃型位错排列成位错壁
因此，回复退火主要是用作去应力退火，使冷加 工的金属在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其 内应力，以避免变形并改善工件的耐蚀性。
二、再结晶
与回复不同，再结晶是一个显微组织重新改组 的过程，驱动力是变形金属经回复后未被释放的储 存能。
1.再结晶过程：形核和长大
晶界弓出形核
形核
亚晶合并机制
亚晶形核
亚晶迁移机
长大：再结晶晶核形制成后，借助界面的移动向周围畸
变区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶为止。
（1）晶界弓出形核
具有亚晶粒组织晶粒间的凸出形核示意图
观察在不同加热温度下变化的特点，可将 退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三 个阶段。
（1）回复：是指新的无畸变晶粒出现前所产生的 亚结构和性能变化的阶段；
（2）再结晶：是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步 取代变形晶粒的过程；
（3）晶粒长大：是指再结晶结束之后晶粒的继续 长大。
时间/min 经98%冷轧的纯铜（质量分数为ωCu=99.999%）在不同温度下的等温再结晶曲线
/%
（3）动力学方程表达式
12.3RlgA2.3Rlgt
TQ
Q
作1/T~lgt图，直线的斜率为
（ ）
1/T /×10-3K-1
t(φR为50%所需的时间)/min 经98%冷轧的纯铜（质量分数为ωCu=99.999%）在不同
d.杂质与合金元素：降低界面能，不利于晶界移动。
晶 界 迁 移 速 度
ω(Sn)/% 300℃时，微量锡对区域提纯的高纯铅的晶界迁移速度的影响
（a）多变化前刃型位错散乱分布 （b）多变化后刃型位错排列成位错壁
因此，回复退火主要是用作去应力退火，使冷加 工的金属在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其 内应力，以避免变形并改善工件的耐蚀性。
二、再结晶
与回复不同，再结晶是一个显微组织重新改组 的过程，驱动力是变形金属经回复后未被释放的储 存能。
1.再结晶过程：形核和长大
晶界弓出形核
形核
亚晶合并机制
亚晶形核
亚晶迁移机
长大：再结晶晶核形制成后，借助界面的移动向周围畸
变区域长大，直到全部形成无畸变的等轴晶为止。
（1）晶界弓出形核
具有亚晶粒组织晶粒间的凸出形核示意图
第3讲 冷热加工组织变化【金属塑性变形理论】
2
10
• 丝织构
丝织构系在拉拔和挤压 加工中形成。这种加工都 是在轴对称情况下变形， 其主变形图为两向压缩， 一向拉伸。变形后晶粒有 一共同晶向趋向与最大主 变形方向平行。以此晶向 来表示丝织构。
Lesson Three 11
Lesson Three
• 试验表明，对于面心立方金属如金、银、铜、铝、 镍等，经较大变形程度的拉拔后，所获得的丝织 构为<111>和<100>。对于面心立方金属，丝织构 与金属的堆垛层错能有关。层错能越高的金属， [111]丝织构越强烈。对于体心立方金属，不论成 分如何，其丝织构是相同的。如经过拉拔的α铁、 铜、钨等金属都具有[110]丝织构。
• 热加工变形量大且不需要像冷加工那样要辅以中间退火，因而 流程短，效率高。
36
Lesson Three
• 热加工可使室温下不能进行塑性加工的金属(如钛、镁、钼及 镍基超合金等)进行加工；
• 热加工作为开坯，可以改善粗大的铸造组织，使疏松和微小裂 纹愈合；
• 热加工的金属组织与性能，可以通过不同热加工温度、变形程 度、变形速度、冷却速度和道次间隙时间等加以控制。
体取向相对于外力有规律的转动过程。尽管由于晶界的 联系，这种转动受到一定的约束，但当变形量较大时， 原来为任意取向的各个晶粒也会逐渐调整，引起多晶体 中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种多晶体由原来 取向杂乱排列的晶粒，变成各晶粒取向大体趋于一致的 过程叫做“择优取向”。具有择优取向的晶体组织称为 “变形织构”。
12
Lesson Three 13
Lesson Three 14
Lesson Three
• 板织构 板织构是在轧制或者宽展很小的矩形件镦粗时
10
• 丝织构
丝织构系在拉拔和挤压 加工中形成。这种加工都 是在轴对称情况下变形， 其主变形图为两向压缩， 一向拉伸。变形后晶粒有 一共同晶向趋向与最大主 变形方向平行。以此晶向 来表示丝织构。
Lesson Three 11
Lesson Three
• 试验表明，对于面心立方金属如金、银、铜、铝、 镍等，经较大变形程度的拉拔后，所获得的丝织 构为<111>和<100>。对于面心立方金属，丝织构 与金属的堆垛层错能有关。层错能越高的金属， [111]丝织构越强烈。对于体心立方金属，不论成 分如何，其丝织构是相同的。如经过拉拔的α铁、 铜、钨等金属都具有[110]丝织构。
• 热加工变形量大且不需要像冷加工那样要辅以中间退火，因而 流程短，效率高。
36
Lesson Three
• 热加工可使室温下不能进行塑性加工的金属(如钛、镁、钼及 镍基超合金等)进行加工；
• 热加工作为开坯，可以改善粗大的铸造组织，使疏松和微小裂 纹愈合；
• 热加工的金属组织与性能，可以通过不同热加工温度、变形程 度、变形速度、冷却速度和道次间隙时间等加以控制。
体取向相对于外力有规律的转动过程。尽管由于晶界的 联系，这种转动受到一定的约束，但当变形量较大时， 原来为任意取向的各个晶粒也会逐渐调整，引起多晶体 中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种多晶体由原来 取向杂乱排列的晶粒，变成各晶粒取向大体趋于一致的 过程叫做“择优取向”。具有择优取向的晶体组织称为 “变形织构”。
12
Lesson Three 13
Lesson Three 14
Lesson Three
• 板织构 板织构是在轧制或者宽展很小的矩形件镦粗时
《冷热加工组织变化》课件
THANKS
感谢观看
锻造可以改变金属的晶粒尺寸 、相组成和织构，从而影响材 料的物理和化学性能。
锻造过程中应控制变形量和温 度，以避免过度变形和开裂。
热处理对组织的影响
01
热处理是通过控制温度和时间来改变材料的组织结构和性能的 一种工艺方法。
02
通过不同的热处理工艺，可以改变金属的晶粒尺寸、相组成和
力学性能。
热处理过程中需要控制加热速度、保温时间和冷却速度，以获
精密仪器的冷热加工组织变化
总结词
精密仪器对尺寸精度和性能稳定性要求极高，因此其冷热加工过程中的组织变化对产品质量影响尤为关键。
详细描述
光学元件、精密轴承等精密仪器部件在加工过程中，由于受到热处理、表面处理等工艺的影响，其组织结构会发 生显著变化，导致尺寸精度降低、表面质量恶化等问题。为了确保精密仪器的性能和稳定性，需要深入研究冷热 加工过程中的组织变化规律，优化工艺参数，提高产品质量。
02
CATALOGUE
冷加工对组织的影响
切削加工对组织的影响
切削加工过程中，由于切削力的作用 ，金属材料会发生弹塑性变形，导致 组织内部晶粒破碎、晶格畸变，从而 影响材料的力学性能。
切削加工过程中产生的切削热也会对 材料组织产生影响，切削热会导致材 料局部温度升高，组织发生热损伤， 如晶粒长大、相变等。
其他领域的冷热加工组织变化
总结词
除了汽车、航空航天和精密仪器等领域，其他许多领 域如化工、能源、医疗器械等也涉及到冷热加工过程 ，其组织变化同样重要。
详细描述
在化工领域，反应釜、管道等设备的材料在加工过程中 会发生组织变化，影响其耐腐蚀性和机械性能。在能源 领域，核反应堆部件的材料在加工过程中需要严格控制 组织变化，以确保安全性能。在医疗器械领域，植入人 体的材料在加工过程中需要优化工艺参数，确保组织相 容性和长期稳定性。因此，在其他领域中也需要关注冷 热加工过程中的组织变化问题，以确保产品的质量和安 全性。
金属塑性成形课件
要点一
要点二
高强度材料加工
挤压和拉拔适用于高强度材料的加工，如高强度钢、钛合金等，可以获得高精度、高质量的制品。
模具成本高
挤压和拉拔使用的模具制造较为复杂，成本较高，同时生产效率较低。
要点三
连续变形加工
锻造和轧制是两种连续变形加工的方法，锻造是通过冲击、静压等手段将金属坯料变形，而轧制则是将金属坯料放入轧辊中，通过旋转轧辊使金属变形并获得所需形状和尺寸的制品。
确定合理的变形程度，以充分利用材料的塑性潜力，同时避免材料开裂和变形过大。
合理控制应变速率，以实现材料的均匀变形和避免局部过快变形。
03
工艺参数的选择和控制
02
01
成形过程的模拟和仿真
模拟软件选用
选择适合的数值模拟软件，如有限元法或有限差分法等，对成形过程进行仿真和分析。
模拟精度控制
根据实际需要，提高模拟精度，以更准确地预测成形过程中的各种问题和缺陷。
成形方案优化
通过模拟和仿真，优化成形方案，提高生产效率和产品质量。
01
03
02
根据产品的特点和成形工艺的要求，选择适合的检测方法，如力学性能测试、金相分析、X射线检测等。
产品质量的检测和分析
检测方法选择
对检测结果进行误差分析，找出影响检测结果的主要因素，提出相应的控制措施。
误差分析和控制
根据产品质量检测结果，对产品结构进行优化，提高产品质量和使用性能。
产品结构优化
设备升级改造
针对成形过程中的设备和工艺装备进行升级改造，提高设备的自动化程度和生产效率。
工艺流程优化
通过对成形过程的各阶段进行全面分析，找出瓶颈和不足之处，提出相应的优化措施。
节能减排措施
采取节能减排措施，降低成形过程中的能源消耗和环境污染，实现绿色生产。
要点二
高强度材料加工
挤压和拉拔适用于高强度材料的加工，如高强度钢、钛合金等，可以获得高精度、高质量的制品。
模具成本高
挤压和拉拔使用的模具制造较为复杂，成本较高，同时生产效率较低。
要点三
连续变形加工
锻造和轧制是两种连续变形加工的方法，锻造是通过冲击、静压等手段将金属坯料变形，而轧制则是将金属坯料放入轧辊中，通过旋转轧辊使金属变形并获得所需形状和尺寸的制品。
确定合理的变形程度，以充分利用材料的塑性潜力，同时避免材料开裂和变形过大。
合理控制应变速率，以实现材料的均匀变形和避免局部过快变形。
03
工艺参数的选择和控制
02
01
成形过程的模拟和仿真
模拟软件选用
选择适合的数值模拟软件，如有限元法或有限差分法等，对成形过程进行仿真和分析。
模拟精度控制
根据实际需要，提高模拟精度，以更准确地预测成形过程中的各种问题和缺陷。
成形方案优化
通过模拟和仿真，优化成形方案，提高生产效率和产品质量。
01
03
02
根据产品的特点和成形工艺的要求，选择适合的检测方法，如力学性能测试、金相分析、X射线检测等。
产品质量的检测和分析
检测方法选择
对检测结果进行误差分析，找出影响检测结果的主要因素，提出相应的控制措施。
误差分析和控制
根据产品质量检测结果，对产品结构进行优化，提高产品质量和使用性能。
产品结构优化
设备升级改造
针对成形过程中的设备和工艺装备进行升级改造，提高设备的自动化程度和生产效率。
工艺流程优化
通过对成形过程的各阶段进行全面分析，找出瓶颈和不足之处，提出相应的优化措施。
节能减排措施
采取节能减排措施，降低成形过程中的能源消耗和环境污染，实现绿色生产。
塑性成型原理(第三节、第四节热成型)
冷变形组织
加热变形
塑性变形产生：
金属经冷塑性变形其组织、结构和性能的变化： 处于高自由能状态
外加动力 学条件
（加热升温）
金属就会自发地向着自由能降低的方向转变 进行这种转变的过程称为回复和再结晶。
变化结果：
转变过程中金属的组织和性能都会发生不同程度的变 化，直至恢复到冷变形前的原始状态，即变形金属的 软化过程。
晶粒长大
变形金属在刚刚结束再结晶晶粒是比较细小，如果 再结晶后不控制其加热温度，继续升温，晶粒便会长大， 将降低金属的机械性能。
二次再结晶
原来金属变形不均匀，经过再结晶后得到大小不均 匀的晶粒，大小晶粒能量相差悬殊，容易发生大晶粒吞 并小晶粒而愈长愈大的现象，得到异常粗大的晶粒，降 低金属性能，这种不均匀急剧长大的现象。
T再=0.35-0.4 T熔
式中T再、T熔均以绝对温度表示
※ 特征：通过再结晶金属的微观组织发生了根本性变化，金 属的强度、硬度显著下降，塑性及韧性显著提高，内应力 和加工硬化得以消除（。是固态相变吗？）
※ 应用（再结晶退火）：
在冷轧、冷挤、冷拉、冷冲的过程中穿插再结晶退火， 消除加工硬化，恢复金属材料的良好塑性，以利于后续的 冷变形加工。
塑性成形过程组织变化特征
再结晶过程对晶粒大小的影响
再结晶后的晶粒度对金属的性能由很大的影响，不 仅影响到金属的强度和塑性，而且还影响金属的冲击韧 性。影响金属晶粒度的主要因素有：
※加热温度，加热温度愈高，金属的晶粒便愈粗大； ※保温时间，延长加热时间，也会使晶粒粗大； ※原始晶粒，晶粒越细小，新晶粒越细小； ※金属变形度，变形度越大，再结晶后的晶粒愈细小。
※提高金属组织致密度。 铸态金属中疏松、空隙以及微裂纹等缺陷被压实、锻合，提高 金属致密度。 ※破碎碳化物与非金属夹杂物。 碳化物破碎，均匀分布基体金属中，改善碳化物偏析。 夹杂物变形、破碎，降低其有害作用。 ※热加工产生纤维组织。 金属中存在杂质、夹杂物，沿主变形方向形成纤维组织。
课件—塑性加工原理塑性与变形总 155页PPT文档
金属塑性加工中，研究变形物体内变形分 布（即金属流动）的方法很多。 常用的方法 有：网格法；硬度法 ；比较晶粒法。
图3-19 各种不同变形程度下镦粗圆柱 体的不均匀变形
图3-20 冷镦粗铝合金后垂直断面 上洛氏硬度变化
3. 3. 3 基本应力与附加应力
金属变形时体内变形分布不均匀，不但 使物体外形歪扭和内部组织不均匀，而且 还使变形体内应力分布不均匀。此时，除 基本应力外还产生附加应力。
图3-13 型钻中拔长 a) 圆型砧 b) V型砧 c) 凸型砧
图3-14 沿孔型宽度上延伸分布图
3. 2. 4 外端的影响
外端（未变形的金属）对变形 区金属的影响主要是阻碍变形区 金属流动，进而产生或加剧附加 的应力和应变。
（a）
图3-15 拔长时外端的影响
（b）
图3-16 开式冲孔时的“拉缩”Βιβλιοθήκη 5. 1. 1 塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反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
第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§4. 1 概述 §4. 2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 §4. 3 塑性加工中摩擦的分类及机理 §4. 4 摩擦系数及其影响因素 §4. 5 测定摩擦系数的方法 §4. 6 塑性加工的工艺润滑
§4.1 概述
金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件 下进行的，这时必然产生阻止金属流动的摩擦 力。这种发生在工件和工具接触面间，阻碍金 属流动的摩擦，称外摩擦。由于摩擦的作用， 工具产生磨损，工件被擦伤；金属变形力、能 增加造成金属变形不均；严重时使工件出现裂 纹，还要定期更换工具。因此，塑性加工中， 须加以润滑。
图3-19 各种不同变形程度下镦粗圆柱 体的不均匀变形
图3-20 冷镦粗铝合金后垂直断面 上洛氏硬度变化
3. 3. 3 基本应力与附加应力
金属变形时体内变形分布不均匀，不但 使物体外形歪扭和内部组织不均匀，而且 还使变形体内应力分布不均匀。此时，除 基本应力外还产生附加应力。
图3-13 型钻中拔长 a) 圆型砧 b) V型砧 c) 凸型砧
图3-14 沿孔型宽度上延伸分布图
3. 2. 4 外端的影响
外端（未变形的金属）对变形 区金属的影响主要是阻碍变形区 金属流动，进而产生或加剧附加 的应力和应变。
（a）
图3-15 拔长时外端的影响
（b）
图3-16 开式冲孔时的“拉缩”Βιβλιοθήκη 5. 1. 1 塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反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
第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§4. 1 概述 §4. 2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 §4. 3 塑性加工中摩擦的分类及机理 §4. 4 摩擦系数及其影响因素 §4. 5 测定摩擦系数的方法 §4. 6 塑性加工的工艺润滑
§4.1 概述
金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件 下进行的，这时必然产生阻止金属流动的摩擦 力。这种发生在工件和工具接触面间，阻碍金 属流动的摩擦，称外摩擦。由于摩擦的作用， 工具产生磨损，工件被擦伤；金属变形力、能 增加造成金属变形不均；严重时使工件出现裂 纹，还要定期更换工具。因此，塑性加工中， 须加以润滑。
材料课件塑性加工过程的组织性能变化与温度速度条件
§6 2 金属塑性变形的温度——速度效应
6 2 1 变形温度 6 2 2 变形速度 6 2 3 变形中的热效应及温度效应 6 2 4 热力学条件之间的相互关系
6 2 1 变形温度
塑性变形时金属所具有的实际温度;称为变形温度;它与加热温度是有区别的 变形温度既取决于金属变形前的加热温度;又与变形中能量转化而使金属温度提高的温度有关;同时又与变形金属同周围介质进行热交换所损失的温度有关
1
3
2
4
1
3
2
5
4
7
7
1
3
2
4
5
4
2
图625 高温形变热处理工艺 1—淬火加热与保温；2—压力加工；3—冷至变形温度；4—快冷； 5—重新淬火加热短时保温；6—淬火加热温度范围；7—塑性区
程度与变形抗力 的 关系 : 2 变形程度和变形速度恒定时;变形抗力与单相状态条件下的变形温度的关系为： 3 变形程度和变形温度恒定时;变形抗力与变形速度的关系为： 综合64 65 66式可写成 式中A a b c α β γ ——取决于变形条件和变形材料的常数;由实验确定； ——平均变形程度； ——平均变形速度； T——变形温度;K
6 1 1 冷变形
1 冷变形的概念 2 冷变形时金属显微组织的变化 3 冷变形时金属性能的变化
6 1 2 热变形
1 热变形的概念 2 热变形对金属组织性能的影响 3 热变形过程中的回复与再结晶
6 1 3 塑性变形对固态相变的影响
1 应力与变形的作用 2 温度和变形速度的作用
6 2 2 变形速度
变形速度为单位时间内变形程度的变化或单位时间内的相对位移体积;即： 式中 ——变形速度； ——变形程度； V ——变形物体的体积；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 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)。
冲压后制品如产生制耳，必须切除。这样不仅增加了 金属的损耗和切边工序，而且还会因各向异性使冲压 件产生壁厚不均，影响生产效率与产品质量。因此， 在生产上，必须设法避免“制耳效应”的发生 。
2021/1/14
28
Lesson Three
深冲件上的制耳
2021/1/14
29
Lesson Three
2021/1/14
26
各向异性
Lesson Three
金属材料经塑性变形以后，不同加工方式，会出现 不同类型的织构。由于织构的存在而导致制品在不 同方向上性能的差异出现各向异性。
2021/1/14
27
Lesson Three
具有各向同性的金属板材，经深冲后，冲杯边缘通常 是比较平整的。具有织构的板材冲杯的边缘则出现高 低下平的波浪形。把具有波浪形凸起的部份称为“制 耳”。把由于织构而产生的制耳现象称为“制耳效 应”。
2021/1/14
23
Lesson Three
单晶与多晶的应力一应变曲线比较（室温） （a）Al （b）Cu
2021/1/14
24
Lesson Three
多晶体的塑性变形由于晶界的阻碍作用和晶粒之间的 协调配合要求，各晶粒不可能以单一滑移系动作而必 然有多组滑移系同时作用，因此多晶体的应力一应变 曲线不会出现单晶曲线的第I阶段，而且其硬化曲线 通常更陡，细晶粒多晶体在变形开始阶段尤为明显
2021/1/14
4
纤维组织的形成过程
Lesson Three
2021/1/14
5
Lesson Three
等轴状
晶粒伸长
纤维状
冷轧前后晶粒形状变化
(a)变形前的退火状态组织 (b)变形后的冷轧变形组织
2021/1/14
6
Lesson Three
3.1.1 显微组织的变化
亚结构
在变形量大而且层错能较高的金属中，位错的分 布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位错缠 结的高位错密度区(约比平均位错密度高五倍)，将位 错密度低的部分分隔开来，好像在一个晶粒的内部又 出现许多“小晶粒”似的，只是它们的取向差不大 (几度到几分)，这种结构称加工与冷加工相比具有如下优点：
热加工时金属的塑性好，断裂倾向小，可采用较大的变形量； 因为变形温度升高后，由于完全再结晶使加工硬化消除，在断 裂与愈合的过程中使愈合加速以及为具有扩散性质的塑性机制 的同时作用创造了条件。
热加工时，变形抗力低，塑性高，变形达到需要尺寸时，所消 耗的能量少。因为在高温时，原子的运动及热振动增强，扩散 过程和溶解过程加速，使金属的临界切应力降低；许多金属的 滑移系统数目增多，使变形更为协调；加工硬化现象因再结晶 完全而被消除。
2021/1/14
9
Lesson Three
丝织构
丝织构系在拉拔和挤 压加工中形成。这种加工 都是在轴对称情况下变形， 其主变形图为两向压缩， 一向拉伸。变形后晶粒有 一共同晶向趋向与最大主 变形方向平行。以此晶向 来表示丝织构。
拉拔前 拉拔后
2021/1/14
10
Lesson Three
试验表明，对于面心立方金属如金、银、铜、铝、镍 等，经较大变形程度的拉拔后，所获得的丝织构为 <111>和<100>。对于面心立方金属，丝织构与金属的 堆垛层错能有关。层错能越高的金属，[111]丝织构 越强烈。对于体心立方金属，不论成分如何，其丝织
2021/1/14
18
3.1.2 金属性能的变化
机械性能的变化
1）加工硬化 2）各向异性
物理化学性能的变化
1）金属密度的变化 2）导电性的变化 3）耐蚀性能的变化 4）导热性降低 5）改变磁性
2021/1/14
Lesson Three
19
Lesson Three
加工硬化
金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显 著提高，而塑性则很快下降，即产生了加工 硬化现象。
与冷加工相比较，热加工变形一般不易产生织构。这是由 于在高温下发生滑移的系统较多，使滑移面和滑移方向不 断发生变化。因此，在热加工工件中的择优取向或方向性 小。
2021/1/14
35
Lesson Three
热加工在实际生产上，尚有如下不足：
热加工需要加热，不如冷加工简单易行；
热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易于控制； 温度的均匀性控制差。
过基体冷加工所引起的电阻升高所致。冷变形还会使
晶间物质破坏，使晶粒彼此接触也可减少电阻增加导
电性。所以冷变形对导电性的影响应综合考虑。
2021/1/14
30
Lesson Three
耐蚀性能的变化
冷变形后，金属的残余应力和内能增加，从而使化学 不稳定性增加，耐蚀性能降低。
例如，冷变形的纯铁在酸中的溶解速度要比退火状态 快；冷变形所产生的内应力是造成的金属腐蚀(“应 力腐蚀”)的一个重要原因，在实际应用中是相当普 遍而又严重的问题。
2021/1/14
7
TEM and EBSDmicrographs of the 87% deformed sample.
(a), (b)TEMmicrographs with
different magnification; (c)EBSD-micrographs
Lesson Three
Huang Y C, Liu Y, Li Q, et al. Relevance between microstructure and texture during cold rolling of AA83104 aluminum alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 673: 383-389.
2021/1/14
14
轧辊
Lesson Three
轧面
(a)
(b)
(c)
轧制过程中择优取向的形成
各晶粒中的“→”表示某晶向
(a)、(b)、(c)分别表示轧制前、轧制时与轧制后的晶粒取向
2021/1/14
15
Lesson Three
板织构示意图
(a) 轧制前 (b)轧制后
2021/1/14
16
2021/1/14
3.1.1 显微组织的变化
Lesson Three
变形织构
多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴 随有晶体取向相对于外力有规律的转动过程。尽管由 于晶界的联系，这种转动受到一定的约束，但当变形 量较大时，原来为任意取向的各个晶粒也会逐渐调整， 引起多晶体中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种 多晶体由原来取向杂乱排列的晶粒，变成各晶粒取向 大体趋于一致的过程叫做“择优取向”。具有择优取 向的晶体组织称为“变形织构”。
(金属塑性成形原理课件)第3讲冷热加工组织变化
Lesson Three
第三章 塑性加工时组织性能的变化
主要内容
Main Content
冷加工时组织性能的变化 热加工时组织性能的变化
2021/1/14
2
Lesson Three
3.1 冷加工变形中组织性能的变化
显微组织的变化
纤维组织 亚结构 变形织构
Lesson Three
17
Lesson Three
织构不是描述晶粒的形状，而是描述多晶体中的晶体 取向的特征。应当指出，若使变形金属中的每个晶粒 都转到上述所给出织构的晶向和晶面，这只是一种理 想情况。实际上变形金属的晶粒取向只能是趋向于这 种织构，一般是随着变形程度的增加，趋向于这种取 向的晶粒越多，这种织构就越完整。织构可用x射线 衍射的方法来测定。
构是相同的。如经过拉拔的α铁、铜、钨等金属都具
有[110]丝织构。
2021/1/14
11
2021/1/14
Lesson Three
12
2021/1/14
Lesson Three
13
Lesson Three
板织构
板织构是在轧制或者宽展很小的矩形件镦粗时形 成。其特征是各个晶粒的某一晶向趋向于与轧向平行， 某一晶面趋向于与轧制平面平行。因此板织构用其晶 面和晶向共同表示。
导电性的变化
一般来说，金属随着冷变形程度的增加位错密度增加， 点阵发生畸变会使电阻增高。例如，冷变形量达到82 ％的铜丝，比电阻增加2％；冷变形99％的钨丝，比 电阻增加50％
但有时随着冷变形程度的增加，电阻不但不升高反而 显著降低。比如冷拔钢丝。这是因为片状珠光体取向
于钢丝的轴向，这是由于有向性所引起的电阻降低超
2021/1/14
25
Lesson Three
从改善金属材料性能的角度来看，加工硬化是主要 的手段之一。特别是对那些用一般热处理手段无法 使其强化的无相变的金属材料，形变硬化是更加重 要的强化手段。
加工硬化也有其不利的一面，如在冷轧、冷拔等冷 加工过程中由于变形抗力的升高和塑性的下降，往 往使继续加工发生困难，需在工艺过程中增加退火 工序。
金属性能的变化
机械性能变化 物理化学性能变化
2021/1/14
3
Lesson Three
3.1.1 显微组织的变化
纤维组织
多晶体金属经冷变形后，用光学显微镜观察 抛光与浸蚀后的试样，会发现原来等轴的晶粒沿 着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长的越 显著。当变形且很大时，各个晶粒已不能很清楚 地辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织。
2021/1/14
37
Lesson Three
热加工与冷加工的主要区别
金属在热加工时，硬化(加工硬化)和软化(回复与再 结晶)两种对抗过程同时出现。在热加工中，由于软 化作用可以抵消和超过硬化作用，故无加工硬化效应， 而冷加工则与此相反，有明显的加工硬化效应。
2021/1/14
28
Lesson Three
深冲件上的制耳
2021/1/14
29
Lesson Three
2021/1/14
26
各向异性
Lesson Three
金属材料经塑性变形以后，不同加工方式，会出现 不同类型的织构。由于织构的存在而导致制品在不 同方向上性能的差异出现各向异性。
2021/1/14
27
Lesson Three
具有各向同性的金属板材，经深冲后，冲杯边缘通常 是比较平整的。具有织构的板材冲杯的边缘则出现高 低下平的波浪形。把具有波浪形凸起的部份称为“制 耳”。把由于织构而产生的制耳现象称为“制耳效 应”。
2021/1/14
23
Lesson Three
单晶与多晶的应力一应变曲线比较（室温） （a）Al （b）Cu
2021/1/14
24
Lesson Three
多晶体的塑性变形由于晶界的阻碍作用和晶粒之间的 协调配合要求，各晶粒不可能以单一滑移系动作而必 然有多组滑移系同时作用，因此多晶体的应力一应变 曲线不会出现单晶曲线的第I阶段，而且其硬化曲线 通常更陡，细晶粒多晶体在变形开始阶段尤为明显
2021/1/14
4
纤维组织的形成过程
Lesson Three
2021/1/14
5
Lesson Three
等轴状
晶粒伸长
纤维状
冷轧前后晶粒形状变化
(a)变形前的退火状态组织 (b)变形后的冷轧变形组织
2021/1/14
6
Lesson Three
3.1.1 显微组织的变化
亚结构
在变形量大而且层错能较高的金属中，位错的分 布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位错缠 结的高位错密度区(约比平均位错密度高五倍)，将位 错密度低的部分分隔开来，好像在一个晶粒的内部又 出现许多“小晶粒”似的，只是它们的取向差不大 (几度到几分)，这种结构称加工与冷加工相比具有如下优点：
热加工时金属的塑性好，断裂倾向小，可采用较大的变形量； 因为变形温度升高后，由于完全再结晶使加工硬化消除，在断 裂与愈合的过程中使愈合加速以及为具有扩散性质的塑性机制 的同时作用创造了条件。
热加工时，变形抗力低，塑性高，变形达到需要尺寸时，所消 耗的能量少。因为在高温时，原子的运动及热振动增强，扩散 过程和溶解过程加速，使金属的临界切应力降低；许多金属的 滑移系统数目增多，使变形更为协调；加工硬化现象因再结晶 完全而被消除。
2021/1/14
9
Lesson Three
丝织构
丝织构系在拉拔和挤 压加工中形成。这种加工 都是在轴对称情况下变形， 其主变形图为两向压缩， 一向拉伸。变形后晶粒有 一共同晶向趋向与最大主 变形方向平行。以此晶向 来表示丝织构。
拉拔前 拉拔后
2021/1/14
10
Lesson Three
试验表明，对于面心立方金属如金、银、铜、铝、镍 等，经较大变形程度的拉拔后，所获得的丝织构为 <111>和<100>。对于面心立方金属，丝织构与金属的 堆垛层错能有关。层错能越高的金属，[111]丝织构 越强烈。对于体心立方金属，不论成分如何，其丝织
2021/1/14
18
3.1.2 金属性能的变化
机械性能的变化
1）加工硬化 2）各向异性
物理化学性能的变化
1）金属密度的变化 2）导电性的变化 3）耐蚀性能的变化 4）导热性降低 5）改变磁性
2021/1/14
Lesson Three
19
Lesson Three
加工硬化
金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显 著提高，而塑性则很快下降，即产生了加工 硬化现象。
与冷加工相比较，热加工变形一般不易产生织构。这是由 于在高温下发生滑移的系统较多，使滑移面和滑移方向不 断发生变化。因此，在热加工工件中的择优取向或方向性 小。
2021/1/14
35
Lesson Three
热加工在实际生产上，尚有如下不足：
热加工需要加热，不如冷加工简单易行；
热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易于控制； 温度的均匀性控制差。
过基体冷加工所引起的电阻升高所致。冷变形还会使
晶间物质破坏，使晶粒彼此接触也可减少电阻增加导
电性。所以冷变形对导电性的影响应综合考虑。
2021/1/14
30
Lesson Three
耐蚀性能的变化
冷变形后，金属的残余应力和内能增加，从而使化学 不稳定性增加，耐蚀性能降低。
例如，冷变形的纯铁在酸中的溶解速度要比退火状态 快；冷变形所产生的内应力是造成的金属腐蚀(“应 力腐蚀”)的一个重要原因，在实际应用中是相当普 遍而又严重的问题。
2021/1/14
7
TEM and EBSDmicrographs of the 87% deformed sample.
(a), (b)TEMmicrographs with
different magnification; (c)EBSD-micrographs
Lesson Three
Huang Y C, Liu Y, Li Q, et al. Relevance between microstructure and texture during cold rolling of AA83104 aluminum alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 673: 383-389.
2021/1/14
14
轧辊
Lesson Three
轧面
(a)
(b)
(c)
轧制过程中择优取向的形成
各晶粒中的“→”表示某晶向
(a)、(b)、(c)分别表示轧制前、轧制时与轧制后的晶粒取向
2021/1/14
15
Lesson Three
板织构示意图
(a) 轧制前 (b)轧制后
2021/1/14
16
2021/1/14
3.1.1 显微组织的变化
Lesson Three
变形织构
多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴 随有晶体取向相对于外力有规律的转动过程。尽管由 于晶界的联系，这种转动受到一定的约束，但当变形 量较大时，原来为任意取向的各个晶粒也会逐渐调整， 引起多晶体中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种 多晶体由原来取向杂乱排列的晶粒，变成各晶粒取向 大体趋于一致的过程叫做“择优取向”。具有择优取 向的晶体组织称为“变形织构”。
(金属塑性成形原理课件)第3讲冷热加工组织变化
Lesson Three
第三章 塑性加工时组织性能的变化
主要内容
Main Content
冷加工时组织性能的变化 热加工时组织性能的变化
2021/1/14
2
Lesson Three
3.1 冷加工变形中组织性能的变化
显微组织的变化
纤维组织 亚结构 变形织构
Lesson Three
17
Lesson Three
织构不是描述晶粒的形状，而是描述多晶体中的晶体 取向的特征。应当指出，若使变形金属中的每个晶粒 都转到上述所给出织构的晶向和晶面，这只是一种理 想情况。实际上变形金属的晶粒取向只能是趋向于这 种织构，一般是随着变形程度的增加，趋向于这种取 向的晶粒越多，这种织构就越完整。织构可用x射线 衍射的方法来测定。
构是相同的。如经过拉拔的α铁、铜、钨等金属都具
有[110]丝织构。
2021/1/14
11
2021/1/14
Lesson Three
12
2021/1/14
Lesson Three
13
Lesson Three
板织构
板织构是在轧制或者宽展很小的矩形件镦粗时形 成。其特征是各个晶粒的某一晶向趋向于与轧向平行， 某一晶面趋向于与轧制平面平行。因此板织构用其晶 面和晶向共同表示。
导电性的变化
一般来说，金属随着冷变形程度的增加位错密度增加， 点阵发生畸变会使电阻增高。例如，冷变形量达到82 ％的铜丝，比电阻增加2％；冷变形99％的钨丝，比 电阻增加50％
但有时随着冷变形程度的增加，电阻不但不升高反而 显著降低。比如冷拔钢丝。这是因为片状珠光体取向
于钢丝的轴向，这是由于有向性所引起的电阻降低超
2021/1/14
25
Lesson Three
从改善金属材料性能的角度来看，加工硬化是主要 的手段之一。特别是对那些用一般热处理手段无法 使其强化的无相变的金属材料，形变硬化是更加重 要的强化手段。
加工硬化也有其不利的一面，如在冷轧、冷拔等冷 加工过程中由于变形抗力的升高和塑性的下降，往 往使继续加工发生困难，需在工艺过程中增加退火 工序。
金属性能的变化
机械性能变化 物理化学性能变化
2021/1/14
3
Lesson Three
3.1.1 显微组织的变化
纤维组织
多晶体金属经冷变形后，用光学显微镜观察 抛光与浸蚀后的试样，会发现原来等轴的晶粒沿 着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长的越 显著。当变形且很大时，各个晶粒已不能很清楚 地辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织。
2021/1/14
37
Lesson Three
热加工与冷加工的主要区别
金属在热加工时，硬化(加工硬化)和软化(回复与再 结晶)两种对抗过程同时出现。在热加工中，由于软 化作用可以抵消和超过硬化作用，故无加工硬化效应， 而冷加工则与此相反，有明显的加工硬化效应。