[工学]工程材料与成型工艺课件锻压

第二节 金属压力加工分类及锻造性能
一、常见压力加工方法
1.轧制 定义：在上、下轧辊的压力下，产生连续塑性变 形，获得要求的截面形状并改变其性能的方法。 主要生产型材。
2. 挤压
定义：在挤压模中受压应力，使之发生塑变而获 得所需制品的压力加工方法。
分类：按坯料流动方向和凸模运动方向的不同可 分为-----正挤压，反挤压，复合挤压 ，径向挤压。
再结晶过程后，组织发生变化，加工硬化消除。 金属的强度和硬度下降，而塑韧性提高。
【注意】再结晶只是改变了晶粒的形状，消除了 因变形而产生的某些缺陷，再结晶没有改变晶格 的类型，再结晶不是相变过程。
【再结晶实质】新晶粒重新形核和长大的过程。
四、热变形对金属组织和性能的影响
【热变形】变形温度在再结晶温度以上的变形 。
（ 1）零件最大拉应力方向应与锻造流线平行； （ 2）零件最大剪切应力方向应与锻造流线垂直； （ 3）零件外形轮廓应与锻造流线的分布相符合而 不被切断。
五、金属的变形程度
塑性变形程度的大小对金属组织和性能有较大的影 响。变形程度过小，不能起到细化晶粒提高金属力 学性能的目的；变形程度过大，不仅不会使力学性 能再增高，还会出现纤维组织，增加金属的各向异 性，
一、塑性变形的实质
1.单晶体的塑性变形
主要方式
滑移变形
单晶体的塑性变形过程：
一般规律： 滑移面：原子排列最紧密的面 滑移方向：原子排列最紧密的方向
理论上，整体刚性滑移——滑移困难； 实际上，位错移动——滑移容易。 滑移变形实质：晶体的一部分相对另一部分的移动 是位错在切应力作用下沿滑移面的运动。
2.最小阻力定律 金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力 最小的方向移动。
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。多晶体塑 性变形是各个晶粒塑性变形的综合结果。此外,在 多晶体晶粒之间还有少量的相互移动和转动, 这部 分塑性变形为晶间变形。
晶内变形——晶粒内部的滑移变形，以它为主。 晶间变形——晶粒间的移动和转动。
二、冷变形对金属组织结构和性能的影响
冷变形是指在某一温度以下进行的塑性变形。
（5）锻压成形困难，对材料的适应性差。锻压是在 固态下成形，与铸造相比，金属的流动受到限制， 一般需要采取加热等工艺措施才能实现。形状复杂 的工件难以锻造成形，塑性差的金属材料也不能进 行锻压。必须选择塑性优良的材料才能进行锻压。
第一节 金属的塑性变形
金属在外力作用下将产生变形 , 其变形过程包括弹 性变形和塑性变形两个阶段。 【弹性变形】是指除去外力后，物体完全恢复原 状的变形。 【塑性变形】是指作用在物体上的外力取消后， 物体的变形不完全恢复而产生的永久变形。塑性 变形不仅能用于成形加工，还会对金属的组织和 性能产生很大影响。
2.再结晶
定义：当加热温度较高时，金属原子开始以某些 碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，从而完全消 除加工硬化的现象。
【再结晶温度】再结晶是在一定的温度范围内进 行的, 开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶 温度。
纯金属的再结晶温度为: T再≈0.4T熔 合金的再结晶温度为: T再≈（0.4～0.9T）熔 式中 T 熔 —— 纯金属熔化的绝对温度,K。
对不同的塑性成形加工工艺，可用不同的参数表示 其变形程度。 锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示 变形程度的大小。
拔长：Y锻=S0/S（S0、S分别表示拔长前后金 属坯料的横截面积）；
镦粗：Y镦=H0/H（H0、H分别表示镦粗前后 金属坯料的高度）。
碳素结构钢的锻造比在2～3范围选取，合金结 构钢的锻造比在3～4范围选取，高合金工具钢 （例如高速钢）组织中有大块碳化物，需要较 大锻造比（Y锻=5～12），采用交叉锻，才能使 钢中的碳化物分散细化。
正挤压
反挤压 复合挤压 径向挤压
3. 拉拔
定义：坯料在拉力作用下，通过拉拔模的模孔而使 截面减小变形，适于线材，型材。
二、金属塑性变形的基本规律
1.体积不变定理
金属固态成形加工中金属变形后的体积等于变形 前的体积。 根据体积不变定律，在金属塑性变形的每一工序中， 坯料一个方向尺寸减少，必然在其他方向尺寸有所 增加，在确定各中间工序尺寸变化时非常方便。
冷变形过程中会出现加工硬化，即随着塑性变形 的增加，金属的强度和硬度增加，塑韧性下降的 现象。
三、回复和再结晶
1.回复
定义：指将冷变形后的金属加热至一定温度后，使 原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现 象。
回复时不改变晶粒形状，回复后，因显微组织没 有明显变化，金属的强度、硬度略有下降；塑性、 韧性有所回升；内应力有较明显下降。回复只能 部分消除加工硬化。
（2）材料的利用率高。 金属塑性成形主要是靠金 属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料 利用率高。
（3）较高的生产率。 塑性成形加工一般是利用 压力机和模具进行成形加工的，生产效率高。例
如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用 棒料切削加工工效提高约400倍以上。 （4）毛坯或零件的精度较高 。应用先进的技术和 设备，可实现少切削或无切削加工。
变形过程中既有加工硬化，又有再结晶，且加工 硬化被再结晶完全消除。
热加工后组织性能变化： 1）粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。 2）铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或 焊合。 线）。
锻造流线的特点：锻造流线的稳定性很高，形成后 不能用热处理方法消除，只有经过塑性加工使金属 变形才能改变其方向和形状。故设计、锻造铸件时， 对其的合理分布要充分考虑，应遵循以下原则：
第九章 压力加工
定义：利用金属的塑性，使其改变形状、尺寸和 改善性能、获得型材、棒材、板材、线材或锻压 件的加工方法。 主要方法有： 锻造；冲压；轧制；拉拔；挤压 锻压与其它加工方法相比，具有以下特点:
1）能改善金属组织，提高力学性能。 这是因为 材料通过压力加工后可压合坯料疏松，提高金属 致密度；能使金属坯料中的晶粒细化并使其均匀 分布；能形成合理的锻造流线。