金属压力加工工艺基础知识
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• 由于位错等缺陷的增加，造成晶格Hale Waihona Puke Baidu变应力，是 使变形金属强化的重要原因
（三）塑性变形金属加热时组织性能变化
1、回复 加工硬化使金属处于不稳定状态 将冷成形后的金属加热至 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，称为回复。 特点：使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。 消除了晶格扭曲及大部分内应力。力学性能变化不大，强度、硬度 稍有降低；塑性略有提高；内应力大大降低。
缺点： ➢锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻 造； ➢锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； ➢需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； ➢生产现场劳动条件较差。
第一节 锻压工艺基础
一、金属的塑性变形 金属在外力作用下产生变形，若外力消除后，
变形随之消失，这类变形称为弹性变形。当外力 （达到或超过材料的屈服点）消除后，金属保持了 变形后的成型效果，这类变形称为塑性变形。
依靠各晶粒内的滑移实现金属塑性变形
2.多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形分为晶内变形和晶间变形。
晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶粒之间相互 移动或转动称为晶间变形。
多晶体金属的塑性变形抗力与组成晶体的晶粒 大小有关，金属晶粒越细小，金属的塑性变形抗力 越大，金属的强度越高
二、塑性变形后金属的组织和性能 （一）冷塑性变形与热塑性变形 冷塑性变形（冷变形加工）：金属的塑性变形在低 于再结晶温度状态下进行 热塑性变形（热变形加工）：再结晶温度以上进行 的塑性变形
回复处理:低温退火或去应力退火。 T回=(0.25~0.3)T熔（K）
2、再结晶（不是相变） 塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的
现象，称为再结晶。 再结晶温度一般为0.4T熔(K)以上 （T回=0.4T熔） 特点： • 再结晶通过形核、长大的方式进行，得到细小均匀等轴晶粒。 • 完全消除了残余应力和加工硬化现象，塑性提高。再结晶退火。 晶粒长大： 如温度继续升高或保温时间延长，晶粒会长大，使塑性、韧性明显下降。
应使流线与工件工作时所受到的最大拉应力方 向一致，与剪应力或冲击力方向垂直，尽量沿工件 外形轮廓连续分布
实例：当采用棒料直接经切 削加工制造螺钉时，螺钉头 部与杆部的纤维被切断，不 能连贯起来，受力时产生的 切应力顺着纤维方向，故螺 钉的承载能力较弱(如图示 )。
当采用同样棒料经局部镦 粗方法制造螺钉时(如图示)， 纤维不被切断且连贯性好， 纤维方向也较为有利，故螺 钉质量较好。
（四）热塑性变形对金属组织、性能的影响 热塑性变形，不会引起加工硬化，易发生表面
氧化，产品表面质量和尺寸精度较冷塑性变形低 1.形成热变形纤维组织
热变形加工时，金属中粗大枝晶偏析和夹杂物 沿金属流动方向伸长和破碎，形成纤维状，再结晶 过程中，不会改变其纤维状分布，宏观上表现为沿 变形方向出现一条条细线，为热变形纤维组织，称 为流线，沿流线方向强度、塑性和韧性相助大于垂 直方向上的相应性能
塑性指标反映金属材料的塑性变形能力，数值 越大，金属材料的塑性越好
1.单晶体的塑性变形-滑移、孪生 滑移：晶体两部分间沿一定晶面上的一定方向发生 的相对滑动 实质：切应力作用下，位错沿滑移面的运动 孪生：切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部 分以一定的晶面及晶向产生的剪切变形
孪生后晶体转至新位向，产生有利于滑移位向 的新滑移系，提高晶体的塑性变形能力
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移τ变形示意图
d)塑性变形
a)未变形
b)弹性变形
c)弹塑性变形
理想晶体结构：锌单晶理 论计算：σs=350MPa 实σs=0.1MPa
τ 位错引起滑移变形示意图
d)塑性变形
塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属 晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。
2.消除和改善铸态金属的组织缺陷 使金属铸锭中的气泡缩孔焊合、缩松压实、密度
增加 温度压力作用下，原子扩散速度加快，消除部分
偏析，使成分均匀 将粗大的柱状晶粒与枝晶变为细小的均匀的等轴
晶粒 改善夹杂物、碳化物的形态、大小与分布，金属
致密度提高
三、金属的锻压性能 （一）锻压工艺 锻压：借助于外力作用，使金属坯料产生塑性变 形，从而获得所要求形状、尺寸和力学性能的毛坯 或零件的一种压力加工方法。 锻造和冲压的总称
第三篇 金属压力加工
塑性成形（plasticity forming） —— 在外力作用下，金属发生塑性变形，
从而获得具有一定形状、尺寸、组织和力学性 能的工件的生产方法，又叫塑性加工或压力加 工。
常见的塑性成形方法： 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。
塑性成形加工的特点： 优点： ➢改善金属的组织，提高金属的力学性能； ➢节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料 的利用率和经济效益； ➢具有较高的劳动生产率 ➢适应性广
有利：强化材料的一种重要手段（自行车链条链片；喷丸；滚压）；许多工艺利用它。
不利：使金属塑性降低，继续变形困难，增大加工能量消耗，通过中间 热处理消除。
2.引起晶体的各向异性 金属发生塑性变形时，
随外形的改变，内部晶粒 形状沿变形方向被拉长、 变扁甚至成细条，金属中 的夹杂物也沿变形方向伸 长，形成所谓纤维组织， 该组织使金属在不同方向 上表现不同性能，产生一 定程度各向异性
形变织构
铝板的“制耳”
3.产生残余应力
残余应力：金属塑性变形中，由于内部变形不均
匀，变形后内部仍残有的应力
弹性应力，金属中处于自相平衡状态
• 宏观内应力 原因：金属表层和心部变形不均匀， 或两部分间变形不均匀
• 微观残余内应力 多晶体中各晶粒位向不同，使各 晶粒间变形不均匀，产生金属晶粒间相互平衡的 残余应力
（二）冷塑性变形对金属组织、性能的影响 1.产生加工硬化 加工硬化：金属经冷塑性变形后，强度、硬度提 高，塑性、韧性下降的现象 决定作用：位错密度增加，变形量增大，金属的塑 性变形抗力增大，加工硬化现象明显
未变形纯铁
变形20%纯铁中的位错
图3.15
冷变形强化原因：在塑性变形过程中，滑移面上产生许多晶格方向混乱 的微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生畸变，增加继续滑移阻力，继 续变形困难。
（三）塑性变形金属加热时组织性能变化
1、回复 加工硬化使金属处于不稳定状态 将冷成形后的金属加热至 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，称为回复。 特点：使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。 消除了晶格扭曲及大部分内应力。力学性能变化不大，强度、硬度 稍有降低；塑性略有提高；内应力大大降低。
缺点： ➢锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻 造； ➢锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； ➢需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； ➢生产现场劳动条件较差。
第一节 锻压工艺基础
一、金属的塑性变形 金属在外力作用下产生变形，若外力消除后，
变形随之消失，这类变形称为弹性变形。当外力 （达到或超过材料的屈服点）消除后，金属保持了 变形后的成型效果，这类变形称为塑性变形。
依靠各晶粒内的滑移实现金属塑性变形
2.多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形分为晶内变形和晶间变形。
晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶粒之间相互 移动或转动称为晶间变形。
多晶体金属的塑性变形抗力与组成晶体的晶粒 大小有关，金属晶粒越细小，金属的塑性变形抗力 越大，金属的强度越高
二、塑性变形后金属的组织和性能 （一）冷塑性变形与热塑性变形 冷塑性变形（冷变形加工）：金属的塑性变形在低 于再结晶温度状态下进行 热塑性变形（热变形加工）：再结晶温度以上进行 的塑性变形
回复处理:低温退火或去应力退火。 T回=(0.25~0.3)T熔（K）
2、再结晶（不是相变） 塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的
现象，称为再结晶。 再结晶温度一般为0.4T熔(K)以上 （T回=0.4T熔） 特点： • 再结晶通过形核、长大的方式进行，得到细小均匀等轴晶粒。 • 完全消除了残余应力和加工硬化现象，塑性提高。再结晶退火。 晶粒长大： 如温度继续升高或保温时间延长，晶粒会长大，使塑性、韧性明显下降。
应使流线与工件工作时所受到的最大拉应力方 向一致，与剪应力或冲击力方向垂直，尽量沿工件 外形轮廓连续分布
实例：当采用棒料直接经切 削加工制造螺钉时，螺钉头 部与杆部的纤维被切断，不 能连贯起来，受力时产生的 切应力顺着纤维方向，故螺 钉的承载能力较弱(如图示 )。
当采用同样棒料经局部镦 粗方法制造螺钉时(如图示)， 纤维不被切断且连贯性好， 纤维方向也较为有利，故螺 钉质量较好。
（四）热塑性变形对金属组织、性能的影响 热塑性变形，不会引起加工硬化，易发生表面
氧化，产品表面质量和尺寸精度较冷塑性变形低 1.形成热变形纤维组织
热变形加工时，金属中粗大枝晶偏析和夹杂物 沿金属流动方向伸长和破碎，形成纤维状，再结晶 过程中，不会改变其纤维状分布，宏观上表现为沿 变形方向出现一条条细线，为热变形纤维组织，称 为流线，沿流线方向强度、塑性和韧性相助大于垂 直方向上的相应性能
塑性指标反映金属材料的塑性变形能力，数值 越大，金属材料的塑性越好
1.单晶体的塑性变形-滑移、孪生 滑移：晶体两部分间沿一定晶面上的一定方向发生 的相对滑动 实质：切应力作用下，位错沿滑移面的运动 孪生：切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部 分以一定的晶面及晶向产生的剪切变形
孪生后晶体转至新位向，产生有利于滑移位向 的新滑移系，提高晶体的塑性变形能力
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移τ变形示意图
d)塑性变形
a)未变形
b)弹性变形
c)弹塑性变形
理想晶体结构：锌单晶理 论计算：σs=350MPa 实σs=0.1MPa
τ 位错引起滑移变形示意图
d)塑性变形
塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属 晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。
2.消除和改善铸态金属的组织缺陷 使金属铸锭中的气泡缩孔焊合、缩松压实、密度
增加 温度压力作用下，原子扩散速度加快，消除部分
偏析，使成分均匀 将粗大的柱状晶粒与枝晶变为细小的均匀的等轴
晶粒 改善夹杂物、碳化物的形态、大小与分布，金属
致密度提高
三、金属的锻压性能 （一）锻压工艺 锻压：借助于外力作用，使金属坯料产生塑性变 形，从而获得所要求形状、尺寸和力学性能的毛坯 或零件的一种压力加工方法。 锻造和冲压的总称
第三篇 金属压力加工
塑性成形（plasticity forming） —— 在外力作用下，金属发生塑性变形，
从而获得具有一定形状、尺寸、组织和力学性 能的工件的生产方法，又叫塑性加工或压力加 工。
常见的塑性成形方法： 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。
塑性成形加工的特点： 优点： ➢改善金属的组织，提高金属的力学性能； ➢节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料 的利用率和经济效益； ➢具有较高的劳动生产率 ➢适应性广
有利：强化材料的一种重要手段（自行车链条链片；喷丸；滚压）；许多工艺利用它。
不利：使金属塑性降低，继续变形困难，增大加工能量消耗，通过中间 热处理消除。
2.引起晶体的各向异性 金属发生塑性变形时，
随外形的改变，内部晶粒 形状沿变形方向被拉长、 变扁甚至成细条，金属中 的夹杂物也沿变形方向伸 长，形成所谓纤维组织， 该组织使金属在不同方向 上表现不同性能，产生一 定程度各向异性
形变织构
铝板的“制耳”
3.产生残余应力
残余应力：金属塑性变形中，由于内部变形不均
匀，变形后内部仍残有的应力
弹性应力，金属中处于自相平衡状态
• 宏观内应力 原因：金属表层和心部变形不均匀， 或两部分间变形不均匀
• 微观残余内应力 多晶体中各晶粒位向不同，使各 晶粒间变形不均匀，产生金属晶粒间相互平衡的 残余应力
（二）冷塑性变形对金属组织、性能的影响 1.产生加工硬化 加工硬化：金属经冷塑性变形后，强度、硬度提 高，塑性、韧性下降的现象 决定作用：位错密度增加，变形量增大，金属的塑 性变形抗力增大，加工硬化现象明显
未变形纯铁
变形20%纯铁中的位错
图3.15
冷变形强化原因：在塑性变形过程中，滑移面上产生许多晶格方向混乱 的微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生畸变，增加继续滑移阻力，继 续变形困难。