合工大第3章金属的塑性成形(张祖芳)详解

组织变化：晶粒沿变形方向被拉长；滑移面附近 晶格产生畸变；出现许多微小碎晶
加工硬化对金属组织性能的影响： ① 压力加工中，加工硬化增大了材料继续变形的阻力。常在冷 轧、冷拉等一些变形程度较大的冷变形工序中，穿插再结晶退火 工序，以消除加工硬化。 ② 通过加工硬化可以提高金属强度、硬度和耐磨性。如冷拉钢 丝，冷卷弹簧，坦克和拖拉机履带，等零件的制造均利用了加工 硬化效应来提高零件的性能。
③ 加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发地回复到稳定状态 的倾向。 加工硬化在生产中的实用意义
加工硬化是强化金属的重要方法之一。纯金属及某些不能通 过热处理方法强化的合金，如低碳钢、纯铜、防锈铝、奥氏 体不锈钢、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来 提高其强度和硬度。
2．回复和再结晶
加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状态 的倾向。但在常温下，多数金属的原子扩散能力很低，加工硬 化不会自发消除。而将硬化金属加热后，将相继发生回复、再 结晶和晶粒长大现象，金属的组织和性能也随之变化
型材
板材
线材
齿轮
轴
其它
第一节 金属塑性成形基础
一、 金属塑性变形的机理 1．单晶体的塑性变形 以理想单晶体为例（无缺陷、晶格规则）
正应力拉伸
滑移：金属原子沿某些特定面移动 (即金属原子在外力的作用下产生了一定的位移）
滑移通常是通过位错的移动来实现的。
结论： 金属塑性变形的实质是原子的移动 塑性变形前后晶格类型保持不变
温成形: 介于冷变形和热变形之间的塑性变形,有加工硬化及
回复现象，但无再结晶 用温热变形得到的工件，其强度和尺寸精度比热变形高，而 变形抗力比冷变形低。如温热挤压、半热锻等 用于尺寸较大、材料强度较高的零件或半成品制造。
铅、锡在室温下的加工属于热变形；钨的再结晶 温度为1210℃，即使在1000℃的高温下进行的加 工也属于冷变形
料的再加工，如冷轧、冷冲压、冷镦及冷拉等。
热成形: 在再结晶温度以上进行的塑性成形，变形过程中既
有加工硬化又有再结晶，且硬化被再结晶完全消除 综合力学性能好,变形力小，变形程度大。 用于毛坯或半成品的制造,自由锻、热模锻、热轧、热挤压等 工艺都属于热变形加工 为使再结晶迅速、彻底，实用热成形温度远高于再结晶温度
2．多晶体的塑性变形
晶内变形：主要以滑移方式进行 晶间变形：晶粒间的相对滑动和转动 各晶粒的变形是分批、逐步进行的 （低温时多为晶内变形，变形量较小）
多晶体的塑性变形＝（晶内变形+晶间变形)
二、 金属的加工硬化、回复和再结晶
1．金属的加工硬化 金属在低于再结晶温度加工时，由于塑性应变而产生的强度 和硬度增加,塑性、韧性下降的现象
四、 锻造比与锻造流线 1．锻造比： 锻造时变形程度的一种表示方法 • 拔长时： y A0 / A L / L0 y A / A0 H 0 / H • 镦粗时：
随着锻造比的 增加，金属的力学 性能显著变化（组
织致密程度和晶粒细 化程度提高）
Hale Waihona Puke Baidu
生产实践表明： 当Y锻＝2时，铸态组织中的疏松、气孔被压合，组织得到细化， 工件纵向和横向的力学性能均有显著提高。 当 Y锻＝2～5时，工件锻造流线明显，呈各向异性，纵向力学性 能略有提高，但横向的力学性能开始下降。 当Y锻 >5时，工件纵向力学性能不再提高，而横向力学性能急剧 下降。 因此，以钢锭为坯料进行锻造时，应按零件的力学性能要求 选择合适的锻造比。如拉杆等主要在流线纵向受力的零件，锻 比选2.5～5；而吊钩等主要在流线横向受力的零件，锻比选取 2～2.5。若用钢材为坯料进行锻造，因钢材在轧制过程中已经产 生了锻造流线，锻造时主要考虑流线与零件轮廓的符合程度， 故锻比取1.3～1.5即可。
（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。例如，精密锻造的伞齿 轮齿形部分可不经切削加工直接使用，复杂曲面形状 的叶片精密锻造后只需磨削便可达到所需精度。
应用：型材、板材、线材 承受较大负荷或复杂载荷的机械零件 缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特别复杂 （特别是内腔形状复杂）或体积特别大的零件或毛坯，生 产条件较差
三、 金属的冷成形、热成形及温成形 冷成形: 在再结晶温度以下进行的塑性成形，变形过程中
会出现加工硬化。 冷成形的特点及应用： ① 冷成形时金属的塑性低，变形抗力大；
② 热压力加工能一次成形的，采用冷压力加工就可能要加工多
次，在中间还需进行多次再结晶退火；设备也要求刚性好，吨 位大；
③ 冷成形后的产品精度高，表面光洁，常用于已热变形过的坯
(1) 回复：回复使晶格畸变减轻或消除，使制件保
持较高的强度且降低脆性(冷拔钢丝经冷卷成形 后的低温回火，可使弹簧定形且仍保持良好的弹性) 回复温度约为（0.25～0.30）T熔K
(2) 再结晶：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结
晶，变为等轴细晶完全消除加工硬化现象再结 晶温度一般为0.4T熔K以上 (再结晶只是原子重 新排列的过程）
第3章 金属的塑性成形
金属塑性成形基础 自由锻及自由锻工艺设计 模锻及模锻工艺设计 冲压及冲压工艺设计
定义
– 利用外力使金属产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改 善性能，获得型材或锻压件的加工方法
两个条件：外力、塑性，缺一不可

包括： 锻造、冲压 、轧制、挤压和拉拔
基本特点:
（1）改善金属的组织、提高力学性能 金属材料经压力 加工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消 除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于 金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密 的金属组织，从而提高金属的力学性能。在零件设计时， 若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，可以提高零 件的抗冲击性能。 （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。