第二章 锻压工艺1

第二章锻压工艺Forging and Stamping Process

第一节热加工基础 Hot-work Fundament

金属塑性变形的实质-晶体内部产生滑移(td75)

滑移-晶体的一部分相对另一部分，沿原子排列紧密的晶面（该面称滑移面）作相对滑动(td76)。

滑移带-很多晶面同时滑移积累起来而形成（dd76）。

一、加工硬化、回复与再结晶

1.加工硬化-金属在低温下进行塑性变形时，随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性

下降的现象(dd27). 又称冷变形强化(td84)。

2.加工硬化的实质-金属在低温下塑性变形时内部组织发生了变化：(1)晶粒沿变形最

大的方向伸长；(2)晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；(3)晶粒间产生碎晶。

(dz117)

3.回复-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。当加热温度

为T回 = （0.25～0.3）T熔时，塑性变形后的金属性能大部分回复到变形前的性能。

称为回复(td78)，此时的温度称为回复温度T回。T回——以绝对温度表示的金属回复

温度；T熔—一以绝对温度表示的金属熔点温度。

4.再结晶-当温度继续升高到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，金属原子获得更多的热

能，开始以某些碎晶或杂质为核心，结晶成新的晶粒，从而消除了全部加工硬化现

象(dz117) (td107)。这时的温度称为再结晶温度T再 = 0.4 T熔。

5.再结晶退火-采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性的工艺方

法。

二、冷变形与热变形

1．冷变形-在再结晶温度以下的变形。变形过程中无再结晶现象，变形后的金属具有加工硬化现象(dz115,dd13)。

2．热变形-在再结晶温度以上的变形。变形后，金属具有再结晶组织、而无加工硬化痕迹(td107)。也称热加工(dz124)。

三、纤维组织、流线与锻造比

1．纤维组织-金属在冷变形时，晶粒沿变形方向拉长而产生(td119)。可通过再结晶退火消除。

2．流线-金属在热变形时，非金属夹杂物等杂质沿变形方向排布而产生(td139)。流线越明显，金属在纵向（平行流线方向）上塑性和韧性提高，而在横向（垂直流线方向）上

塑性和韧性降低。

3．钢锭开坯-热加工生产采用的原始坯料是铸锭。其内部组织很不均匀，晶粒较粗大，并存在气孔、缩松、非金属夹杂物等缺陷。铸锭加热后经过热加工，由于塑性变形及再

结晶，从而改变了粗大、不均匀的铸态结构(dd26)，获得细化了的再结晶组织。同时40

还可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属更加致密，力学性能得到很大提

高。

4．锻造比-在压力加工中，金属截面积变化的程度。

拔长时的锻造比为:

Y拔＝F0/F

镦粗时的锻造比为:

Y镦＝H0/H

式中，H0、F0——坯料变形前的高度和横截面积；

H、F——坯料变形后的高度和横截面积。

在一般情况下增加锻造比，可使金属组织细密化，提高锻件的力学性能。但是，当锻造比过大，金属组织的紧密程度和晶粒细化程度都已达到了极限状况，锻件的力学性能不再升高，而是增加各向异性。

5．流线的利用-流线的化学稳定性强，通过热处理是不能消除的，只能通过不同方向上的锻压才能改变流线的分布状况。由于流线的存在对力学性能有影响，特别是对冲击韧性的影响，因此，在设计和制造易受冲击载荷的零件时，一般应遵守两项原则：①使流线分布与零件的轮廓相符合而不被切断；②使零件所受的最大拉应力与流线方向一致，最大切应力与流线方向垂直。(fig10.3) 例如，当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部的流线被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着流线方向，故螺钉的承载能力较弱(dd12)。当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时(dd13)，流线不被切断且连贯性好，流线方向也较为有利，故螺钉质量较好。

复习思考题

1、锡在20℃、钨在1100℃变形，各属哪种变形？为什么（锡的熔点为232℃，钨的熔点为3380℃）？

2、流线组织是怎样形成的?它的存在有何利弊？试举例说明。

3、原始坯料长150mm，若拔长到450mm时，锻造比是多少？

第二节金属的可锻性 Forgability of Metals 金属的可锻性-用来衡量金属材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。

塑性-指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。

变形抗力-金属对变形的抵抗力，称为变形抗力。

塑性反映了金属塑性变形的能力，而变形抗力反映了金属塑性变形的难易程度(dz124)。塑性高，则金属变形不易开裂；变形抗力小，则锻压省力。两者综合起来，金属材料就具有良好的可锻性。金属的可锻性取决于材料的性质(内因)和加工条件(外因)。

一、材料性质的影响

1.化学成分的影响

一般来说，纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的（dd32）。

2.金属组织的影响

纯金属及单相固溶体(如奥氏体)具有良好的塑性，其锻造性能较好。若含有多个不同性能的组成相，则塑性降低，锻造性能较差(dd04)。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的

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可锻性好(dh18_c)。

二、加工条件的影响

金属的加工条件，一般指金属的变形温度、变形速度和变形方式等。

1．变形温度的影响

随着温度升高，原子动能升高，易于产生滑移变形，从而提高了金属的锻造性能，所以加热是压力加工成形中很重要的变形条件(dz28)。

过热-加热温度过高，晶粒急剧长大，金属机械性能降低的现象。

过烧-若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废的现象(cracks4)。

始锻温度-金属锻造加热时允许的最高温度。

终锻温度-在锻造过程中，金属坯料温度不断降低，当温度降低到一定程度，塑性变差，变形抗力增大，不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度。

锻造温度范围-始锻温度与终锻温度之间的区间。(td51)

2．变形速度的影响

变形速度即单位时间内的变形程度。一方面，随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大( td06)，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降(图中a点以后)，可锻性变好。但热效应现象只有在高速锤上锻造时才能实现，在一般设备上都不可能超过a点的变形速度，故塑性较差的材料(如高速钢等)或大型锻件，还是应采用较小的变形速度为宜。

3．应力状态的影响

金属在经受不同方式进行变形时，所产生的应力大小和性质(压应力或拉应力)是不同的。例如，挤压变形时(td113)为三向受压状态(dd25)。而拉拔时(td117)则为两向受压一向受拉的状态。

理论与实践证明，在三向应力状态图中，压应力的数量愈多，则其塑性愈好；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。其理由是在金属材料的内部或多或少总是存在着微小的气孔或裂纹等缺陷，在拉应力作用下，缺陷处会产生应力集中，使得缺陷扩展甚至达到破坏，从而金属失去塑性；而压应力使金属内部原子间距减小，又不易使缺陷扩展，故金属的塑性会增高。另一方面，从变形抗力来分析，压应力使金属内部摩擦增大，变形抗力也随之增大。在三向受压的应力状态下进行变形时，其变形抗力较三向应力状态不同时大得多。

复习思考题

1、如何提高金属的塑性?最常用的措施是什么?

2、“趁热打铁”的含义何在?

3、在如图2-8所示的两种砧铁上拔长时，效果有何不同？

4、重要的轴类锻件为什么在锻造过程中安排有镦粗工序？

本讲小结：

1．主要内容：加工硬化与再结晶；冷变形与热变形；纤维组织与流线；可锻性

2．重点内容：加工硬化与再结晶；纤维组织与流线；可锻性。

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