工程材料与成型工艺课件锻压

正挤压
反挤压h 复合挤压 径向挤压 14
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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。
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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。
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。
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。
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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。
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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。
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.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。 h
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【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。
滑移方向：原子排列最紧密的方向
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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。
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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。
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。
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。
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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 。
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。 3）晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶 粒界分布，形成纤维组织（锻造流线）。
【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。
一、塑性变形的实质
1.单晶体的塑性变形
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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
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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。
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2. 挤压
定义：在Hale Waihona Puke Baidu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。
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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：
（ 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。
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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，
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。
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（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。
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。
（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h良的材料才能进行锻压。2
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。