第三篇金属压力加工

第二章 常用金属的锻造性能
§2-1 金属的锻造性能及其影响因素
一、可锻性概念 • 金属的锻造性能，是指金属材料在压力加工时获得优质产品难易程度的
工艺性能。 • 衡量指标：金属的塑性和变形抗力。塑性越高，变形抗力越小，则金属
的可锻性越好。 • 二、影响可锻性的因素 • 1．金属的本质 • 化学成分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳和合金元素的
• 实际晶体的滑移不象理想晶体那样，而是 通过位错运动实现的。
• 二、多晶体的塑性变形 • 1、每个晶粒变形不均匀 • 2、晶粒间也产生滑动和转动。 • 3、变形抗力大
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§1-3 塑性变形后金属的组织和性能
• 一、加工硬化 • 金属在室温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，强度
和硬度不断提高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为 加工硬化。 • 加工硬化的金属内部组织变化特点。 • 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长， • 2、位错密度增加，晶格严重扭曲，产生内应力； • 3、滑移面和晶粒间产生碎晶。
质量分数的增加而变差。 • 组织结构 固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（如渗碳体）差。
金属在单相状态下的可锻性比在多相状态下的好。 • 细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。（但变形抗力较大）
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二、影响可锻性的因素
• 2．压力加工条件
• 1）变形温度 随着温度的升高，钢的强度下降，塑性上升，即钢的可锻 性变好。因此，压力加工都力争在高温下进行，即采用热变形。
• 水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能 产生的最大压力来表示，一般为5～150MN。
• 水压机靠静压力工作，无振动，变形速度低（水压机上砧速度约 为0.1～0.3m/s；锻锤锤头速度可达7～8m/s)，有利于改善材料的 可锻性，并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件的生产， 所锻钢锭质量可达300吨。
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3）应力状态
• 三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好。拉应力的数 目越多，则金属的塑性越差。
• 压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的塑性。 • 在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金属失去塑性。 • 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。 • 综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加工条
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2020/12/8
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•2、挤压： 挤压是利用压力， 将金属坯料从挤压模的模孔中 挤出而成形的压力加工方法。 ①正挤压；②反挤压；③复合 挤压。
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•3、拉拔 拉拔是利用拉力，将 金属坯料拉过拉拔模的模孔而成 形的压力加工方法。常需经多次 拉拔，依次通过形状和尺寸逐渐 变化的模孔，才能得到所需截面 的产品。
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• 6-3 应用题 • 1．钨的熔点为3380℃，铅的熔点为327℃，试计算钨及铅的再结
晶温度。钨在900℃进行变形，铅在室温（20℃）进行变形，试判 断它们属于何种变形。 • T回=0.3T熔点（K) (3380+273) ×0.3 =3653 ×0.3 = 1096（823 ℃） • T再 =0.4T熔点（K) (3380+273) ×0.4 =3653 ×0.4 = 1461（1188 ℃） • T回（823 ℃）＜ 900℃＜ T再（1188 ℃）所以为温变形
件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件，提高塑 性，降低变形抗力。
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• 6-1 判断题
• 1．压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一种方法。 在塑性变形的过程中，理论上认为金属只产生形状的变化而其体 积是不变的。
• 2．把低碳钢加热到1200℃时进行锻造，冷却后锻件内部晶粒将沿 变形最大的方向被拉长并产生碎晶。如将该锻件进行再结晶退火， 便可获得细晶组织。
• 铅 T再 =0.4T熔点（K) (327+273) ×0.4 =600×0.4 = 240（-33℃） • 所以铅在室温（20℃）进行变形为热变形
• 2．圆钢拔长前直径为φ100mm，拔长后为φ50mm，试计算锻造比 y。
• y=F0/F=(100/50)2=4
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第三章 锻造方法
• 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除，只 有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。
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合理利用纤维组织
• 1、应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方 向重合，2、最大切应力方向与纤维方向垂直，3、并 使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。
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• 3．锻造比是表示金属变形程度的工艺参数。用碳钢钢锭锻造大型 轴类锻件时锻造比应选（ ）。 A．y＝ 1～1.5 ；B．y＝ 1.5～2.5 ；C．y＝2.5～3.0；D．y＞5 。
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• 4．有一批连杆模锻件，经金相检验，发现其纤维不连续，分布不 合理。为了保证产品质量应将这批锻件（ ）。
A．进行再结晶退火；B．进行球化退火；C．重新加热进行第二次锻 造；D．报废。
• 5．经过热变形的锻件一般都具有纤维组织。通常应使锻件工作时 的最大正应力与纤维方向（ ）；最大切应力与纤维方向 （ ）。 A．平行； B．垂直； C．呈45°角； D．呈任意角度均可。
• 6．碳的质量分数（含碳量）大于0.8％的高碳钢与低碳钢相比， 可锻性较差。在选择终锻温度时，高碳钢的终锻温度却低于低碳 钢的终锻温度；其主要原因是为了（ ）。 A．使高碳钢晶粒细化提高强度； B．使高碳钢获得优良的表 面质量； C．打碎高碳钢内部的网状碳化物。
精度差、表面粗糙、加工余量大。 • 自由锻只适用于单件、小批量生产。 • 自由锻是大型锻件唯一可能的锻造方法。
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一、自由锻设备
• 自由锻锤 产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是 空气锤和蒸汽-空气自由锻锤。
• 自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活塞） 质量来表示，空气锤的吨位用一般为50～1000公斤。蒸汽-空气自 由锻锤的吨位，一般为1～5吨。
• §3-1 自由锻
• 自由锻 利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金属坯料产生 塑性变形，从而得到所需锻件的压力加工方法。
• 自由锻分手工锻造和机器锻造两种，目前都采用机器锻造。 • 自由锻通常采用热变形，常以逐段变形的方式来达到成形的目的， • 自由锻只能锻造形状简单的锻件，生产率低，劳动强度大，锻件
• 锻造温度范围 • 开始锻造的温度称为始锻温度，指金属在锻造前加热允许的最高温度。
始锻温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。 • 过热 加热温度过高，导致晶粒急剧长大的现象。该缺陷可以通过重新
的热处理加以消除。 • 过烧 加热温度过高（过热之后），导致晶界严重氧化，甚至局部熔化
的现象。 产生该缺陷后，性能极脆，并不能挽救，只能报废。 • 停止锻造的温度称为终锻温度，指金属热变形允许的最低温度。终锻温
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•4、自由锻 自由锻是利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金属坯 料变形，从而得到所需锻件的压力加工方法。 5、模锻 模锻是利用冲击力或压力，使放在锻模模膛内的金属坯料变 形，最后充满模膛而成形的压力加工方法。 6、板料冲压 板料冲压是利用压力，使放在冲模间的金属板料产生分 离或变形的压力加工方法。
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二、自由锻的基本工序
•根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序可 分为辅助工序、基本工序及修整工序。 •压钳口、倒棱、压肩、校直、滚圆、压平
• 再结晶消除了全部加工硬化，使金属的强度和硬度明显下降， 塑性和韧性显著提高。
• 一般纯金属的再结晶温度为：
•
T再结晶≈0.4T熔点（K）
• 消除金属加工硬化的热处理方法叫再结晶退火。
• 再结晶的特点
• 1、只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。
• 2、不同于同素异构转变，不发生晶体结构变化。
• 3、可以细化晶粒。但过份地延长加热时间，则晶粒还会不断长 大，使金属力学性能下降。
• 9．对于塑性变形能力较差的合金，为了提高其塑性变形能力，可 采用降低变形速度或在三向压应力下变形等措施。
• 6-2 选择题 • 1．钢制的拖钩如图6-1所示，可以用多种方法制成。其中，拖重能
力最大的是（ ）。 A． 铸造的拖钩；B．锻造的拖钩；C．切割钢板制成的拖钩。
• 2．有一批经过热变形的锻件，晶粒粗大，不符合质量要求，主要 原因是（ ）。 A．始锻温度过高；B．始锻温度过低；C．终锻温度过高； D．终锻温度过低。
• 热变形特点 金属在热变形过程中，也产生加工硬化，但随时被 再结晶所消除。热变形时，金属的变形抗力小，塑性好。工件的 表面质量低于冷变形。
• 3．温变形 • 金属在回复温度和再结晶温度之间的变形，称为温变形。兼有冷
变形、热变形的综合特点。
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四、金属锻件的特点
• 1、金属更加致密。 • 2、获得细化的再结晶组织。因此，金属的力学性能得到很大提高。 • 3、形成纤维组织，或称流线。 • 纤维组织 金属晶界上的夹杂物随晶粒沿变形最大方向被拉长得
• 6．塑性是金属可锻性中的一个指标。压力加工时，可以改变变形 条件；但不能改变金属的塑性。
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• 7．冷变形不仅能改变金属的形状，而且还能强化金属，使其强度、 硬度升高。冷变形也可以使工件获得较高的精度和表面质量。
• 8．某一批锻件经检查，发现由于纤维组织分布不合理而不能应用。 若对这批锻件进行适当的热处理，可以使锻件重新得到应用。
度过低，金属的加工硬化严重，变形抗力急剧增加，使加工难于进行。
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碳钢的锻造温 度范围
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2）变形速度
• 1、随变形速度的增大，加工 硬化严重，可锻性变坏。
• 2、另一方面，在变形过程中， 产生热效应现象。热效应现 象使金属的塑性提高，变形 抗力减小，可锻性变好。
• 但是，除了高速锤以外，在 普通锻压设备上都不可能超 过临界变形速度。所以，一 般塑性较差的金属，应以较 小的变形速度，在压力机上 进行锻造。
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第一章 金属的塑性成形工艺基础
•§1-1 金属塑性变形的实质
•一、单晶体的塑性变形 •单晶体塑性变形的主要方式是滑移。 •滑移是在切应力作用下，晶体的一部分原子相对另一部分原子， 沿着一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）产生的 移动。
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§1-1 金属塑性变形的实质
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二、回复和再结晶
• 1．回复
• T回复=（0.25～0.3）T熔点（K） 式中T回复为金属回复的绝对温度； • T熔点为金属熔化的绝对温度。
• 回复使晶格扭曲被消除，内应力明显降低，但力学性能变化不 大，部分地消除了加工硬化。
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2．再结晶
• 再结晶 以某些碎晶或杂质为晶核，成长为新的等轴细晶粒的 过程称为再结晶。
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二、回复和再结晶
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三、冷变形、热变形和温变形
• 1．冷变形 金属在回复温度以下的变形称为冷变形，具有加工硬 化组织。 冷变形特点
• 冷变形可以使工件获得较高的精度和表面质量。冷变形也是强化 金属的一种重要手段。但变形抗力大。
• 2．热变形 金属在再结晶温度以上的变形称为热变形，具有再结 晶组织。
到的组织。
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纤维组织的特点
• 变形程度越大，纤维组织越明显。
• 常用锻造比Y表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为：
•
Y=F0/F
• 式中F0为坯料拔长前的横截面积；F为坯料拔长后的横截面积。
• 纤维组织使金属在性能上具有方向性。
• 纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高，
• 横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。
• 3．将化学成分和尺寸相同的三个金属坯料加热到同一温度，分别 在空气锤、水压机和高速锤上进行相同的变形，其变形抗力大小 应相同。
• 4．在外力作用下金属将产生变形。应力小时金属产生弹性变形， 应 弹性力变超形过存σs时在金。属产生塑性变形。因此，塑性变形过程中一定有
• 5．只有经过塑性变形的钢才会发生回复和再结晶。没有经过塑性 变形的钢，即使把它加热到回复或再结晶温度以上也不会产生回 复或再结晶。