材料成型工艺学3第三篇 金属塑性加工
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自由锻设备：锻锤 — 中、小型锻件 液压机 — 大型锻件
在重型机械中,自由锻是生产大型和特大型锻件的 惟一成形方法。
1.自由锻工序 自由锻工序：基本工序 辅助工序 精整工序
(1) 基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求, 达
到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、
扭转、错移、切割 (2) 辅助工序
金属的塑性变形分为:
冷变形：在再结晶温度以下的变形叫冷变形。
变形过程中无再结晶现象，变形后的 金属具有冷变形强化现象。
冷变形能使金属获得较高的强度、硬 度和低粗糙度值，生产中常用它来提高产 品的性能。
热变形：在再结晶温度以上的变形叫热变形。
变形后，金属具有再结晶组织、而无冷变 形强化痕迹。
金属只有在热变形情况下，才能以较小的 功达到较大的变形。同时能获得具有高力学性能 的细晶粒再结晶组织。
指进行基本工序之前的预先变形工序。 如：压钳口、倒棱、压肩 (3) 精整工序
它是在完成基本工序之后，用以提高锻件 尺寸及位置精度的工序。
一般在终锻温度以下进行。
2. 锻件分类及基本工序方案
二、模锻
模锻：是使金属坯料在冲击力或压力作用下,在锻模 模膛内变形,从而获得锻件的工艺方法。
特点：● 锻件尺寸精确、加工余量较小 ● 结构可以较复杂 ● 生产率高
二、加工条件
1．变形温度的影响
温度↑→塑性↑, 变形抗力↓ →可锻性↑
温度↑↑ →过热, 过烧, 氧化等 锻造温度范围：始锻 — 终锻 碳钢锻造温度范围：
始锻：AE线下200℃左右 终锻：800 ℃左右 组织：A, A+Fe3CⅡ
2. 变形速度的影响
变形速度：即单位时间的 变形程度。
变形速度↑→ 冷变形强化现象↑→ 塑性↓ 、变形抗力↑ → 可锻性↓
变形速度↑↑→ 热效应现象↑→ 塑性 ↑ 、变形抗力↓ → 可锻性↑
3. 应力状态的影响
实践证明：
● 三个方向的应力中, 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 ● 同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的
变形抗力
第二章 锻 造
锻造：利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中 变形, 从而获得所需形状和尺寸的锻件, 这类 工艺方法称为锻造。
§1 金属塑性变形的实质
塑性变形： 金属塑性变形的实质：滑移、孪生
◆传统理论：晶体内部滑移的结果
刚 性 运 动
◆孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶
向发生切变，使晶体的变形部分与未变形部分呈 镜面对称，即形成孪晶。
◆近代理论：位错运动的结果
多晶体的塑变： --晶内变形： 许多单个晶粒内部变形 --晶间变形： 晶粒间滑动与转动
锻造是金属零件的重要成型方法之一,它能 保证金属零件具有较好的力学性能,以满足使用 要求。
§1 锻造方法
一、自由锻
自由锻：是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵 铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺 寸的锻件。
金属沿变形方向可以自由流动
自由锻特点：工具简单，通用性强； 可锻锻件质量范围大：1kg～300t
纤维组织的稳定性很高, 不能用热处理方法加以消 除。只有经过锻压使金属变形, 才能改变其方向和形状。
为了获得具有最好力 学性能的零件, 在设计和 制造零件时, 都应使零件 在工作中产生的最大正应 力方向与纤维方向重合, 最大切应力方向与纤维方 向垂直。并使纤维分布与 零件的轮廓相符合, 尽量 使纤维组织不被切断。
加硬化得到部分消除。
T回 = (0.25～0.3)T熔 式中: T回——以绝对温度表示的金属回复温度;
T熔——以绝对温度表示的金属熔点温度。
▲再结晶：金属以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶体
结构结晶成新的晶粒 ，消除全部加工硬化。
T再= 0.4T熔 式中：T再——以绝对温度表示的金属再结晶温度。
因此，金属压力加工生产多采用热变形来进行。
◆压力加工使铸锭的组织细化（再结晶组织），使 金属更加致密，力学性能提高。
◆纤维组织：基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的 杂质形状都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。
纤维组织使金属在性能上 具有了方向性：
金属在纵向（平行纤维 方向）上塑性和韧性提高：
在横向（垂直纤维方向） 上塑性和韧性降低。
§3 金属的可锻性
金属的可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形 而不开裂的能力。
金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工 成形； 可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法 成形。
衡量指标：金属的塑性（ψ、δ ）； 变形抗力（σb、HB）。
塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。
金属的可锻性取决于金属的本质和加ห้องสมุดไป่ตู้条件。
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
一、金属的本质
1. 化学成分的影响
● 纯金属的可锻性比合金好; ● 碳钢的含碳量越低, 可锻性越好; ● 钢中含有形成碳化物的元素 (如铬、钼、钨、钒 等)
时，其可锻性显著下降。
2. 金属组织的影响
● 纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好， ● 碳化物（如渗碳体）的可锻性差。 ● 粗晶粒结构不如晶粒细小的组织的可锻性好。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
最小阻力定律： 塑性变形时金属各质点首先向阻力最小的方向移动。
变法 形线 功方 小向
§2 塑性变形对金属的组织和性能的影响
金属在常温下经过塑性变形后， 内部组织变化:
① 晶粒沿最大变形的方向伸长； ② 晶格与晶粒均发生扭曲；产生内应力； ③ 晶粒间产生碎晶。
第三篇 金属塑性加工
塑性加工：利用金属在外力作用下所产生的塑性变 形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原 材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属塑性加 工， 又称金属压力加工。
原材料：金属型材、板材、管材和线材 特点：▲ 工艺实质—固态成型
▲ 组织致密，力学性能高于铸件
第一章 金属的塑性变形
在重型机械中,自由锻是生产大型和特大型锻件的 惟一成形方法。
1.自由锻工序 自由锻工序：基本工序 辅助工序 精整工序
(1) 基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求, 达
到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、
扭转、错移、切割 (2) 辅助工序
金属的塑性变形分为:
冷变形：在再结晶温度以下的变形叫冷变形。
变形过程中无再结晶现象，变形后的 金属具有冷变形强化现象。
冷变形能使金属获得较高的强度、硬 度和低粗糙度值，生产中常用它来提高产 品的性能。
热变形：在再结晶温度以上的变形叫热变形。
变形后，金属具有再结晶组织、而无冷变 形强化痕迹。
金属只有在热变形情况下，才能以较小的 功达到较大的变形。同时能获得具有高力学性能 的细晶粒再结晶组织。
指进行基本工序之前的预先变形工序。 如：压钳口、倒棱、压肩 (3) 精整工序
它是在完成基本工序之后，用以提高锻件 尺寸及位置精度的工序。
一般在终锻温度以下进行。
2. 锻件分类及基本工序方案
二、模锻
模锻：是使金属坯料在冲击力或压力作用下,在锻模 模膛内变形,从而获得锻件的工艺方法。
特点：● 锻件尺寸精确、加工余量较小 ● 结构可以较复杂 ● 生产率高
二、加工条件
1．变形温度的影响
温度↑→塑性↑, 变形抗力↓ →可锻性↑
温度↑↑ →过热, 过烧, 氧化等 锻造温度范围：始锻 — 终锻 碳钢锻造温度范围：
始锻：AE线下200℃左右 终锻：800 ℃左右 组织：A, A+Fe3CⅡ
2. 变形速度的影响
变形速度：即单位时间的 变形程度。
变形速度↑→ 冷变形强化现象↑→ 塑性↓ 、变形抗力↑ → 可锻性↓
变形速度↑↑→ 热效应现象↑→ 塑性 ↑ 、变形抗力↓ → 可锻性↑
3. 应力状态的影响
实践证明：
● 三个方向的应力中, 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 ● 同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的
变形抗力
第二章 锻 造
锻造：利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中 变形, 从而获得所需形状和尺寸的锻件, 这类 工艺方法称为锻造。
§1 金属塑性变形的实质
塑性变形： 金属塑性变形的实质：滑移、孪生
◆传统理论：晶体内部滑移的结果
刚 性 运 动
◆孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶
向发生切变，使晶体的变形部分与未变形部分呈 镜面对称，即形成孪晶。
◆近代理论：位错运动的结果
多晶体的塑变： --晶内变形： 许多单个晶粒内部变形 --晶间变形： 晶粒间滑动与转动
锻造是金属零件的重要成型方法之一,它能 保证金属零件具有较好的力学性能,以满足使用 要求。
§1 锻造方法
一、自由锻
自由锻：是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵 铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺 寸的锻件。
金属沿变形方向可以自由流动
自由锻特点：工具简单，通用性强； 可锻锻件质量范围大：1kg～300t
纤维组织的稳定性很高, 不能用热处理方法加以消 除。只有经过锻压使金属变形, 才能改变其方向和形状。
为了获得具有最好力 学性能的零件, 在设计和 制造零件时, 都应使零件 在工作中产生的最大正应 力方向与纤维方向重合, 最大切应力方向与纤维方 向垂直。并使纤维分布与 零件的轮廓相符合, 尽量 使纤维组织不被切断。
加硬化得到部分消除。
T回 = (0.25～0.3)T熔 式中: T回——以绝对温度表示的金属回复温度;
T熔——以绝对温度表示的金属熔点温度。
▲再结晶：金属以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶体
结构结晶成新的晶粒 ，消除全部加工硬化。
T再= 0.4T熔 式中：T再——以绝对温度表示的金属再结晶温度。
因此，金属压力加工生产多采用热变形来进行。
◆压力加工使铸锭的组织细化（再结晶组织），使 金属更加致密，力学性能提高。
◆纤维组织：基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的 杂质形状都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。
纤维组织使金属在性能上 具有了方向性：
金属在纵向（平行纤维 方向）上塑性和韧性提高：
在横向（垂直纤维方向） 上塑性和韧性降低。
§3 金属的可锻性
金属的可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形 而不开裂的能力。
金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工 成形； 可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法 成形。
衡量指标：金属的塑性（ψ、δ ）； 变形抗力（σb、HB）。
塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。
金属的可锻性取决于金属的本质和加ห้องสมุดไป่ตู้条件。
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
一、金属的本质
1. 化学成分的影响
● 纯金属的可锻性比合金好; ● 碳钢的含碳量越低, 可锻性越好; ● 钢中含有形成碳化物的元素 (如铬、钼、钨、钒 等)
时，其可锻性显著下降。
2. 金属组织的影响
● 纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好， ● 碳化物（如渗碳体）的可锻性差。 ● 粗晶粒结构不如晶粒细小的组织的可锻性好。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
最小阻力定律： 塑性变形时金属各质点首先向阻力最小的方向移动。
变法 形线 功方 小向
§2 塑性变形对金属的组织和性能的影响
金属在常温下经过塑性变形后， 内部组织变化:
① 晶粒沿最大变形的方向伸长； ② 晶格与晶粒均发生扭曲；产生内应力； ③ 晶粒间产生碎晶。
第三篇 金属塑性加工
塑性加工：利用金属在外力作用下所产生的塑性变 形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原 材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属塑性加 工， 又称金属压力加工。
原材料：金属型材、板材、管材和线材 特点：▲ 工艺实质—固态成型
▲ 组织致密，力学性能高于铸件
第一章 金属的塑性变形