第三節(jié)金屬的塑性加工

上砥鐵下砥鐵坯料當(dāng)前1頁(yè)，總共37頁(yè)。

又稱為金屬塑性成形。金屬坯料外力塑性變形產(chǎn)生改變形狀改變尺寸改善性能達(dá)到毛坯零件得到壓力加工的定義當(dāng)前2頁(yè)，總共37頁(yè)。壓力加工方式

（1）軋制主要有：軋制、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓當(dāng)前3頁(yè)，總共37頁(yè)。（2）擠壓

使金屬坯料從擠壓模孔擠出而成形為各種型材、管材、零件等。擠壓的方法：正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓當(dāng)前4頁(yè)，總共37頁(yè)。（3）鍛造

將金屬坯料置于上下砧或鍛模內(nèi)，用沖擊力或壓力使金屬成形為各種型材和鍛件等鍛造的種類有：

自由鍛、模鍛、胎模鍛當(dāng)前5頁(yè)，總共37頁(yè)。（5）拉拔將金屬坯料從拉模的?？字欣龆尚螢楦鞣N線材、薄壁管材、特殊截面型材等當(dāng)前6頁(yè)，總共37頁(yè)。一、金屬的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。(一)、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片當(dāng)前7頁(yè)，總共37頁(yè)。1.滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

滑移變形的特點(diǎn)：⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力.當(dāng)前8頁(yè)，總共37頁(yè)。⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。

一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。當(dāng)前9頁(yè)，總共37頁(yè)。⑶滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍.滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。

銅拉伸試樣表面滑移帶⑷滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)前10頁(yè)，總共37頁(yè)?？偨Y(jié)：滑移的實(shí)質(zhì)滑移的過(guò)程就是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，并非剛性整體運(yùn)動(dòng)，所以實(shí)際需要的剪切應(yīng)力遠(yuǎn)小于理論剪切應(yīng)力。當(dāng)前11頁(yè)，總共37頁(yè)。理論上，整體剛性滑移——滑移困難實(shí)際上，位錯(cuò)移動(dòng)——滑移容易當(dāng)前12頁(yè)，總共37頁(yè)。近代物理學(xué)證明，實(shí)際晶體內(nèi)部存在大量缺陷。其中，以位錯(cuò)(圖3-2a)對(duì)金屬塑性變形的影響最為明顯。由于位錯(cuò)的存在，部分原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在比理論值低得多的切應(yīng)力作用下，處于高能位的原子很容易從一個(gè)相對(duì)平衡的位置上移動(dòng)到另一個(gè)位置上(圖3-2b)，形成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)晶體的塑性變形(圖3-2c)。當(dāng)前13頁(yè)，總共37頁(yè)。㈡孿生孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。當(dāng)前14頁(yè)，總共37頁(yè)。與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大得多,變形速度極快,接近聲速;孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距.當(dāng)前15頁(yè)，總共37頁(yè)。多晶體的塑性變形

工業(yè)中實(shí)際使用的金屬大多是多晶體。

1、多晶體的特征：

a）晶體形狀和大小不等

b）相鄰晶粒的位向不同

c）多晶體內(nèi)存在大量晶界

當(dāng)前16頁(yè)，總共37頁(yè)。(二)、多晶體金屬的塑性變形1.不均勻的塑性變形過(guò)程單個(gè)晶粒變形與單晶體相似,多晶體變形比單晶體復(fù)雜。當(dāng)前17頁(yè)，總共37頁(yè)。2、晶粒位向的影響由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周?chē)木ЯＨ舨话l(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。當(dāng)前18頁(yè)，總共37頁(yè)。Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積3.晶界阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來(lái),稱位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高。當(dāng)前19頁(yè)，總共37頁(yè)。多晶體的塑性變形

工業(yè)中實(shí)際使用的金屬大多是多晶體。

1、多晶體的特征：

a）晶體形狀和大小不等

b）相鄰晶粒的位向不同

c）多晶體內(nèi)存在大量晶界

2、實(shí)際塑性變形：

a）各個(gè)晶粒內(nèi)部滑移和孿生的總和，構(gòu)成整體塑性變形。

b）各個(gè)晶粒間的變形，是產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和開(kāi)裂的原因。當(dāng)前20頁(yè)，總共37頁(yè)。變形有先有后

各晶粒相對(duì)于外力軸的取向不同，位向有利的晶粒先變形，且不同晶粒變形量也不同。一般變形度達(dá)到20%，幾乎所有晶粒都可參加變形。

各個(gè)晶粒的變形必須協(xié)調(diào)

晶粒不能自由地、均勻地滑移，它要受到相鄰晶粒的牽制，故晶粒之間要互相配合、協(xié)調(diào)。如果協(xié)調(diào)不好，將會(huì)導(dǎo)致塑性下降（晶界處開(kāi)裂）。理論分析指出，要能協(xié)調(diào)變形，每個(gè)晶粒至少能在5個(gè)獨(dú)立的滑移系上進(jìn)行滑移。這樣，多晶體變形就比單晶體更復(fù)雜，應(yīng)變硬化率也大得多。

變形不均勻?qū)е聝?nèi)應(yīng)力不均勻

當(dāng)前21頁(yè)，總共37頁(yè)。1.塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響纖維組織形成金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外形發(fā)生變化，其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀。（三）塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響當(dāng)前22頁(yè)，總共37頁(yè)。(3)形變織構(gòu)的產(chǎn)生由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。各向異性導(dǎo)致的銅板“制耳”有無(wú)

(2)亞結(jié)構(gòu)形成塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。當(dāng)前23頁(yè)，總共37頁(yè)。（1）產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。2.塑性變形對(duì)金屬性能的影響（2）使金屬的性能產(chǎn)生各向異性形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。當(dāng)前24頁(yè)，總共37頁(yè)。(4)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時(shí),內(nèi)部變形不均勻而引起的。內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力。第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間,(微觀內(nèi)應(yīng)力)。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。(3)影響金屬的物理、化學(xué)性能當(dāng)前25頁(yè)，總共37頁(yè)。二、塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化金屬經(jīng)冷變形后,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。當(dāng)前26頁(yè)，總共37頁(yè)。㈠回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使其由冷塑性變形時(shí)的無(wú)序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植迹纬蓙喚Ы?，這一過(guò)程稱多邊形化。當(dāng)前27頁(yè)，總共37頁(yè)。在回復(fù)階段，金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火。當(dāng)前28頁(yè)，總共37頁(yè)。㈡再結(jié)晶1.再結(jié)晶冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過(guò)程稱再結(jié)晶。鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過(guò)程，但不是相變過(guò)程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。當(dāng)前29頁(yè)，總共37頁(yè)。T再與ε的關(guān)系2.影響再結(jié)晶溫度的因素為：金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔其中T再、T熔為絕對(duì)溫度.金屬熔點(diǎn)越高,T再也越高.當(dāng)前30頁(yè)，總共37頁(yè)。(3)再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生,延長(zhǎng)加熱時(shí)間,使原子擴(kuò)散充分,再結(jié)晶溫度降低。生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100~200℃。黃銅580oC保溫8秒后的組織黃銅580oC保溫15分后的組織(2)金屬的純度金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高.當(dāng)前31頁(yè)，總共37頁(yè)。㈢晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織當(dāng)前32頁(yè)，總共37頁(yè)。影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素

1、加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響當(dāng)前33頁(yè)，總共37頁(yè)。預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響.當(dāng)變形度很小時(shí)，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.當(dāng)變形達(dá)到2~10%時(shí)，只有部分晶粒變形，變形極預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響2、預(yù)先變形度不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長(zhǎng)大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)變形度稱臨界變形度。當(dāng)前34頁(yè)，總共37頁(yè)。三、金屬的熱加工

1.冷加工與熱加工的區(qū)別在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來(lái)劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。2.熱加工對(duì)金屬組織與性能的影響

1）熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合。2）使粗大的樹(shù)枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性