材料成型工藝學(xué)-擠壓-課件

材料成型工藝學(xué)（中）1ppt課件

第一篇擠壓2ppt課件一、概述1

簡(jiǎn)介

壓力加工：借助外力使金屬產(chǎn)生塑性變形進(jìn)而形成各種尺寸、形狀和用途的零件和半成品。（不同于機(jī)加工）工業(yè)中廣泛使用的零件一般通過(guò)下列方法獲得：鑄造，如軋機(jī)牌坊；鑄造后機(jī)加工，如軋輥；鑄造后壓力加工，如鋼軌；鑄造后壓力加工再機(jī)加工，如螺栓等。重要用途的零件一般均需通過(guò)壓力加工。3ppt課件壓力加工的主要方法有：軋制；擠壓與拉拔；鍛造與沖壓（鍛壓）主要產(chǎn)品有：板、帶、條、箔；軋制管、棒、型、線；擠壓與拉拔各種零件如車(chē)軸、飯盒、洗衣機(jī)筒等；鍛造與沖壓4ppt課件1）擠壓與拉拔產(chǎn)品簡(jiǎn)介

A管材按截面形狀分：圓管、型管如方、六角形管等；按合金種類(lèi)分：鋁管、銅管、鋼管等；按生產(chǎn)方法分：擠制管、拉制管、焊管、鑄管、無(wú)縫管等；按用途分：空調(diào)管、壓力表管、波導(dǎo)管、鍋爐管、輸油管、冷凝管、天線管等；按性能分：M（退火態(tài)）、R（熱態(tài)）、Y（硬態(tài)）、Y2（半硬態(tài)）、C（淬火態(tài)）、CZ（淬火自然時(shí)效態(tài)）、CS（淬火人工時(shí)效態(tài)）等；

此外：盤(pán)管、蚊香管等。5ppt課件B棒、線材棒材：D>6mm；分類(lèi)與管材類(lèi)似；大多是半成品，進(jìn)一步加工成各種零件，如彈簧，螺栓、螺母等；線材：D<6mm；多以盤(pán)狀供貨，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、電子電力部門(mén)，如電線電纜等。C型材非圓截面材，又稱(chēng)經(jīng)濟(jì)斷面材（可提高材料的利用率）；鋁、鋼型材較多；

許多型材只能用壓力加工法生產(chǎn)，如鋼軌、變斷面型材等。6ppt課件2）產(chǎn)品的生產(chǎn)方法產(chǎn)品的生產(chǎn)一般可分兩步;

坯料制?。ㄩ_(kāi)坯）：充分利用金屬在高溫時(shí)的塑性對(duì)其進(jìn)行大變形量加工，如熱擠、熱軋、熱鍛

制品的獲得：進(jìn)行目的在于控制形狀、尺寸精度、提高綜合性能的各種冷加工，如冷軋、拉拔、沖壓目前研究：近終形成形技術(shù)、短流程生產(chǎn)技術(shù)A管材管材無(wú)縫管有縫管擠壓斜軋穿孔鑄造軋制帶彎形焊接拉拔軋管拉拔成品7ppt課件

擠壓：生產(chǎn)靈活、產(chǎn)品質(zhì)量好，適用于品種、規(guī)格多、產(chǎn)量小（有色金屬）的場(chǎng)合，但成本高、成品率低；

斜軋穿孔：生產(chǎn)率、成品率高；成本低；但制品形狀尺寸精度差；尺寸規(guī)格受限制；多用于產(chǎn)量大的鋼坯生產(chǎn)，有色金屬?gòu)S基本沒(méi)有；

鑄造：產(chǎn)品的尺寸規(guī)格少、質(zhì)量差、性能低；主要用于生產(chǎn)大尺寸、性能要求不高的產(chǎn)品，如下水管；

軋管：道次變形量大，幾何損失少，適于難變形合金，能縮短工藝流程，也是提供長(zhǎng)管坯的主要方法（使盤(pán)管生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)），但形狀、尺寸精度差；

拉拔：是獲得精確尺寸、優(yōu)質(zhì)表面和性能的主要方法；

焊管：效率高、成本低，但性能、質(zhì)量差。先進(jìn)工藝：擠壓軋管（圓盤(pán)）拉拔聯(lián)合拉拔8ppt課件B

棒、型、線材棒、型、線擠壓連鑄連軋型軋拉拔成品

擠壓：適用于多品種、多規(guī)格、復(fù)雜斷面；

連鑄連軋：生產(chǎn)率、成品率高、能耗低（利用余熱直接軋制）；但品種、規(guī)格單一；型軋：適于單一品種、大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。發(fā)展方向：中小棒材：擠壓（軋制）圓盤(pán)坯料后聯(lián)合拉拔出成品；線材：多模、高速方向發(fā)展。9ppt課件2

基本概念

擠壓：對(duì)放在容器（擠壓筒）內(nèi)的坯料一端施以壓力，使之從特定的空隙（模孔）中流出而成型的塑性加工方法。欲完成擠壓需有：1）產(chǎn)生動(dòng)力的裝置：擠壓機(jī)2）傳遞動(dòng)力、容納坯料、控制制品尺寸和形狀的工具：軸、筒、模、穿孔針、墊片、模座、鎖鍵））軸筒墊片坯料制品模模座鎖鍵穿孔針

過(guò)程：清理筒、裝模、落鎖鍵、送錠、放墊片、擠壓、抬鎖鍵、切壓余、冷卻（潤(rùn)滑）工具、重復(fù)下一次。10ppt課件1）正向擠壓特點(diǎn)：1）存在較大的外摩擦（高溫、高壓），導(dǎo)致能耗大、變形不均勻（組織性能不均）,制品表面質(zhì)量好；2）操作方便、適用范圍廣，是目前最廣泛應(yīng)用的方法。3

基本方法

根據(jù)變形溫度分：熱擠壓、冷擠壓和溫?cái)D壓；根據(jù)變形特征分：正（向）擠壓、反（向）擠壓、連續(xù)方法有很多，但最基本的方法有以下兩種：擠壓等。制品流出的方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相同。11ppt課件2）反向擠壓制品流出的方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相反。））））固定））空心錠12ppt課件特點(diǎn)：

1）變形局限在?？赘浇?，大部分坯料與擠壓筒間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此外摩擦小，能耗低、變形均勻（組織性能均勻）；

2）操作不方便、制品的尺寸范圍小；

3）制品表面質(zhì)量差。此外還有：臥式擠壓、立式擠壓等。注：

1）冷、熱變形應(yīng)以合金的再結(jié)晶溫度界定，如Sn、Pb在室溫變形也無(wú)硬化，屬熱變形；

2）冷、熱擠壓是擠壓的兩大分支，冶金工業(yè)中主要應(yīng)用熱擠壓，常稱(chēng)擠壓；機(jī)械工業(yè)主要應(yīng)用冷擠壓。13ppt課件4基本特點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)

A可最大限度提高材料的變形能力，因此可加工脆性材料；一次可進(jìn)行大變形B可提高材料的焊合性，因此可生產(chǎn)復(fù)合材料；粉末擠壓；舌模擠壓C材料與工具的密合性高，因此可生產(chǎn)復(fù)雜斷面制品；選擇坯料自由度大D生產(chǎn)靈活（只需更換筒、模即可生產(chǎn)不同的制品），制品性能高。14ppt課件2）缺點(diǎn)

A工具消耗大，產(chǎn)品成本高工作條件：高溫、高壓、高摩擦，工具消耗大，原料成本高，占制品成本35％以上B生產(chǎn)率低擠壓速度低、輔助工序多C成品率低固有的幾何損失多（壓余、實(shí)心頭、切頭尾），不能通過(guò)增大錠重來(lái)減少D制品組織性能不均勻。15ppt課件二、擠壓時(shí)金屬流動(dòng)的規(guī)律

擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)規(guī)律，即筒內(nèi)各部分金屬體積的相互轉(zhuǎn)移規(guī)律對(duì)制品的組織、性能、表面質(zhì)量以及工具設(shè)計(jì)有重要影響。因此研究擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)規(guī)律以及影響因素，可改善擠壓過(guò)程、提高制品的性能和質(zhì)量。擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)規(guī)律十分復(fù)雜，且隨擠壓方法以及工藝條件的變化而變化，現(xiàn)以生產(chǎn)中廣泛使用的簡(jiǎn)單擠壓（單孔模正擠圓棒）過(guò)程為例進(jìn)行分析。16ppt課件1、簡(jiǎn)單擠壓時(shí)金屬流動(dòng)的規(guī)律

按流動(dòng)特性和擠壓力的變化規(guī)律，可將擠壓過(guò)程分為：填充擠壓階段：金屬在擠壓桿（力）的作用下首先充滿擠壓筒和?？祝ń饘僦饕獜较蛄鲃?dòng)），擠壓力急劇升高；

基本擠壓階段：又稱(chēng)層流擠壓階段，金屬不發(fā)生紊亂流動(dòng)，即錠外（內(nèi)）層金屬出模后仍在外（內(nèi)）層，擠壓力穩(wěn)中有降；終了擠壓階段：又稱(chēng)紊流擠壓階段，金屬發(fā)生紊亂流動(dòng)，即外層進(jìn)入內(nèi)層，擠壓力上升。擠壓桿行程擠壓力Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

填充階段基本階段終了階段17ppt課件1）填充擠壓階段

擠壓時(shí)，為便于將錠坯放入筒中，常使錠坯外徑小于筒內(nèi)徑1－15mm，因此在擠壓力的作用下，錠坯首先徑向流動(dòng)充滿擠壓筒，同時(shí)有少量金屬流入?？?。桿、墊片、錠坯開(kāi)始接觸到錠坯充滿擠壓筒的階段稱(chēng)為填充擠壓階段。A

必要性

a操作要求；b實(shí)心錠擠管，否則穿孔針彎曲導(dǎo)致管材偏心；c制品要求橫向性能，如航空用型材必須有一定的鐓粗變形（25－30％）18ppt課件

，且可看成是主應(yīng)力，但由于?？椎拇嬖?，導(dǎo)致分布不均勻，體現(xiàn)在：徑向上：中心小，兩邊大，差異由前向后逐漸減小。軸向上：對(duì)著?？撞糠郑河汕跋蚝笤龃髮?duì)著模壁部分：由前向后減小B

應(yīng)力分析作用于坯料上的外力：擠壓力：P；

模端面反力：N；

摩擦力：T應(yīng)力狀態(tài)類(lèi)似于自由體鐓粗，為三向壓應(yīng)力，即、、Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

19ppt課件C

變形（應(yīng)變）分析應(yīng)變狀態(tài)：一向壓縮（軸向）、二向延伸（徑向、周向）變形過(guò)程：開(kāi)始出鼓形，斷面首先充滿擠壓筒；繼續(xù)加力，斷面充滿擠壓筒；最后，斷面充滿擠壓筒。Ⅱ

Ⅰ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

20ppt課件D

坯料端面變形分析

填充擠壓時(shí)，部分金屬會(huì)流入?？祝瞬糠纸饘俨⒉皇前l(fā)生塑性變形后流入?？椎?，而是被剪出的，其組織是鑄態(tài)組織，必須切下（棒材頭）。

原因：軸向應(yīng)力在徑向上的分布是不均勻的，且在?？字?chē)畲?，這種應(yīng)力突變會(huì)產(chǎn)生很大的切應(yīng)力，當(dāng)此切應(yīng)力達(dá)到材料的剪切極限時(shí)，對(duì)著?？撞糠值慕饘俦阊啬？妆患舫觥N21ppt課件E填充階段應(yīng)注意的問(wèn)題

a

盡量減小變形量（錠坯與擠壓筒的間隙），否則易造成：制品性能不均勻；棒材頭大，即切頭大；低塑性材料易出現(xiàn)表面裂紋。此階段的變形量用填充擠壓系數(shù)表征，定義填充擠壓系數(shù)為：一般

b錠坯的長(zhǎng)度與直徑比小于3－4，即L/D<3-4。否則變形不均出現(xiàn)鼓形，甚至失穩(wěn)彎曲，導(dǎo)致封閉在模、筒交界處的空氣壓入表面微裂紋中，出模后若焊合則形成氣泡，若未焊合則出現(xiàn)起皮缺陷。

c

錠坯梯溫加熱，即坯料獲得長(zhǎng)度上的原始溫度梯度，變形抗力低的高溫端靠近?？?，填充擠壓時(shí)坯料由前向后依次變形，從而將空氣排除。22ppt課件2）基本擠壓階段

金屬?gòu)哪？字辛鞒龅藉V坯長(zhǎng)度等于變形區(qū)高度的階段。A

擠壓比擠壓時(shí)的變形量常用擠壓比表征，定義擠壓比為：

單孔模擠壓時(shí)，擠壓比為：

擠壓比的大小由被擠壓材料的塑性決定，可查表。23ppt課件B

應(yīng)力分析外力：擠壓力P

；筒、模的反力N；筒、模、墊片與坯料間的摩擦力T

。應(yīng)力狀態(tài)：為三向壓應(yīng)力，即、、，且可近似看成是軸對(duì)稱(chēng)，即。在區(qū)有：Ⅰ>在區(qū)有：Ⅱ

>軸向應(yīng)力分布：軸向上：由前向后逐漸增大；徑向上：由中心向邊部逐漸增大。NNNTⅠ

Ⅱ

24ppt課件C

變形（應(yīng)變）分析應(yīng)變狀態(tài)：二向壓縮（徑向、周向）、一向延伸（軸向）變形規(guī)律（應(yīng)變分布）：可由此階段坐標(biāo)網(wǎng)格變化分析。>>

a

縱向（水平方向）網(wǎng)格在進(jìn)、出?？装l(fā)生方向相反的兩次彎曲，彎曲程度由內(nèi)向外逐漸增大，說(shuō)明變形是不均勻的。分別連接兩次彎曲的彎折點(diǎn)可得兩個(gè)曲面，一般將此兩曲面與模孔錐面或死區(qū)界面所圍成的區(qū)域叫變形區(qū)壓縮錐，或簡(jiǎn)稱(chēng)變形區(qū)。

25ppt課件>>

b

在變形區(qū)中，橫向（垂直方向）網(wǎng)格的中心朝前，且越接近?？讖澢酱螅f(shuō)明中心質(zhì)點(diǎn)的流速大于外層質(zhì)點(diǎn)的流速，且差異越接近模孔越大。這是因?yàn)椋和饽Σ劣绊懀和鈱哟?，中心??；斷面溫度分布：一般外層低，中心高；?？椎拇嬖谑怪行馁|(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)阻力小于外層質(zhì)點(diǎn)。26ppt課件>>

c

制品的網(wǎng)格也有畸變，表現(xiàn)在：①橫向線的彎曲程度以及彎曲頂點(diǎn)的間距由前向后逐漸增大，說(shuō)明變形（延伸變形和剪切變形）由前向后逐漸增大。②中心網(wǎng)格變成近似矩形，外層網(wǎng)格變成平行四邊形，說(shuō)明外層質(zhì)點(diǎn)不僅承受了縱向延伸，還承受了附加的剪切變形，且剪切變形由中心向外層逐漸增大。27ppt課件

變形規(guī)律總結(jié)：徑向上：外層大，中心小；軸向上：后端大，前端??；變形差異：由前向后逐漸增加；流動(dòng)速度：中心大，外層??；總體看流動(dòng)平穩(wěn)（層流）。變形前后外層中心28ppt課件D

擠壓筒內(nèi)金屬分區(qū)死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)后端難變形區(qū)劇烈滑移區(qū)①前端難變形區(qū)又稱(chēng)死區(qū)，位于筒、模交界處的環(huán)形區(qū)域，是由于筒、模的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形成的。死區(qū)在基本擠壓階段基本不參與流動(dòng)。

死區(qū)的頂部能阻礙錠坯的表面缺陷進(jìn)入變形區(qū)而流入制品，因此能提高制品的表面質(zhì)量。影響死區(qū)大小的因素：模角、摩擦、擠壓溫度等，隨這些參數(shù)的增大，死區(qū)增大，如平模擠壓時(shí)死區(qū)大。29ppt課件②后端難變形區(qū)位于墊片端面附近，是由于筒、墊片的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形成的，在基本擠壓末期，此區(qū)域逐漸變成一小楔形區(qū)。③在變形區(qū)中，有一個(gè)劇烈滑移區(qū)，處于死區(qū)和快速流動(dòng)區(qū)之間。變形越不均勻，此區(qū)越大，因此隨擠壓過(guò)程的進(jìn)行，此區(qū)不斷擴(kuò)大。劇烈滑移會(huì)導(dǎo)致晶粒過(guò)渡破碎，易導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)微裂紋和組織粗大（粗晶環(huán)），導(dǎo)致制品性能下降。死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)后端難變形區(qū)劇烈滑移區(qū)30ppt課件3）終了擠壓階段：筒內(nèi)錠坯長(zhǎng)度減小到接近變形區(qū)高度時(shí)的流動(dòng)階段。>>主要特征：A擠壓力升高；（死區(qū)參與流動(dòng)、溫度低）

B

金屬?gòu)较蛄魉僭黾?，金屬回流（紊流）（維持體積不變規(guī)律）。

實(shí)際生產(chǎn)中，在此階段停止擠壓（留壓余）。31ppt課件2、正擠管材時(shí)金屬流動(dòng)的特點(diǎn)

1）金屬流動(dòng)比擠壓棒材時(shí)均勻。主要是由于穿孔針的摩擦和冷卻，使內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)阻力增大；

2）穿孔時(shí)強(qiáng)烈的內(nèi)摩擦易導(dǎo)致制品內(nèi)表面出現(xiàn)裂紋，因此一般潤(rùn)滑穿孔針。））軸筒墊片坯料制品模模座穿孔針32ppt課件3、反擠壓時(shí)金屬流動(dòng)的特點(diǎn)

1）變形區(qū)小且集中在模孔附近，金屬流動(dòng)均勻；

2）死區(qū)小，制品表面質(zhì)量差；

3）擠壓力小且在基本擠壓階段不變。行程擠壓力Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

填充階段基本階段終了階段正擠反擠））33ppt課件4、影響擠壓時(shí)金屬流動(dòng)規(guī)律的因素

1）摩擦與潤(rùn)滑擠壓時(shí)的摩擦有：筒、模、墊片穿孔針與坯料間的摩擦，一般主要指筒、坯料間的摩擦。潤(rùn)滑時(shí)摩擦力小，金屬流動(dòng)均勻；

2）金屬?gòu)?qiáng)度強(qiáng)度高流動(dòng)均勻。（強(qiáng)度高，摩擦小；變形熱大，溫度分布均勻）；

3）溫度有坯料溫度和工具預(yù)熱溫度。坯料溫度高，流動(dòng)不均勻。（溫度高，強(qiáng)度低，變形不均勻；溫度高，出爐后冷卻使錠溫度梯度大，變形不均勻；一般溫度高導(dǎo)熱性能下降，錠溫度梯度大，變形不均勻）；

工具預(yù)熱溫度高，流動(dòng)均勻。（使錠溫度分布均勻）34ppt課件模主要有平模（）和錐模（<

），模角越大，流動(dòng)越不均勻，平模擠壓時(shí)流動(dòng)最不均勻（死區(qū)大，摩擦大；彎曲（剪切）變形大）。

4）工具結(jié)構(gòu)與形狀指與坯料接觸的筒、模、墊片和穿孔針，筒、穿孔針的結(jié)構(gòu)和形狀基本不變，為圓柱形，故只分析模和墊片。墊片主要有平、凸、凹三種，凹?jí)|片流動(dòng)均勻，但僅在擠壓初期有作用，同時(shí)由于加工、切壓余困難，實(shí)際中除了在半連續(xù)擠壓中外，還是采用平墊片。平模錐模平凸凹35ppt課件

5）變形程度

隨變形程度的增大，外層質(zhì)點(diǎn)向中心流動(dòng)的阻力增加，導(dǎo)致坯料中心質(zhì)點(diǎn)與外層質(zhì)點(diǎn)的流速差增加，變形不均勻。但當(dāng)變形程度增加到一定程度時(shí)，剪切變形深入到內(nèi)部，變形向均勻方向轉(zhuǎn)化。實(shí)踐表明：當(dāng)變形程度為60％時(shí)，變形最不均勻；當(dāng)變形程度>85－90％時(shí)，變形均勻，性能均勻；當(dāng)變形程度<6％時(shí)，變形較均勻，但性能低。變形程度變形不均勻性60％6％85％36ppt課件三、擠制品的組織、性能和主要缺陷1、擠制品的組織1）擠制品組織的不均勻性

A

特征一般情況，前端、中心晶粒粗大，后端、邊部晶粒細(xì)小。

頭部中部尾部37ppt課件

B

原因

a

變形特點(diǎn)決定的擠壓時(shí)變形的分布規(guī)律是前端、中心變形小，后端、外層變形大，導(dǎo)致晶粒的破碎程度由前向后、由里向外逐漸增大；

b

溫度分布規(guī)律決定的坯料的溫度分布規(guī)律一般是前端、中心高，后端、外層低，即前端、中心在高溫下變形，而后端、外層在低溫下變形；注：

a

擠壓軟鋁合金時(shí)，坯料、筒間溫差不大，熱量不易散失，溫度分布規(guī)律與上述相反。

b

合金在相變溫度下變形，會(huì)引起組織不均。如HPb59-1，在720℃以上為均勻的相，若在擠壓過(guò)程中溫度低于720℃，則會(huì)析出相，導(dǎo)致組織不均。38ppt課件2）擠制品的層狀組織

A

特征斷口呈現(xiàn)出與木質(zhì)折斷后相似的形貌，分層的斷口凸凹不平并帶有裂紋；分層面近似平行于軸線；一般出現(xiàn)在前端。

B

原因

a

根本原因是坯料中存在有大量的氣孔、縮孔或在晶界上分布有未溶解的第二相或雜質(zhì)等，在擠壓時(shí)被拉長(zhǎng)，從而出現(xiàn)層狀組織；

b

與變形特點(diǎn)有關(guān)擠壓初期流動(dòng)平穩(wěn)，形成的雜質(zhì)膜不易破壞，后期變形逐漸紊亂，雜質(zhì)膜破壞，層狀組織不明顯。39ppt課件

c

與鑄造條件有關(guān)冷卻速度大，柱狀晶明顯，缺陷、夾雜物易集中分布，層狀組織明顯；反之不明顯。

d

與合金成分有關(guān)出現(xiàn)層狀組織的合金不多，在銅合金中主要是含Al的青銅QAl10-3-1.5和QAl10-4-4以及含Pb的黃銅HPb59-1；鋁合金中主要是LD2和LD4，而LY11、LY12、LC4中較少、主要是由于這些合金中易出現(xiàn)氧化物夾雜。

C

對(duì)性能的影響對(duì)縱向性能影響不大，使橫向性能顯著下降。有層狀組織的襯套，承受的內(nèi)壓降低30％。

D

防止措施

a

主要從鑄錠著手，如降低冷卻強(qiáng)度以縮小柱狀晶區(qū)，分散雜質(zhì)；

b

增大變形程度，以增加紊流區(qū)，進(jìn)而破壞雜質(zhì)膜。40ppt課件3）擠制品的粗晶組織

某些合金在擠壓時(shí)或在隨后的熱處理時(shí)，會(huì)形成異常粗大的晶粒組織，這種組織稱(chēng)為粗晶粒或粗晶組織。易出現(xiàn)粗晶組織的主要是某些鋁合金，如純鋁、軟鋁在擠壓后即出現(xiàn)；而鍛鋁、硬鋁在擠壓后的淬火時(shí)出現(xiàn)。

A

分布規(guī)律由前端外層向后端外層逐漸擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)可擴(kuò)展至整個(gè)斷面，象帶錐度的圓管，又稱(chēng)粗晶環(huán)。鑄造組織細(xì)晶組織粗晶組織死區(qū)粗晶組織細(xì)晶組織41ppt課件

B

形成機(jī)理出現(xiàn)粗晶組織的根本原因是在擠壓時(shí)或在擠壓后的淬火時(shí)發(fā)生了集聚再結(jié)晶，因此凡是能降低再結(jié)晶溫度、促進(jìn)再結(jié)晶過(guò)程的因素均易導(dǎo)致粗晶環(huán)。

a

與變形特點(diǎn)有關(guān)

擠壓時(shí)

對(duì)于純鋁、軟鋁合金而言，擠壓速度快，變形熱大，制品出模后溫度應(yīng)較高，因此外層、后端優(yōu)先發(fā)生再結(jié)晶和集聚再結(jié)晶，形成粗晶組織。

b

與合金成分有關(guān)

易出現(xiàn)粗晶環(huán)的合金中均含有Mn、Cr等過(guò)渡族元素，這些元素的特點(diǎn)是：溶入基體中能提高再結(jié)晶溫度，以第二相如MnAl6、CrAl7在晶界析出時(shí)能阻礙晶粒長(zhǎng)大。外層、后端變形大中心、前端變形小外層、后端再結(jié)晶溫度低中心、前端再結(jié)晶溫度高42ppt課件

擠壓時(shí)，由于中心質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)速度快，導(dǎo)致邊部產(chǎn)生拉附加應(yīng)力，促進(jìn)Mn、Cr元素的析出，降低再結(jié)晶溫度，但因析出的第二相能阻礙晶粒長(zhǎng)大，因此含這些元素的合金在擠壓后是一次再結(jié)晶組織，不出現(xiàn)粗晶組織。擠壓后淬火時(shí)，為了得到均勻的單相固溶體組織，加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，在這種條件下，析出的第二相重新溶入基體，阻礙晶粒長(zhǎng)大的作用消失，因此一次再結(jié)晶后的晶粒吞并周?chē)木Я２⒀杆匍L(zhǎng)大，形成粗晶組織。

注：

1）有關(guān)粗晶形成機(jī)理還有待進(jìn)一步研究；

2）粗晶組織降低性能，應(yīng)盡量避免，生產(chǎn)中應(yīng)檢查。43ppt課件2、擠制品的性能1）擠制品性能的不均性

a

制品前端、內(nèi)部強(qiáng)度低、塑性高；后端、外層相反；（純鋁、軟鋁分布規(guī)律相反）

b

各向異性，縱向性能高于橫向性能；

c

性能差異隨變形程度不同而不同。當(dāng)變形程度<20%時(shí)，性能均勻但較低；當(dāng)變形程度為60％時(shí)，性能差異最大；當(dāng)變形程度>80％時(shí)，性能均勻且較高。因此擠壓時(shí)變形程度應(yīng)>80％。

外層內(nèi)層1-外層2-內(nèi)層44ppt課件2）擠壓效應(yīng)

某些工業(yè)用鋁合金，在經(jīng)過(guò)同一熱處理后（淬火、時(shí)效），擠制品與其它壓力加工制品相比，在縱向上具有較高的強(qiáng)度和較低的塑性，這一現(xiàn)象叫擠壓效應(yīng)。易出現(xiàn)擠壓效應(yīng)的合金：鍛鋁、硬鋁

A

特征出現(xiàn)在制品內(nèi)部（外部因粗晶環(huán)而消失）；組織是未再結(jié)晶的加工組織。

B

形成機(jī)理

a

與形成的織構(gòu)有關(guān)擠壓時(shí)，金屬處于兩壓一拉的變形狀態(tài)且流動(dòng)平穩(wěn)，晶粒皆沿?cái)D壓方向被拉長(zhǎng)，形成較強(qiáng)的縱向織構(gòu)，即大多數(shù)晶粒的某一晶向（111）均按擠壓方向取向，導(dǎo)致縱向強(qiáng)度升高。45ppt課件

b

與合金成分有關(guān)出現(xiàn)擠壓效應(yīng)的合金也都含Mn、Cr元素，由于擠壓時(shí)中心質(zhì)點(diǎn)流速快，因此內(nèi)部產(chǎn)生壓附加應(yīng)力，不利于Mn、Cr元素的析出，使再結(jié)晶溫度升高，可認(rèn)為擠壓后制品內(nèi)部是過(guò)飽和的、未再結(jié)晶的加工組織。在擠壓后的淬火加熱時(shí)，內(nèi)部過(guò)飽和的固溶體繼續(xù)析出，析出的第二相彌散分布在晶界上，阻礙晶粒長(zhǎng)大（阻礙再結(jié)晶過(guò)程），因此熱處理后，制品的內(nèi)部仍保留著未再結(jié)晶的加工組織，導(dǎo)致強(qiáng)度升高。

c

與強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)擠壓時(shí)強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)使晶界、晶內(nèi)破壞較少，有利于缺陷的愈合，使強(qiáng)度升高。注要得到類(lèi)似的強(qiáng)化效應(yīng)，關(guān)鍵不在于采用什么加工方法，而在于通過(guò)什么途徑使合金在熱變形以及隨后的熱處理過(guò)程中，仍然保留有未再結(jié)晶的加工組織。46ppt課件粗晶與擠壓效應(yīng)總結(jié)：均出現(xiàn)在含Mn、Cr元素的鋁合金中；

粗晶出現(xiàn)在外層，

擠壓效應(yīng)出現(xiàn)在內(nèi)層；

粗晶產(chǎn)生的根本原因是發(fā)生了集聚再結(jié)晶；

擠壓效應(yīng)產(chǎn)生的根本原因是未發(fā)生再結(jié)晶。47ppt課件擠壓后外層是粗晶組織結(jié)果

形成機(jī)理：鑄造時(shí)冷速快導(dǎo)致鑄錠是過(guò)飽和組織；擠壓時(shí)淬火加熱時(shí)中心是未再結(jié)晶的加工組織外層的第二相溶解，阻礙作用消失中心的第二相析出，阻礙再結(jié)晶外層是平衡的一次再結(jié)晶組織中心是過(guò)飽和的未再結(jié)晶組織外層易再結(jié)晶；第二相易析出，阻礙再結(jié)晶過(guò)程中心不易再結(jié)晶；第二相不易析出，進(jìn)一步提高再結(jié)晶溫度外層變形大；流速慢中心變形?。涣魉倏熘行脑俳Y(jié)晶溫度高；壓附加應(yīng)力外層再結(jié)晶溫度低；拉附加應(yīng)力48ppt課件3、擠制品的主要缺陷1）擠制品裂紋

A

特征出現(xiàn)在制品表面，外形大致相同，呈周期性分布，又稱(chēng)周期性裂紋。

裂紋一般出現(xiàn)在高溫塑性差的合金中，如錫磷青銅、錫黃銅、硬鋁等合金。49ppt課件

B

形成原因變形不均所產(chǎn)生的軸向拉附加應(yīng)力作用結(jié)果。擠壓時(shí)中心質(zhì)點(diǎn)流速快，中心產(chǎn)生軸向拉附加應(yīng)力，當(dāng)此力與基本應(yīng)力疊加后的工作應(yīng)力達(dá)到合金的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。由于在表面的拉附加應(yīng)力最大，故裂紋首先在表面產(chǎn)生。

棒材直徑拉應(yīng)力壓應(yīng)力附加應(yīng)力分布流動(dòng)速度裂紋軌跡裂紋加深速度50ppt課件

裂紋的產(chǎn)生一方面在裂紋的尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展，另一方面也消除了此局部的拉附加應(yīng)力，因此當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定深度后不再向內(nèi)擴(kuò)展。隨著變形的進(jìn)行，合金又會(huì)由于拉附加應(yīng)力的產(chǎn)生而形成裂紋，因而裂紋呈周期性分布。

C

消除措施

a

使變形均勻，消除軸向拉附加應(yīng)力，如潤(rùn)滑等；

b

提高基本應(yīng)力，如施加反壓力、增加定徑帶長(zhǎng)度、增加變形程度等（以能耗多為代價(jià)）；

c

保證合金的高溫強(qiáng)度，制訂合理的溫度－速度規(guī)程，使合金處于高溫塑性好的區(qū)域，如低溫快速、高溫慢速、等溫?cái)D壓等。51ppt課件2）擠壓縮尾又稱(chēng)擠壓縮孔，是出現(xiàn)在制品尾部的一種缺陷，是指擠壓過(guò)程中，坯料表面的缺陷（氧化物、偏析瘤、雜質(zhì)、油污等）進(jìn)入制品內(nèi)部或出現(xiàn)在制品的表面層，而形成的一種漏斗狀、環(huán)狀、半環(huán)狀的疏松組織缺陷?？s尾破壞組織的連續(xù)性和致密性，降低制品性能?？s尾依其存在的部位可分為以下三種：環(huán)形縮尾中心縮尾皮下縮尾

52ppt課件

A

環(huán)形縮尾

a

特征分布在制品尾部中間部位，呈完整的圓環(huán)或部分圓環(huán)，一般在200－1000mm內(nèi)。

b

形成原因擠壓末期發(fā)生紊亂流動(dòng)，即外層金屬發(fā)生回流，由于后端難變形區(qū)的存在，回流的金屬沿難變形區(qū)界面流動(dòng)，分布在制品的中間層。由于外層金屬含有氧化皮、油污等臟物，流入制品內(nèi)部與基體金屬不能焊合，形成環(huán)形縮尾。

環(huán)形縮尾是最常見(jiàn)的縮尾。難變形區(qū)53ppt課件

B

中心縮尾

a

特征分布在制品尾部中心部位，短而粗，呈漏斗狀，一般留在壓余內(nèi)，只有在大規(guī)格制品、壓余又薄時(shí)才能觀察到。

b

形成原因隨著擠壓過(guò)程的進(jìn)行，后端難變形區(qū)逐漸變成一小楔形，回流的金屬沿此界面流動(dòng)，分布在制品的中心。由于外層金屬含有氧化皮、油污等臟物，流入制品內(nèi)部與基體金屬不能焊合，形成中心縮尾。當(dāng)回流的外層金屬也不能補(bǔ)充中心金屬的短缺時(shí)，形成縮孔。難變形區(qū)54ppt課件

C

皮下縮尾

a

特征分布在制品尾部周邊部位，沒(méi)有規(guī)律性。

b

形成原因擠壓末期，金屬溫降大、塑性低，導(dǎo)致劇烈滑移區(qū)與死區(qū)界面發(fā)生斷裂（內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)橥饽Σ粒醒趸?、油污等臟物的外層金屬沿此界面流出，同時(shí)，死區(qū)也不是完全的剛體，也會(huì)沿?？滓稽c(diǎn)一點(diǎn)的流出，包覆在由死區(qū)界面流出的臟金屬上面，形成皮下縮尾。55ppt課件

D

防止措施

a

使擠壓不處于末期如留壓余（壓余長(zhǎng)度一般為錠徑的10－30％）、半連續(xù)擠壓；

b

使變形均勻，金屬不產(chǎn)生回流，主要措施是制訂合理的工藝參數(shù)，如潤(rùn)滑、錐模擠壓、低溫?cái)D壓、提高工具表面光潔度等；

c

提高坯料表面質(zhì)量如機(jī)加工、加熱時(shí)盡量減少氧化、熱剝皮、脫皮擠壓等。制品墊片脫皮56ppt課件四、擠壓力

擠壓力：軸通過(guò)墊片作用在坯料上使之從?？字辛鞒龅牧Γ侵盖€上的最大力。

擠壓力是制訂工藝、選擇設(shè)備、校核工具強(qiáng)度的依據(jù)。影響因素：有很多，如摩擦、金屬性質(zhì)、擠壓溫度、變形程度、模角等。模角逐漸增大過(guò)程中，一方面彎曲變形增大，導(dǎo)致擠壓力升高；另一方面摩擦面減小，導(dǎo)致擠壓力減小，結(jié)果存在一最佳模角，使擠壓力最小。擠壓時(shí)最佳模角為45－60°。模角應(yīng)力平模擠壓時(shí)形成死區(qū)，模角取60°。57ppt課件模子筒Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

擠壓力的計(jì)算:

58ppt課件定徑區(qū):

Ⅰ

59ppt課件變形區(qū):

近似塑性條件:

60ppt課件邊界條件:

時(shí)

時(shí)

61ppt課件因此有:

即:

62ppt課件未變形區(qū):

Ⅲ

因此有:

63ppt課件五、擠壓工藝

1

擠壓溫度確定

確定原則：1）在所確定的溫度范圍內(nèi)，合金具有高的塑性和低的變形抗力；2）滿足制品的組織、性能和表面質(zhì)量要求。

確定方法：“三圖”定溫。

相圖：確定出大致溫度范圍，原則是保證在單相區(qū)加工。一般為（0.7-0.9）T0

。0.7T0溫度范圍0.9T0相圖64ppt課件

塑性圖：合金塑性隨溫度而變化的圖，可進(jìn)一步確定（縮?。囟确秶?，保證合金具有最好的塑性。

第二類(lèi)再結(jié)晶圖：晶粒度隨變形程度和溫度（變形后溫度）而變化的圖，用于控制制品的組織和性能，防止晶粒過(guò)分長(zhǎng)大。由左圖知，500℃左右合理。溫度塑性圖第二類(lèi)再結(jié)晶圖65ppt課件

三圖定溫是確定熱加工溫度的基礎(chǔ)，在具體確定擠壓溫度時(shí)，還應(yīng)考慮：

1）易氧化（如銅合金、鈦合金）及易粘結(jié)工具（鋁合金以及含鋁的青銅）的合金，溫度取下限；

2）擠壓時(shí)的變形程度大、摩擦大，因此變形熱效應(yīng)和摩擦熱大，又由于變形系統(tǒng)封閉，熱量不易散失，結(jié)果導(dǎo)致變形區(qū)溫度升高。所以擠壓溫度應(yīng)適當(dāng)降低，一般比熱軋溫度低；此外還應(yīng)考慮壓方法，如立式擠壓時(shí)速度快，溫度可低些；舌模以及分流組合模擠壓時(shí)，為提高焊合性能，溫度可高些?？傊?，在確定坯料加熱溫度時(shí)，必須考慮合金在擠壓時(shí)的溫度變化。66ppt課件

2

擠壓速度或金屬流出速度確定

擠壓時(shí)的速度有三種：擠壓速度：擠壓軸的運(yùn)動(dòng)速度；流出速度：制品的流出速度；變形速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)變形量的大小，只理論上用。

實(shí)際中一般確定流出速度，因它可綜合衡量擠壓速度和擠壓比對(duì)擠壓過(guò)程的影響，且可直觀地看出生產(chǎn)率的大小。確定流出速度的原則是：在保證制品質(zhì)量（一般是表面不出現(xiàn)裂紋）的前提下盡量大，以提高生產(chǎn)率。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，有以下規(guī)律：67ppt課件

1）合金的塑性變形溫度范圍越寬，流出速度越大；

2）復(fù)雜斷面比簡(jiǎn)單斷面的流出速度要低；大斷面比小斷面的流出速度要低；

3）潤(rùn)滑條件好時(shí)流出速度可提高；

4）純金屬的流出速度可高于合金的；

5）擠壓溫度越高，流出速度應(yīng)越低；

6）管材擠壓時(shí)的流出速度應(yīng)比同樣斷面棒材的低。

總之，塑性好的合金、擠壓時(shí)流動(dòng)均勻的合金，流出速度可大些。

68ppt課件

3擠壓優(yōu)化（速度－速度控制）

擠壓時(shí)希望流出速度越大越好，但流出速度受合金性能以及設(shè)備能力所制約，如圖所示。溫度速度

曲線1是設(shè)備能力極限曲線，由設(shè)備噸位和工具強(qiáng)度決定；曲線2是制品表面開(kāi)始出現(xiàn)裂紋的冶金學(xué)極限，由合金的性能決定；兩曲線所圍成的陰影區(qū)域提供了可選擇的溫度和速度范圍；兩曲線的交點(diǎn)給出了最佳的擠壓溫度以及在此溫度下允許的最大擠壓速度。69ppt課件溫度速度

由圖可看出，低溫時(shí)由于合金的變形抗力大，此時(shí)制約流出速度的因素是設(shè)備能力；高溫時(shí)由于合金的變形抗力較低，此時(shí)制約流出速度的因素是合金的性能。

曲線2的位置比較固定，由合金的性能決定；但曲線1的影響因素較多，如減小擠壓比、潤(rùn)滑等由于降低了擠壓力而導(dǎo)致曲線左移，進(jìn)而擴(kuò)大可供選擇的工藝參數(shù)范圍。70ppt課件

4

擠壓比

（變形程度）

確定擠壓比時(shí)應(yīng)考慮：

1）合金的性能溫度確定后，擠壓比越大，制品流出速度越大，出模溫度越高，越易出現(xiàn)裂紋。

2）制品的性能為保證制品性能均勻，擠壓比應(yīng)>10。

3）設(shè)備能力和工具強(qiáng)度擠壓比越大，擠壓力越大，易導(dǎo)致悶車(chē)或損壞工具。71ppt課件