金屬塑性變形的基本理論教學課件

概論3.1金屬塑性變形的基本理論；3.2自由鍛；3.3模鍛；3.4板料沖壓。7/23/202313.1金屬塑性變形的基本理論金屬壓力加工概論壓力加工是使金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，（永久變形）以獲得所需形狀、尺寸及機械性能的毛坯或零件的一種熱加工工藝；包括鍛造和沖壓；只適合塑性好的金屬材料如中、低碳鋼；大多數(shù)有色金屬及其合金。7/23/202323.1金屬塑性變形的基本理論壓力加工分類鍛壓鍛造模鍛自由鍛手工自由鍛（打鐵）

機器自由鍛（錘類、壓力機）

沖壓擠壓拉拔軋制。7/23/202333.1金屬塑性變形的基本理論金屬在塑性變形中的特點坯料體積不變，只是坯料形狀和尺寸的重新分配的結(jié)果（變形工藝）；與切削加工比較，壓力加工的生產(chǎn)效率高，且能節(jié)約大量金屬；機械性能高；由于坯料在固態(tài)下成形，受成形工具的限制，故產(chǎn)品的截面形狀不能太復雜。7/23/202343.1金屬塑性變形的基本理論金屬塑性變形的基本理論彈性變形的本質(zhì)（物理解釋）；外力應力原子離開平衡位置變形原子位能增加返回趨勢外力消失變形消失彈性變形金屬塑性變形的實質(zhì)——晶粒內(nèi)部或晶粒之間產(chǎn)生的滑移及轉(zhuǎn)動；由于晶體內(nèi)部存在大量的缺陷，故實際變形的應力要比理論小得多，多為位錯運動，即缺陷的轉(zhuǎn)移。圖3-1圖3-2圖3-3圖3-17/23/202353.1金屬塑性變形的基本理論塑性變形后金屬的組織及性能加工硬化

回復

再結(jié)晶

冷變形和熱變形

纖維組織。7/23/202363.1金屬塑性變形的基本理論金屬的可鍛性金屬的可鍛性是指進行加工時的難易程度，（是衡量材料經(jīng)受壓力加工難易程度的工藝性能）；與塑性及變形抗力有關（綜合在一起來衡量）塑性高、變形抗力小，則可鍛性好；反之，則差。7/23/202373.1金屬塑性變形的基本理論影響金屬可鍛性的因素金屬的本質(zhì)（物理特性）化學成分的影響組織結(jié)構(gòu)的影響加工條件變形溫度變形速度應力狀態(tài)。7/23/202383.1金屬塑性變形的基本理論7/23/2023音樂欣賞晶粒內(nèi)部的滑移單晶體的塑性變形的過程未變形無外力、正常晶格彈性變形外力小于屈服極限，彈性變形彈－塑性變形若外力繼續(xù)增加，超過其屈服強度時，原子間距進一步增加，原子沿著一定的晶面產(chǎn)生相對滑移（該面稱滑移面）塑性變形外力去除后，原子在新的平衡位置上穩(wěn)定下來，即彈性變形恢復，但滑移變形保留下來，即塑性變形。7/23/2023103.1金屬塑性變形的基本理論多晶體的塑性變形大多數(shù)金屬都屬于多晶體，其塑性變形是所有單晶粒變形的綜合作用，即晶內(nèi)滑移和晶間的轉(zhuǎn)動；每個單晶粒內(nèi)部的塑性變形仍主要是滑移；但在多晶體變形中同時伴隨有晶粒間的滑移和轉(zhuǎn)動。晶粒間的滑移7/23/2023113.1金屬塑性變形的基本理論金屬的加工硬化隨著變化程度地增加，這種由于塑性變形在滑移面附近引起晶格的嚴重畸變，甚至產(chǎn)生碎晶而引起的強度和硬度的提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化;多數(shù)沖壓件要利用加工硬化提高零件的強度。圖3-4，57/23/2023123.1金屬塑性變形的基本理論當溫度適當提高時，由于原子動能的增加，原子擴散能力提高，使晶格畸變程度減輕，內(nèi)應力明顯減小。使加工硬化部分消除的現(xiàn)象。這一過程稱回復，此溫度稱回復溫度，即T回=（0.25--0.30）T熔生產(chǎn)中對塑性變形后的工件進行低溫退火，就是利用回復的原理。如碳鋼彈簧在冷卷后加熱到250~300℃，再緩慢冷卻以消除力應力。金屬的回復圖3-57/23/2023133.1金屬塑性變形的基本理論金屬的再結(jié)晶當溫度升高到T再時，金屬原子動能增加，原子擴散能力更高，能以某些碎晶或雜質(zhì)為核心，重新生核和成長為新的晶粒，從而完全消除了加工硬化現(xiàn)象。該過程稱為再結(jié)晶，此溫度稱為再結(jié)晶溫度，即：T再=0.4T熔例如：鋼的熔點t熔為1535℃，則t再=0.4(1535+273)K=723K，即鋼的再結(jié)晶溫度t再=(723-273)℃=450℃。圖3-57/23/2023143.1金屬塑性變形的基本理論冷變形和熱變形冷變形——再結(jié)晶溫度以下的變形由于有加工硬化的存在，故冷變形可提高工件的強度和硬度，但冷變形不能太大，否則易開裂；由于沒有氧化及溫差小，故可獲得較高的精度和表面質(zhì)量；熱變形——再結(jié)晶溫度以上的變形熱變形能以較小的功達到較大的變形，故省力；無加工硬化存在；晶粒細化，故能獲得較高機械性能的再結(jié)晶組織；應用廣泛；常用于重要的零件。7/23/2023153.1金屬塑性變形的基本理論纖維組織纖維組織——熱變形時，晶粒和晶界上的雜質(zhì)都被壓扁、且沿變形方向拉長，并被保留下來，這種性能各向異性的組織，稱為纖維組織；當最大正應力與纖維方向重合，或最大切應力與纖維方向垂直時，受力狀況最好，因此，在設計和制造零件時，應使零件工作時的最大正應力與纖維方向重合，最大切應力與纖維方向垂直，并使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷；纖維組織穩(wěn)定性很高，不能用熱處理和其它方法消除它，只有通過金屬的塑性變形，方能改變其方向和形狀。圖3-6圖3-77/23/2023163.1金屬塑性變形的基本理論化學成分對可鍛性影響金屬的化學成分不同，可鍛性也不同一般純金屬的可鍛性比合金好，而且合金元素的種類、含量越多，可鍛性越差。7/23/2023173.1金屬塑性變形的基本理論成分相同而金屬組織結(jié)構(gòu)不同，則可鍛性差別很大：純金屬及固溶體（如奧氏體）具有較好的可鍛性，而化合物（如滲碳體）則可鍛性很差；金屬在單相狀態(tài)下的可鍛性比多相狀態(tài)時好；細晶組織可鍛性較粗晶組織的可鍛性好。組織結(jié)構(gòu)對可鍛性影響7/23/2023183.1金屬塑性變形的基本理論變形溫度對可鍛性的影響隨著溫度增加塑性增加而變形抗力下降可鍛性越好；但加熱溫度過高（超過一定值后），晶粒急劇長大，而金屬機械性能反而下隆，這種現(xiàn)象稱“過熱”；當加熱溫度進一步提高到接近熔點時，晶界開始被氧化，失去塑性，金屬稍鍛即裂，變成廢料，這種現(xiàn)象稱為“過燒”；加熱溫度過低塑性下降、變形抗力增加可鍛性變差易開裂；故應在合適的鍛造溫度范圍內(nèi)鍛造（800～1200

℃）。7/23/2023193.1金屬塑性變形的基本理論始鍛溫度——鍛壓時金屬允許加熱到的最高溫度稱為始鍛溫度（1200

℃左右）；終鍛溫度——鍛壓中，當溫度逐漸降低到一定程度后，其可鍛性變差，必須停止鍛造，此時溫度稱為終鍛溫度（800℃左右）；雖然亞共析鋼在此溫度為二相區(qū)（F+A)，但仍有較好的塑性；對過共析鋼，則為了擊碎滲碳體的網(wǎng)狀組織(Fe3CⅡ)，改善鋼的性能，在此溫度仍可鍛擊。鍛造溫度范圍7/23/2023203.1金屬塑性變形的基本理論變形速度對可鍛性的影響正作用(V變>WK);塑性變形能量↑

轉(zhuǎn)變成熱能↑

溫度↑

變形抗力↓，塑性↑

可鍛性↑；反作用(V變<WK);回復及再結(jié)晶來不及克服加工硬化現(xiàn)象變形抗力↑，塑性↓

可鍛性↓。圖3-97/23/2023213.1金屬塑性變形的基本理論應力狀態(tài)對可鍛性的影響壓應力數(shù)目越多（三個方向的壓應力）塑性↑

可鍛性↑；但同時變形抗力↑可鍛性↓；壓應力數(shù)目越少（二個方向的壓應力，一個方向的拉應力）塑性↓

可鍛性↓；但同時變形抗力↓可鍛性↑；因此，對塑性好的材料，應利用拉應力使其變形抗力↓以減小變形能量消耗省力拉拔；而對塑性差的金屬，則應利用三向壓應力↑塑性以免開裂擠壓。圖3-11圖3-107/23/2023223.1金屬塑性變形的基本理論SF+A900℃700℃C％2.11％F+PP+Fe3CⅡ0.8FPA+Fe3CⅡ1000℃QEGP500℃600℃800℃727℃1148℃912℃A0.8％E碳鋼的鍛造溫度范圍7/23/2023233.1金屬塑性變形的基本理論模鍛7/23/202324