第三篇第一章金屬的塑性變形

第三篇第一章金屬的塑性變形第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.什么是鑄件的結(jié)構(gòu)斜度？它與起模斜度有何不同？圖示鑄件的結(jié)構(gòu)是否合理？應如何改正？p81答:結(jié)構(gòu)斜度是在零件圖上非加工表面設計的斜度，一般斜度值比較大。拔模斜度是在鑄造工藝圖上方便起模，在垂直分型面的各個側(cè)面設計的工藝斜度，一般斜度比較小。有結(jié)構(gòu)斜度的表面，不加拔模斜度。第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3、圖示鑄件大批量生產(chǎn)時，結(jié)構(gòu)有何缺點？請改正？

結(jié)構(gòu)修改如下：

第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月6.為什么鑄件要有結(jié)構(gòu)圓角？圖示鑄件上哪些圓角不夠合理？應如何修改？p81答:結(jié)構(gòu)圓角是為了保證鑄造成形，避免砂型尖角損壞，但有時會引起造型困難，如圖中，分型面上設圓角不合理，將分型面上圓角去掉，取直角。

第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月7.下圖所示的支架件在大批量生產(chǎn)中該如何改進其設計才能使鑄造工藝得以簡化？盡量避免鑄件起模方向存有外部側(cè)凹，以便于起模。p81第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月9.試用內(nèi)接圓方法確定下圖所示鑄件的熱節(jié)部位？在保證尺寸H的前提下如何使鑄件的壁厚盡量均勻？p81答:圖a)所示是該鑄件熱節(jié)部位，圖b)所示是在保證尺寸H和孔徑的前提下，為使鑄件的壁厚盡量均勻而進行的修改。第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月10.分析下圖中砂箱箱帶的兩種結(jié)構(gòu)各有何優(yōu)缺點？為什么？a：結(jié)構(gòu)簡單，但交叉接頭處熱節(jié)較大，易產(chǎn)生縮孔、縮松和裂紋。b：交錯接頭的熱節(jié)較小，可緩解內(nèi)應力，抗裂性較好，但結(jié)構(gòu)較復雜。p81第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄造：第五章特種鑄造5.什么是離心鑄造，它在圓筒形或圓環(huán)形鑄件生產(chǎn)中有哪些優(yōu)點？8.某公司開發(fā)的新產(chǎn)品鑄鋁小連桿，請問：試制樣機時，該連桿宜采用什么方法？當年產(chǎn)量為1萬件時，宜采用什么方法？當年產(chǎn)量超過10萬件時，宜采用什么方法？p93第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第三篇金屬的塑性加工第一章

金屬的塑性變形第二章

鍛造第三章板料沖壓技術(shù)第四節(jié)特種塑性加工方法第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

又稱為壓力加工。1、金屬塑性加工的定義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到毛坯零件得到第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）特點優(yōu)點：

a）與鑄造相比：力學性能高，內(nèi)部缺陷被壓合，晶粒顯著細化。

ｂ)與切削加工比：材料的利用率和生產(chǎn)率高。缺點：a)形狀不能太復雜b)坯料塑性要好（2）應用汽車、拖拉機、宇航、軍工、電器、橋梁、建筑等2、塑性成形加工的特點及應用第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月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。（1）鍛造自由鍛造模鍛3、塑性變形方式——鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月利用沖模在壓力作用下將金屬板料切離或變形的方法。（2）沖壓3、塑性變形方式——鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔沖壓成形板料分離第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

外力使金屬坯料從擠壓?？讛D出而成形為各種型材、管材、零件等。

（3）擠壓正擠壓反擠壓復合擠壓3、塑性變形方式——鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3、塑性變形方式（4）軋制在旋轉(zhuǎn)軋輥的壓力下使坯料產(chǎn)生塑性變形的方法。——鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月將金屬坯料從拉模的模孔中拉出而成形為各種線材、薄壁管材、特殊截面型材等。（5）拉拔3、塑性變形方式——鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一般常用的金屬型材、板材、原材料，管材和線材大都是通過軋制、擠壓、拉拔等方法制成的。機械制造業(yè)中的許多毛坯或零件，特別是承重載荷機件，如機床主軸、重要齒輪、連桿、炮管和槍管等，通常采用鍛造方法成形。沖壓廣泛用于汽車、電器、儀表零件及日用品工業(yè)方面。第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性變形及隨后的加熱對金屬材料組織和性能有顯著影響。了解塑性變形本質(zhì)，塑性變形及加熱時組織的變化,有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝。第一章金屬塑性變形第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1金屬塑性變形的實質(zhì)金屬受到外力作用，內(nèi)部必將產(chǎn)生應力，此應力迫使原子離開原來的平衡位置，從而改變了原子間的距離，使金屬發(fā)生變形，引起原子位能的增高，但處于高位能的原子具有返回原來低位能的平衡位置的傾向。這種除去外力后，金屬完全恢復原狀的變形，稱為彈性變形。第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月當外力增大到使金屬的內(nèi)應力超過該金屬的屈服點后，即使作用在物體上的外力取消，金屬的變形也不完全恢復，而產(chǎn)生一部分永久變形，稱為塑性變形。其實質(zhì)是晶體內(nèi)部產(chǎn)生滑移的結(jié)果。第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應力和切應力。正應力只能引起彈性變形。只有在切應力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。外力在晶面上的分解切應力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

㈠滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1、滑移變形的特點：⑴滑移只能在切應力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應力稱臨界切應力。第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月切應力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月多腳蟲的爬行2、滑移的機理把滑移設想為剛性整體滑動，所需的理論臨界切應力值比實際測量值大幾千倍。這說明實際晶體結(jié)構(gòu)及塑性變形并不完全如此。滑移是通過滑移面上位錯的運動來實現(xiàn)的。第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體通過位錯運動產(chǎn)生滑移時，只在位錯中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠小于一個原子間距，因而所需臨界切應力小，這種現(xiàn)象稱作位錯的易動性。位錯周圍的原子偏離正常排列位置，有回到正常排列的趨勢。位錯能量降低滑移所需變形力第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3、實際多晶體塑性變形I、晶粒本身的變形（晶內(nèi)變形）——主要的II、晶粒之間的變形（晶間變形）——次要的金屬是由許多微小的晶粒組成的多晶體，其塑性變形可看成許多單個晶粒產(chǎn)生變形的綜合效果，晶粒之間也有滑動和轉(zhuǎn)動。第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬內(nèi)部有了應力就會產(chǎn)生彈性變形。應力增大到一定程度后是金屬產(chǎn)生塑性變形。當外力去除后，彈性變形將恢復，稱為“彈復”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對有些塑性加工件的變形和工件質(zhì)量有很大影響，必須采取工藝措施來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月我們已經(jīng)學習了金屬塑性變形的機理，那塑性變形后金屬的組織和性能是否也發(fā)生了變化呢？第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2塑性變形組織和性能的影響

金屬在常溫下經(jīng)過塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化：1）晶粒沿最大變形的方向伸長；2）晶格和晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應力；3）晶粒間產(chǎn)生碎晶。碎晶和晶格畸變的出現(xiàn)，滑移阻力增加，使得金屬塑性變形抗力增加，進一步塑性變形困難。第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1、形變強化現(xiàn)象

隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱冷變形強化或加工硬化。冷塑性變形量，%屈服強度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月冷塑性變形與性能關(guān)系第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化

金屬經(jīng)冷變形后,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時間維持。加熱可使原子擴散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復、再結(jié)晶和晶粒長大。加熱溫度℃黃銅第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)回復在加熱溫度較低時，因原子活動能力增強，使原子回復到平衡位置，晶內(nèi)殘余應力大大減小，這種現(xiàn)象稱為回復。回復不改變晶粒形狀。金屬中的點缺陷及位錯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位錯相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。

(a)塑性變形后的組織(b)金屬回復后的組織(c)再結(jié)晶組織回復recovery——晶格歪扭現(xiàn)象消失的過程。T回復=0.25~0.3T熔第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)再結(jié)晶當變形金屬被加熱到較高溫度時，金屬原子獲得更多的熱能，使塑性變形后金屬被拉長的晶粒重新生核、結(jié)晶，變?yōu)榕c變形前晶格結(jié)構(gòu)相同的新等軸晶粒，這一過程稱為再結(jié)晶。鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月再結(jié)晶也是晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型和成分完全相同。Al合金再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核冷變形奧氏體不銹鋼加熱時再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯基體上第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月由于再結(jié)晶后組織的復原，因而金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化

冷變形(變形量為38%)黃銅580oC保溫15分后的的再結(jié)晶組織第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月再結(jié)晶溫度再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之間的近似關(guān)系:

T再（K）≈0.4T熔（K）其中T再、T熔為絕對溫度.金屬熔點越高,T再也越高.T再℃=(T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生，延長加熱時間，使原子擴散充分，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200~300℃。黃銅580oC保溫8秒后的組織黃銅580oC保溫15分后的組織如果繼續(xù)加熱？？第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月——若T再繼續(xù)升高，則晶粒長大、變粗，力學性能大大下降。晶粒長大所以要嚴格控制加熱溫度、保溫時間。如果繼續(xù)加熱？第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月冷變形與熱變形的區(qū)別在金屬學中，冷熱變形的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的變形稱為冷變形，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱變形。軋制模鍛拉拔第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月如Fe的再結(jié)晶溫度為451℃，其在400℃以下的加工仍為冷變形。而Pb(熔點為327℃)

的再結(jié)晶溫度為-33℃，則其在室溫下的加工為熱變形。熱變形時產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱變形不會帶來加工硬化效果。第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3、纖維組織

熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細化，力學性能提高。鍛壓熱軋粗晶粒材料變形拉長的晶粒再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒長大再結(jié)晶完成晶粒細而均勻材料熱加工動態(tài)再結(jié)晶示意圖第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線，由這種流線體現(xiàn)的組織稱纖維組織。它使鋼產(chǎn)生各向異性。使零件所受的最大拉應力與纖維方向一致，最大切應力與纖維方向垂直。滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月當采用棒料直接經(jīng)切削加工制造螺釘時，螺釘頭部與桿部的纖維被切斷，不能連貫起來，受力時產(chǎn)生的切應力順著纖維方向，故螺釘?shù)某休d能力較弱(如圖示)。當采用同樣棒料經(jīng)局部鐓粗方法制造螺釘時(如圖示)，纖維不被切斷且連貫性好，纖維方向也較為有利，故螺釘質(zhì)量較好。實例：第46頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月可鍛性：

金屬產(chǎn)生塑性變形而不破壞的難易程度。

第三節(jié)金屬的可鍛性

可鍛性——常用金屬材料在經(jīng)受壓力加工產(chǎn)生塑性變形的工藝性能來表示?？慑懶缘膬?yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來綜合評定的。塑性越好，變形抗力越小，則金屬的可鍛性越好，反之越差。

塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形，而不破壞其完整性的能力。

變形抗力是指金屬對變形的抵抗力。金屬的可鍛性取決于材料的性質(zhì)(內(nèi)因)和加工條件(外因)。第47頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月材料性質(zhì)的影響(內(nèi)因)化學成分的影響

純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。鋼中合金元素含量越多，合金成分越復雜，其塑性越差，變形抗力越大。例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的。金屬組織的影響純金屬及固溶體(如奧氏體)的可鍛性好。碳化物(如滲碳體)的可鍛性差。鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結(jié)構(gòu)不如晶粒細小而又均勻的組織的可鍛性好第48頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月加工條件的影響(外因)

在一定的變形溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，原子動能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學性能降低，這種現(xiàn)象稱為“過熱”。若加熱溫度更高接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間的結(jié)合，使金屬失去塑性