金属塑性变形的基本概念课件.ppt

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1、第一章 金属塑性变形的基本概念 1.1 金属的塑性变形 1.2 金属塑性变形后的组织与性能 1.3 最小阻力法则 为什么要研究金属的塑性？探索塑性变化规律寻求改善塑性途径选择合理加工方法确定最佳工艺制度提高产品质量1.1 金属的塑性变形w变形的概念：对固体物质施加外力，引起固体材料的形状和尺寸的改变，这种改变伴随质点间距离的变化或微元体的形状的变化，称为变形。变形有弹性变形和塑性变形。w一、弹性变形与塑性变形（残余变形）正应力引起弹性变形；切应力引起塑性变形w二、变形的表示方法 变形有：线变形（任一尺寸的变化）；角变形（变形体任意两条直线间的夹角的变化）；面变形（任意截面面积的变化或部分表面面

2、积的变化）；空间变形（三个方向尺寸的变化）。变形程度表示1.绝对变形量 指工件变形前后主轴方向上尺寸 的变化量。如压下量=H-h2.相对变形量 指绝对变形量与原始尺寸的比值，常称为形变率。如延伸率、断面收缩率。3.真实变形量（对数变形）指变形前后尺寸比值的自然对数w4.真实变形量和相对变形量比较 1）相对变形不能十分确切地反映工件的真实变形程度，变形程度越大，误差越大。2）真实变形具有可加性，而相对变形无可加性。3）真实变形是可以比较的变形。4）在体积不变的条件下，三个相互垂直方向的真实变形代数和为零。得出变形只有三种类型。三、金属塑性的概念w1.什么是塑性？塑性是金属在外力外力作用下产生永久

3、变形而不破坏其完整性的能力能力。塑性的大小可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。或叫“塑性极限”。其塑性指标的表示方法有：断面收缩率、延伸率、冲击韧性、最大压缩率、扭转角（或扭转数）、弯曲次数。塑性决定于变形条件，所以不应当把塑性看成是某种材料的性质，而应当看成是某种材料的状态。2.塑性指标的测量方法拉伸试验法压缩试验法扭转试验法轧制模拟试验法拉伸试验法式中：L0拉伸试样原始标距长度；Lh拉伸试样破断后标距间的长度；F0拉伸试样原始断面积；Fh拉伸试样破断处的断面积 压缩试验法 简单加载条件下，压缩试验法测定的塑性指标用下式确定：式中：压下率；H0试样原始高度；Hh试样压缩后，在侧表面出现

4、第一条 裂纹时的 高度扭转试验法 对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好，可将扭转数换作为剪切变形（）。式中：R试样工作段的半径；L0试样工作段的长度；n试样破坏前的总转数。轧制模拟试验法 在平辊间轧制楔形试件，用偏心轧辊轧制矩形试样，找出试样上产生第一条可见裂纹时的临界压下量作为轧制过程的塑性指标。3.塑性与柔软性的区别 塑性反映材料产生永久变形的能力。柔软性反映材料抵抗变形的能力。不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或者于此相反塑性与柔软性的对立统一铅-塑性好，变形抗力小不锈钢-塑性好，但变形抗力高白口铸铁-塑性差，变形抗力高结论：塑性与柔软性不是同一概念四、影响金属塑性的主要因素及提高塑性

5、的主要途径影响金属塑性可分为内部因素 和外部因素两方面：1.金属自然性质对塑性的影响1)组织状态的影响：单相固溶体塑性好；金属化合物塑性差。晶粒小塑性好、晶粒大塑性差。2）化学成分的影响：（1）杂质：S、P影响最大。S在900出现“红脆区”；P会产生冷脆。（2）合金元素对塑性的影响：碳含量越大，塑性越差3）铸造组织的影响：(1）铸态材料密度较低，有大量的空隙和皮下气泡；(2)有杂质（S、P）等的偏析 (3)对于大的钢锭，有较大的枝晶偏析；(4)在多相合金中，第二相组成的较粗大的夹杂物常常分布在晶粒边界上2.变形温度速度条件对塑性的影1）变形温度的影响 出现新的滑移系 回复和再结晶 组织变化：由

6、多相单相 热运动加剧：热塑性（扩散塑性）晶界强度下降：晶界滑移变形温度与塑性之间的关系塑性指标温度，K 图 温度对塑性影响的典型曲线温度，图 碳钢的塑性随温度变化图塑塑性性2）变形速度的影响：变形速度对塑性的影响比较复杂。当变形速度不大时，随变形速度的提高塑性是降低的；而当变形速度较大时，塑性随变形速度的提高反而变好。塑性变形速度，1/秒图 变形速度对塑性的影响3.变形力学条件对塑性的影响（1）应力状态的影响卡尔曼实验1-2大气压1-2大气压 图 脆性材料的各向压缩曲线 （a）大理石；（b）红砂石；轴向压力；侧向压力 静水压力对提高金属塑性的良好影响，可由下述原因所造静水压力对提高金属塑性的良

7、好影响，可由下述原因所造成：成：体压缩能遏止晶粒边界的相对移动，使晶间变形困难。体压缩能遏止晶粒边界的相对移动，使晶间变形困难。体压缩能促进由于塑性变形和其它原因而破坏了晶内联体压缩能促进由于塑性变形和其它原因而破坏了晶内联系的恢复。系的恢复。体压缩能完全或局部地消除变形物体内数量很小的某些体压缩能完全或局部地消除变形物体内数量很小的某些夹杂物甚至液相对塑性的不良影响。夹杂物甚至液相对塑性的不良影响。体压缩能完全抵偿或者大大降低由于不均匀变形所引起体压缩能完全抵偿或者大大降低由于不均匀变形所引起的拉伸附加应力，从而减轻了拉应力的不良影响。的拉伸附加应力，从而减轻了拉应力的不良影响。w（2）变形

8、状态的影响4.其他因素对塑性的影响w（1）变形程度变形程度 变形程度对塑性的影响，是同加工硬化及加工过程变形程度对塑性的影响，是同加工硬化及加工过程中伴随着塑性变形的发展而产生的裂纹倾向联系在一起中伴随着塑性变形的发展而产生的裂纹倾向联系在一起的。的。在热变形过程中，变形程度与变形温度在热变形过程中，变形程度与变形温度-速度条件速度条件是相互联系着的，当加工硬化与裂纹胚芽的修复速度大是相互联系着的，当加工硬化与裂纹胚芽的修复速度大于发生速度时，可以说变形程度对塑性影响不大。于发生速度时，可以说变形程度对塑性影响不大。对于冷变形而言，由于没有上述的修复过程，一般对于冷变形而言，由于没有上述的修复

9、过程，一般都是随着变形程度的增加而降低塑性。都是随着变形程度的增加而降低塑性。（2）尺寸（体积）因素的影响(3)(3)周围介质的影响周围介质的影响周围介质和气氛能使变形物体表面层溶解并与金属基体周围介质和气氛能使变形物体表面层溶解并与金属基体形成脆性相，因而使变形物体呈现脆性状态。形成脆性相，因而使变形物体呈现脆性状态。周围介质的作用能引起变形物体表面层的腐蚀以及化学周围介质的作用能引起变形物体表面层的腐蚀以及化学成分的改变，使塑性降低。成分的改变，使塑性降低。有些介质（如润滑剂）吸附在变形金属的表面上，可使有些介质（如润滑剂）吸附在变形金属的表面上，可使金属塑性变形能力增加。金属塑性变形能力

10、增加。5.提高金属塑性的主要途径提高金属塑性的主要途径提高塑性的主要途径有以下几个方面：提高塑性的主要途径有以下几个方面：(1)(1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；织的均匀性；(2)(2)采用合适的变形温度采用合适的变形温度速度制度；速度制度；(3)(3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态；性，尽量造成均匀的变形状态；(4)(4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。避免加热和加工时周围介质的不良影响。五.金属塑性变形的类别1.1.热变形热

11、变形 所谓热变形（又称热加工）是指变形金属在完全所谓热变形（又称热加工）是指变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。一般在热变形时再结晶条件下进行的塑性变形。一般在热变形时金属所处温度范围是其熔点绝对温度的金属所处温度范围是其熔点绝对温度的0.750.750.950.95Tm，在变形过程中，同时产生软化与硬化，在变形过程中，同时产生软化与硬化，且软化进行的很充分，变形后的产品无硬化的痕且软化进行的很充分，变形后的产品无硬化的痕迹。迹。2.不完全热变形：具有不完全的硬化解除，变形时再结晶进行的不充分。变形后得到的组织：再结晶的（具有等轴的）和非再结晶的（具有拉长的晶粒）并存，造成了变形不均匀，

12、形成残余应力，使塑性下降。一般0.50.7Tm为不完全热变形。3.不完全冷变形：没有再结晶产生，但有回复过程进行的变形（不完全硬化的变形）。变形大时会得到变形织构。一般0.30.5Tm为不完全热变形。4.冷变形：变形温度低于回复温度，在变形中只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象，把这种变形称为冷变形或冷加工。一般0.3Tm六.金属的超塑性1.超塑性的基本概念 金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的延伸率而不产生缩颈与断裂现象，把延伸率能超过100%的材料统称为“超塑性材料”，相应地把延伸率超过100%的现象叫做“超塑性”。金属超塑性归纳为以下几方面的特点：即大延伸、无缩颈、低的流动应力、低的应

13、变速率。2.超塑性的分类 按照超塑性实现的条件（组织、温度、应力状态等）可将超塑性分为以下几类。(1)恒温超塑性或第一类超塑性。根据材料的组织形态特点也称之为细晶超塑性。特点是材料具有稳定的超细等轴晶粒组织，在一定的温度区间（T0.4TM）和一定的变形速度（10-410-1/秒）条件下出现超塑性。晶粒直径多在5m以下。(2)相变超塑性或第二类超塑性，又称为动态超塑性或变态超塑性。相变超塑性，并不要求材料具有超细晶粒组织，而是在一定的温度和应力条件下，经过多次循环相变或同素异构转变而获得大延伸率。产生相变超塑性的必要条件，是材料应具有固态相变的特性，并在外加载荷作用下，在相变温度上下循环加热与冷

14、却，诱发产生反复的组织结构变化，使金属原子发生剧烈运动而呈现出超塑性。相变超塑性不要求微细等轴晶粒，这是有利的，但要求变形温度反复变化，给实际生产带来困难，故使用上受到限制。(3)其它超塑性或第三类超塑性。近年来发现，普通非超塑性材料在一定条件下快速变形时，也能显示出超塑性。有些材料在消除应力退火过程中，在应力作用下也可以得到超塑性，Al-5%Si及Al-4%Cu合金在溶解度曲线上下施以循环加热可以得到超塑性。此外，国外正在研究的还有升温超塑性，异向超塑性等。有人把上述的第二类及第三类超塑性统称为动态超塑性，或环境超塑性3.3.细晶超塑性细晶超塑性细晶超塑性又称为组织超塑性，在试验中已发现细晶

15、超塑性有许多细晶超塑性又称为组织超塑性，在试验中已发现细晶超塑性有许多重要特征，归纳起来有以下几个方面的内容。重要特征，归纳起来有以下几个方面的内容。1 1）变形力学特征）变形力学特征 超塑性金属由于没有（或很小）加工硬化，在塑性变形开始超塑性金属由于没有（或很小）加工硬化，在塑性变形开始后，有一段很长的均匀变形过程，最后达到百分之几或甚至几千后，有一段很长的均匀变形过程，最后达到百分之几或甚至几千的高延伸率，其工程应力的高延伸率，其工程应力应变曲线如图所示，当应力超过最应变曲线如图所示，当应力超过最大值后，随着应变的增加，应力缓慢地连续下降大值后，随着应变的增加，应力缓慢地连续下降W.A.B

16、ackofen状态方程当m=1时，截面变化速率与他的均匀性无关，即m值越小，产生缩颈的倾向性越大，变形均匀性越差。2 2）金属组织特征）金属组织特征 到目前为止所发现的细晶超塑性材料，大部分是到目前为止所发现的细晶超塑性材料，大部分是共析和共晶合金，其显微组织要求有极细的晶粒度、共析和共晶合金，其显微组织要求有极细的晶粒度、等轴、双相及稳定的组织。要求双相，是因为第二相等轴、双相及稳定的组织。要求双相，是因为第二相能阻止母相晶粒长大，而母相也能阻止第二相的长大；能阻止母相晶粒长大，而母相也能阻止第二相的长大；要求稳定，是指在变形过程中晶料长大的速度要慢，要求稳定，是指在变形过程中晶料长大的速度

17、要慢，以便有充分的热变形持续时间；超塑性变形过程中，以便有充分的热变形持续时间；超塑性变形过程中，晶界起着很重要的作用，要求晶粒的边界比例大，并晶界起着很重要的作用，要求晶粒的边界比例大，并且晶界要平坦，易于滑动，所以要求晶粒细小、等轴。且晶界要平坦，易于滑动，所以要求晶粒细小、等轴。在这些因素中，晶粒尺寸是主要的影响因素。一般认在这些因素中，晶粒尺寸是主要的影响因素。一般认为直径大于为直径大于10m10m的晶粒组织是难于实现超塑性的的晶粒组织是难于实现超塑性的。4.超塑性的应用超塑性的应用 （1 1）真空成形法）真空成形法 （2 2）气压成形）气压成形 （3 3）超塑性模锻和挤压）超塑性模锻

18、和挤压 （4 4）无模拉拔）无模拉拔1.2 1.2 塑性加工中金属的组织与性能塑性加工中金属的组织与性能一.冷变形冷变形1.1.冷变形时金属显微组织的变化冷变形时金属显微组织的变化（1 1）纤维组织）纤维组织 多晶体金属经冷变形后，原来等轴的晶粒沿着主变形的方向被拉长。变形多晶体金属经冷变形后，原来等轴的晶粒沿着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长的越显著。当变形量很大时，各个晶粒已不能很清楚地辨别开量越大，拉长的越显著。当变形量很大时，各个晶粒已不能很清楚地辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织。被拉长的程度取决于主变形图和变形程度。来，呈现纤维状，故称纤维组织。被拉长的程度取决于主变形图和变形

19、程度。（2 2）亚结构）亚结构 随着冷变形的进行，位错密度迅速提高。经强烈冷变形后，随着冷变形的进行，位错密度迅速提高。经强烈冷变形后，可由原来退火状态的可由原来退火状态的106107/cm2106107/cm2增至增至10111012/cm210111012/cm2。经透射电。经透射电子显微镜观察，这些位错在变形晶粒中的分布是很不均匀的。只子显微镜观察，这些位错在变形晶粒中的分布是很不均匀的。只有在变形量比较小或者在层错能低的金属中，由于位错难以产生有在变形量比较小或者在层错能低的金属中，由于位错难以产生交滑移和攀移，在位错可动性差的情况下，位错的分布才是比较交滑移和攀移，在位错可动性差的情

20、况下，位错的分布才是比较分散和比较均匀的。在变形量大而且层错能较高的金属中，位错分散和比较均匀的。在变形量大而且层错能较高的金属中，位错的分布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位错缠结的高的分布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位错缠结的高位错密度区（约比平均位错密度高五倍），将位错密度低的部分位错密度区（约比平均位错密度高五倍），将位错密度低的部分分隔开来，好像在一个晶粒的内部又出现许多分隔开来，好像在一个晶粒的内部又出现许多“小晶粒小晶粒”似的，似的，只是它们的取向差不大（几度到几分），这种结构称为亚结构。只是它们的取向差不大（几度到几分），这种结构称为亚结构。（3 3）变形织构）

21、变形织构 多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴随着晶体多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴随着晶体取向相对于外力有规律的转动，使取向大体趋于一致叫做取向相对于外力有规律的转动，使取向大体趋于一致叫做“择优择优取向取向”。具有择优取向的物体，其组织称为。具有择优取向的物体，其组织称为“变形织构变形织构”。金属及合金经过挤压、拉拔、锻造和轧制以后，都会产生金属及合金经过挤压、拉拔、锻造和轧制以后，都会产生变形织构。塑性加工方式不同，可出现不同类型的织构。通常，变形织构。塑性加工方式不同，可出现不同类型的织构。通常，变形织构可分为丝织构和板织构。变形织构可分为丝织构和板织构。（4 4）晶

22、内及晶间的破坏）晶内及晶间的破坏 在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用，在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用，因滑移（位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑因滑移（位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑移等），双晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产移等），双晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产生的相对转动与移动，造成了在晶粒内部及晶粒生的相对转动与移动，造成了在晶粒内部及晶粒间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密度减少，是造成金属显微裂纹的根源。度减少，是造成金属显微裂纹的根源。2.2.冷变形时金属性能的变化冷变形时金属性能的变化（1 1）物化性能）物化性能a

23、.a.密度密度金属经冷变形后，晶内及晶冷变形后密度降至金属经冷变形后，晶内及晶冷变形后密度降至8.8868.886克克/厘米厘米3 3。相应的铜的。相应的铜的密度是由密度是由8.9058.905克克/厘米厘米3 3，降至，降至8.898.89克克/厘米厘米3 3。b.b.电阻电阻晶间物质的破坏使晶粒直接接触、晶粒位向有序化、间出现了显微裂纹、晶间物质的破坏使晶粒直接接触、晶粒位向有序化、间出现了显微裂纹、裂口、空洞等缺陷致使金属的密度降低。裂口、空洞等缺陷致使金属的密度降低。c.c.化学稳定性化学稳定性 冷变形后，金属的残余应力和内能增加，从而使化学不稳定性增加，耐蚀性能冷变形后，金属的残余应

24、力和内能增加，从而使化学不稳定性增加，耐蚀性能降低。降低。除此之外，冷变形还可能改变磁性。如锌和铜，冷变形后可减少其抗磁性。高除此之外，冷变形还可能改变磁性。如锌和铜，冷变形后可减少其抗磁性。高度冷加工后，铜可以变为顺磁性的金属，对顺磁性金属冷变形会降低磁化度冷加工后，铜可以变为顺磁性的金属，对顺磁性金属冷变形会降低磁化敏感性等等。敏感性等等。（2 2）力学性能）力学性能 由于发生了晶内及晶间破坏，晶格产生了畸变以及出现由于发生了晶内及晶间破坏，晶格产生了畸变以及出现第二、三类残余应力等，故经受冷变形后的金属及合金，第二、三类残余应力等，故经受冷变形后的金属及合金，其塑性指标随所承受的变形程度

25、的增加而下降，在极限其塑性指标随所承受的变形程度的增加而下降，在极限情况下可达到接近于完全脆性的状态。另外，由于晶格情况下可达到接近于完全脆性的状态。另外，由于晶格畸变、出现应力、晶粒的长大、细化以及出现亚结构等，畸变、出现应力、晶粒的长大、细化以及出现亚结构等，金属的抗力指标则随变形程度的增加而提高。金属力学金属的抗力指标则随变形程度的增加而提高。金属力学性能与变形程度的曲线称硬化曲线。性能与变形程度的曲线称硬化曲线。（3 3）织构与各向异性）织构与各向异性 金属材料经塑性变形以后，在不同加工方式下，金属材料经塑性变形以后，在不同加工方式下，会出现不同类型的织构。由于织构的存在而使金会出现不

26、同类型的织构。由于织构的存在而使金属呈现各向异性。属呈现各向异性。二、热变形热变形1.1.热变形对金属组织性能的影响热变形对金属组织性能的影响（1 1）热变形对铸态组织的改造）热变形对铸态组织的改造 一般来说，金属在高温下塑性高、抗力小，加之原子扩散过程加剧，伴随一般来说，金属在高温下塑性高、抗力小，加之原子扩散过程加剧，伴随有完全再结晶时，更有利于组织的改善。故热变形多作为铸态组织初次加有完全再结晶时，更有利于组织的改善。故热变形多作为铸态组织初次加工的方法。工的方法。热变形能最有效地改变金属和合金的铸锭组织，可以使铸态组织发生下述有利变热变形能最有效地改变金属和合金的铸锭组织，可以使铸态组

27、织发生下述有利变化。化。a.a.一般热变形是通过多道次的反复变形来完成。一般热变形是通过多道次的反复变形来完成。b.b.由于应力状态中静水压力分量的作用，可使锭中存在的气泡焊合，缩孔压实，由于应力状态中静水压力分量的作用，可使锭中存在的气泡焊合，缩孔压实，疏松压密，变为较致密的结构。疏松压密，变为较致密的结构。c.c.由于高温下原子热运动能力加强，在应力作用下，借助原子的自扩散和互扩散，由于高温下原子热运动能力加强，在应力作用下，借助原子的自扩散和互扩散，可使铸锭中化学成分的不均匀性相对减少。可使铸锭中化学成分的不均匀性相对减少。上述三方面综合作用的结果，可使铸态组织改造成变形组织（或加工组织

28、），上述三方面综合作用的结果，可使铸态组织改造成变形组织（或加工组织），它比铸锭有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀的化学成分，因它比铸锭有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀的化学成分，因而塑性和抗力的指标都明显提高。而塑性和抗力的指标都明显提高。（2 2）热变形制品晶粒度的控制）热变形制品晶粒度的控制 在热变形过程中，为了保证产品性能及使用条件在热变形过程中，为了保证产品性能及使用条件对热加工制品晶粒尺寸的要求，控制热变形产品的晶对热加工制品晶粒尺寸的要求，控制热变形产品的晶粒度是很重要的。粒度是很重要的。热变形后制品晶粒度的大小，取决于变形程度和热变形后制品晶粒度的大小，取决于

29、变形程度和变形温度（主要是加工终了温度）。第二类再结晶全变形温度（主要是加工终了温度）。第二类再结晶全图，是描述晶粒大小与变形程度及变形温度之间关系图，是描述晶粒大小与变形程度及变形温度之间关系的。根据这种图即可确定为了获得均匀的组织和一定的。根据这种图即可确定为了获得均匀的组织和一定尺寸晶粒时，所需要保持的加工终了温度及应施加的尺寸晶粒时，所需要保持的加工终了温度及应施加的变形程度。变形程度。（3 3）热变形时的纤维组织）热变形时的纤维组织 金属内部所含有的杂质、第二相和各种缺陷，在热变形过程中，金属内部所含有的杂质、第二相和各种缺陷，在热变形过程中，将沿着最大主变形方向被拉长、拉细而形成纤

30、维组织或带状结构。将沿着最大主变形方向被拉长、拉细而形成纤维组织或带状结构。这些带状结构是一系列平行的条纹，也称为流线。这些带状结构是一系列平行的条纹，也称为流线。纤维组织一般只能在变形时通过不断地改变变形的方向来避免，纤维组织一般只能在变形时通过不断地改变变形的方向来避免，很难用退火的方法去消除。当夹杂物（或晶间夹杂层）数量不多很难用退火的方法去消除。当夹杂物（或晶间夹杂层）数量不多时，可用长时高温退火的方法，依靠成分地均匀化，和组织不均时，可用长时高温退火的方法，依靠成分地均匀化，和组织不均匀处的消失以去除。在个别情况下，当这些晶间夹杂物能溶解或匀处的消失以去除。在个别情况下，当这些晶间夹

31、杂物能溶解或凝聚时，纤维组织也可以被消除。凝聚时，纤维组织也可以被消除。金属中的空穴（包括凝固时的缩孔和气眼等），在变金属中的空穴（包括凝固时的缩孔和气眼等），在变形时也会被拉长，当变形量很大、温度足够高时，形时也会被拉长，当变形量很大、温度足够高时，这些孔穴可能被压紧、焊合，如果变形量不够大，这些孔穴可能被压紧、焊合，如果变形量不够大，这些孔穴就形成了头发状的裂纹称为这些孔穴就形成了头发状的裂纹称为“发裂发裂”。显著的纤维组织也能引起分层，使变形金属得显著的纤维组织也能引起分层，使变形金属得到层状或板状的断口，例如到层状或板状的断口，例如HPb59-1HPb59-1，QA10-3-1.5QA

32、10-3-1.5的层状断口，消除的方法是铸造时细化晶粒，改善的层状断口，消除的方法是铸造时细化晶粒，改善铅、铅、Al2O3Al2O3分布状况，防止氧化吸气以减少分布状况，防止氧化吸气以减少Al2O3Al2O3的的生成。生成。2.2.热变形过程中的回复与再结晶热变形过程中的回复与再结晶 一般将热变形过程中，在应力状态作用下所发生的回复与再结晶过程称为动态一般将热变形过程中，在应力状态作用下所发生的回复与再结晶过程称为动态的，以区别冷变形后退火过程中、热变形的各道次之间以及热变形后在空气的，以区别冷变形后退火过程中、热变形的各道次之间以及热变形后在空气中冷却时所发生的、属于静态的回复与再结晶过程。

33、中冷却时所发生的、属于静态的回复与再结晶过程。（a a）图为高层错能金属在热轧加工率比较小时（）图为高层错能金属在热轧加工率比较小时（50%50%），只发生动态回复；），只发生动态回复；（b b）图表示低层错能金属，由于热轧变形程度小（）图表示低层错能金属，由于热轧变形程度小（50%50%），热轧时，只发生动态），热轧时，只发生动态回复，随后发生静态回复和静态再结晶；回复，随后发生静态回复和静态再结晶；（c c）图表示高层错能金属在挤压变形程度大（）图表示高层错能金属在挤压变形程度大（99%99%）时，在挤压中发生动态回复，）时，在挤压中发生动态回复，出模孔后，发生静态回复和静态再结晶；出模孔

34、后，发生静态回复和静态再结晶；（d d）图表示低层错能金属，在挤压变形程度大（）图表示低层错能金属，在挤压变形程度大（99%99%）时，在挤压中发生动态回）时，在挤压中发生动态回复与动态再结晶。出模孔后，发生静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶。复与动态再结晶。出模孔后，发生静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶。（1 1）动态回复）动态回复金属在热变形时，若只发生动态回复的软化金属在热变形时，若只发生动态回复的软化过程，其应力过程，其应力-应变曲线，如图应变曲线，如图a a所示。曲线所示。曲线明显地分为三个阶段。明显地分为三个阶段。第一阶段为微变形阶段。此时，试样中的应第一阶段为微变形阶段。此时，

35、试样中的应变速率从零增加到试验所要求的应变速率，变速率从零增加到试验所要求的应变速率，其应力其应力-应变曲线呈直线，应变曲线呈直线，当达到屈服应力以后，变形进入了第二阶段，当达到屈服应力以后，变形进入了第二阶段，加工硬化率逐渐降低。加工硬化率逐渐降低。最后进入第三阶段，为稳定变形阶段。此时，最后进入第三阶段，为稳定变形阶段。此时，加工硬化被动态回复所引起的软化过程所抵加工硬化被动态回复所引起的软化过程所抵消。即由变形所引起的位错增加的速率与动消。即由变形所引起的位错增加的速率与动态回复所引起的位错消失的速率几乎相等。态回复所引起的位错消失的速率几乎相等。达到了动态平衡。达到了动态平衡。实验研究

36、表明：实验研究表明：1 1）发生动态回复有一个临界变形程度，只有达到此值才能形成亚）发生动态回复有一个临界变形程度，只有达到此值才能形成亚晶。晶。2 2）当变形达到平稳态后，亚晶也保持一个平衡形状。在低的变形）当变形达到平稳态后，亚晶也保持一个平衡形状。在低的变形温度（温度（0.3 0.3 0.6Tm0.6Tm）下，即使变形量很小，亚晶形状是长条）下，即使变形量很小，亚晶形状是长条的；而在高的变形温度（的；而在高的变形温度（0.60.60.7Tm0.7Tm）下，即使变形量很大，）下，即使变形量很大，亚晶也能构成等轴的形状。亚晶也能构成等轴的形状。3 3）亚晶间的取向一般分散在）亚晶间的取向一般

37、分散在 10 10 7070的宽广范围内，而且和变的宽广范围内，而且和变形量、变形温度关系不大。形量、变形温度关系不大。4 4）热变形达到平稳态后，亚晶的平均尺寸有一个平衡值，它又随）热变形达到平稳态后，亚晶的平均尺寸有一个平衡值，它又随变形温度的增加或变形速度的增加而下降。给定一个平稳态屈变形温度的增加或变形速度的增加而下降。给定一个平稳态屈服应力，对应有一个平均的亚晶尺寸。服应力，对应有一个平均的亚晶尺寸。（2 2）动态再结晶）动态再结晶 发生动态再结晶的金属，在热加发生动态再结晶的金属，在热加工温度范围内应力应变曲线。它工温度范围内应力应变曲线。它不像只发生动态回复时的应力应不像只发生动

38、态回复时的应力应变曲线那样简单。该曲线在高应变曲线那样简单。该曲线在高应变速度下，曲线迅速升到一峰值，变速度下，曲线迅速升到一峰值，随后由于动态再结晶发生而引起随后由于动态再结晶发生而引起软化，最后接近于平稳态。此时软化，最后接近于平稳态。此时硬化过程和软化过程达到平衡即硬化过程和软化过程达到平衡即处于稳定变形阶段。处于稳定变形阶段。动态再结晶的特点：动态再结晶的特点：1 1）动态再结晶要在很大的变形量下才能发生，即其）动态再结晶要在很大的变形量下才能发生，即其“临临界变形程度界变形程度”很大；很大；2 2）和静态再结晶相似，动态再结晶易于在晶界及亚晶界）和静态再结晶相似，动态再结晶易于在晶界

39、及亚晶界处形核；处形核；3 3）由于动态再结晶）由于动态再结晶“临界变形度临界变形度”比静态再结晶的大许比静态再结晶的大许多，所以若在变形过程中发生了动态再结晶，那么变形多，所以若在变形过程中发生了动态再结晶，那么变形一停止马上即能发生静态再结晶而无需孕育期。开始时一停止马上即能发生静态再结晶而无需孕育期。开始时静态再结晶以很高速度进行，以后随时间的延长而减慢；静态再结晶以很高速度进行，以后随时间的延长而减慢；4 4）发生动态再结晶或变形过程中的静态再结晶所需时间）发生动态再结晶或变形过程中的静态再结晶所需时间与温度密切相关，一般而言，温度愈高所需时间愈短。与温度密切相关，一般而言，温度愈高所

40、需时间愈短。1.3 1.3 塑性流动规律塑性流动规律一、最小阻力定律一、最小阻力定律概念：最小阻力定律概念：最小阻力定律最小周边法则最小周边法则实际应用分析实际应用分析最小阻力定律：最小阻力定律：变形过程中，物体各质点变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向将向着阻力最小的方向移动。即做最少的功，移动。即做最少的功，走最短的路。走最短的路。最小周边法则最小周边法则w存在接触面摩擦时，物体各质点向存在接触面摩擦时，物体各质点向周边流动的阻力与质点离周边的距周边流动的阻力与质点离周边的距离成正比，因而必然向周边最短法离成正比，因而必然向周边最短法线流动，周边形状表现为最小的圆线流动，周边形状表现

41、为最小的圆形。形。实际应用分析实际应用分析二、影响金属塑性流动和变形的因素二、影响金属塑性流动和变形的因素1、摩擦的影响、摩擦的影响 摩擦影响的实质：由摩擦影响的实质：由于摩擦力的作用，在于摩擦力的作用，在一定程度上改变了金一定程度上改变了金属的流动特性并使应属的流动特性并使应力分力分 布受到影响。布受到影响。2、变形区的几何因素的影响、变形区的几何因素的影响 变形区的几变形区的几何因子（如何因子（如H/D、H/L、H/B等）是等）是影响变形和影响变形和应力分布很应力分布很重要的因素重要的因素。3、工具的形状和坯料形状的影响、工具的形状和坯料形状的影响工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向工

42、具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向的重要因素。工具与金属形状的差异，是造的重要因素。工具与金属形状的差异，是造成金属沿各个方向流动的阻力有差异，因而成金属沿各个方向流动的阻力有差异，因而金属向各个方向的流动（即变形量）也有相金属向各个方向的流动（即变形量）也有相应差别。应差别。4、外端的影响、外端的影响 外端（未变形的金外端（未变形的金属）对变形区金属属）对变形区金属的影响主要是阻碍的影响主要是阻碍变形区金属流动，变形区金属流动，进而产生或加剧附进而产生或加剧附加的应力和应变。加的应力和应变。外端的概念：变形外端的概念：变形体的外端是指在变体的外端是指在变形过程中某一瞬间形过程中某一瞬间不

43、直接承受工具的不直接承受工具的作用而处于变形区作用而处于变形区以外的部分，称为以外的部分，称为外端或刚端。外端或刚端。5、变形温度的影响、变形温度的影响w变形物体的温度不均匀，变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形会造成金属各部分变形和流动的差异。变形首和流动的差异。变形首先发生在那些变形抗力先发生在那些变形抗力最小的部分。一般，在最小的部分。一般，在同一变形物体中高温部同一变形物体中高温部分的变形抗力低，低温分的变形抗力低，低温部分的变形抗力。部分的变形抗力。6、金属性质不均的影响金属性质不均的影响w变形金属中的化学成分、组织结构、夹杂物、变形金属中的化学成分、组织结构、夹杂物、相的形态

44、等分布不均会造成金属各部分的变相的形态等分布不均会造成金属各部分的变形和流动的差异。形和流动的差异。三、不均匀变形、附加应力和残余应力三、不均匀变形、附加应力和残余应力w1 1、均匀变形与不均匀变形均匀变形与不均匀变形w若变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们相应的各个轴向若变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们相应的各个轴向上变形的发生情况，发展方向及应变量的大小都相同，这个体积上变形的发生情况，发展方向及应变量的大小都相同，这个体积的变形可视为均匀的。否则就叫不均匀变形。均匀变形的特点：的变形可视为均匀的。否则就叫不均匀变形。均匀变形的特点：（1）平面与直线）平面与直线 （2）圆与球体

45、）圆与球体 （3）相似单元体）相似单元体w均匀变形必需满足的条件：均匀变形必需满足的条件：（1）变形体物理性质均匀且各向同性）变形体物理性质均匀且各向同性 （2）各点物理状态完全相同（温度、抗力、硬化情况等）各点物理状态完全相同（温度、抗力、硬化情况等）（3）各点的绝对变形量和相对变形量相同）各点的绝对变形量和相对变形量相同 （4）变形完全没有外端的作用）变形完全没有外端的作用 （5）接触表面没外縻擦或縻擦阻力。）接触表面没外縻擦或縻擦阻力。w不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。因此，凡是影响金属塑性流流动引起的。因此，凡是影响金属塑性流动的因素

46、，都会对不均匀变形产生影响。动的因素，都会对不均匀变形产生影响。不均匀变形的典型现象：不均匀变形的典型现象：（1）高向单鼓形或双鼓形）高向单鼓形或双鼓形（2）接触表出现粘着区、滑动区、侧翻区）接触表出现粘着区、滑动区、侧翻区（3）变形体整个体积可分为难变形区、易）变形体整个体积可分为难变形区、易变形区、自由变形区。变形区、自由变形区。2 2、研究变形分布的方法、研究变形分布的方法w金属塑性加工金属塑性加工中，研究变形中，研究变形物体内变形分物体内变形分布（即金属流布（即金属流动）的方法很动）的方法很多。多。常用的方常用的方法有：法有：w网格法；网格法；w硬度法硬度法；w比较晶粒法。比较晶粒法。

47、3 3 基本应力与附加应力基本应力与附加应力基本应力：基本应力：由外力作用所引起的应力叫基本应力。表由外力作用所引起的应力叫基本应力。表示这种应力分布的图形叫基本应力图。示这种应力分布的图形叫基本应力图。附加应力：附加应力：在物体中，由于各部分的变形不均匀受到在物体中，由于各部分的变形不均匀受到物体的整体性限制而引起的相互平衡的应力。物体的整体性限制而引起的相互平衡的应力。工作应力图是处于应力状态的物体在变形时用各种方工作应力图是处于应力状态的物体在变形时用各种方法法测出来的应力图。测出来的应力图。均匀变形时基本应力图与工作均匀变形时基本应力图与工作应力图相同。而变形不均匀时，工作应力等于基本

48、应力图相同。而变形不均匀时，工作应力等于基本应力与附加应力的代数和。应力与附加应力的代数和。附加应力的种类附加应力的种类第一类附加应力（宏观附加应力）第一类附加应力（宏观附加应力）存在于物体的局部之间存在于物体的局部之间第二类附加应力（微观附加应力）第二类附加应力（微观附加应力）存在于物体内的晶粒之间存在于物体内的晶粒之间第三类附加应力（微观附加应力）第三类附加应力（微观附加应力）存在于滑移面或滑移带之间存在于滑移面或滑移带之间附加应力对塑性变形附加应力对塑性变形 产生的不良后果：产生的不良后果：（1 1）引起变形体的应力状态发生变化，使应力）引起变形体的应力状态发生变化，使应力分布更不均匀。

49、分布更不均匀。（2 2）造成物体的破坏。）造成物体的破坏。（3 3）使材料变形抗力提高和塑性降低）使材料变形抗力提高和塑性降低 （4 4）使产品质量降低。）使产品质量降低。（5 5）使生产操作复杂化。）使生产操作复杂化。（6 6）形成残余应力。）形成残余应力。4 4、残余应力、残余应力残余应力的来源：残余应力的来源：不均匀变形、不均匀变形、相变相变 、热处理、热处理、铸造、铸造、电镀、电镀、机加工等机加工等残余应力的分类：残余应力的分类：第一类残余应力（宏观应力）第一类残余应力（宏观应力）第二类残余应力（显微应力）第二类残余应力（显微应力）第三类残余应力（超显微应力）第三类残余应力（超显微应力）残余应力所引起的后果残余应力所引起的后果引起物体尺寸和形状的变化引起物体尺寸和形状的变化使零件的使用寿命缩短使零件的使用寿命缩短降低了金属的塑性加工性能降低了金属的塑性加工性能降低金属的耐蚀性及冲击韧性和疲劳强度降低金属的耐蚀性及冲击韧性和疲劳强度减小或消除残余应力的措施减小或消除残余应力的措施热处理方法热处理方法机械处理法机械处理法 零件彼此碰撞零件彼此碰撞 喷丸法喷丸法 表面碾压表面碾压 表面拉拔表面拉拔 在模子内作表面校形或精压在模子内作表面校形或精压