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1、第三篇第三篇 金属压力加工金属压力加工 概述概述金属在外力的作用下产生金属在外力的作用下产生塑性变形塑性变形，得到预，得到预定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加工方法，定形状与性能的制件（毛坯或零件）的加工方法，又称又称压力加工压力加工、塑性成形。、塑性成形。各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定的塑性，可在热态或冷态下进行压力加工。定的塑性，可在热态或冷态下进行压力加工。根据受力和变形特点，锻压成形有以下几种形式根据受力和变形特点，锻压成形有以下几种形式:1 1轧制轧制金属坯料依靠摩擦金属坯料依靠摩擦力，在两个回转轧辊力，在两个回转轧辊的间隙中连续通过
2、轧的间隙中连续通过轧辊而受压变形，以获辊而受压变形，以获得各种产品的加工方得各种产品的加工方法。法。f1拉拔拉拔将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。f4挤压挤压金属坯料在挤压模内受压，被挤出模孔而变形的加工方法。金属坯料在挤压模内受压，被挤出模孔而变形的加工方法。按金属流动方向与凸模运动方向的异同，可分为正挤压、反挤按金属流动方向与凸模运动方向的异同，可分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压四种；按坯料的挤压温度不同，可分压、复合挤压、径向挤压四种；按坯料的挤压温度不同，可分为冷挤压、热挤压、温挤压。为冷挤压、热挤压、温挤压。正挤压正挤压 反
3、挤压反挤压 f2-f34锻造锻造金属坯料在上、下抵铁间或模膛内受冲击力（使用锻锤）金属坯料在上、下抵铁间或模膛内受冲击力（使用锻锤）或压力（使用压力机）而变形的加工方法。按是否使用锻模分或压力（使用压力机）而变形的加工方法。按是否使用锻模分为自由锻、模锻两大方法。为自由锻、模锻两大方法。自由锻自由锻 模锻模锻 f5-f65板料冲压板料冲压金属板料在冲模间受压产生分离或变形的加工方法。金属板料在冲模间受压产生分离或变形的加工方法。f7第一章第一章 金属塑性变形金属塑性变形第一节第一节金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质金属是由晶粒（单晶体）组成的多晶体，塑性变形先在金属是由晶粒（单晶体）组成的多
4、晶体，塑性变形先在晶面方向有利于滑移的晶粒内开始，然后不利于滑移的晶晶面方向有利于滑移的晶粒内开始，然后不利于滑移的晶粒向有利变形的方向转动，多晶体间协调变形，使滑移继粒向有利变形的方向转动，多晶体间协调变形，使滑移继续进行。续进行。塑性变形的塑性变形的实质实质就是：就是：组成金属多晶体的许多单晶组成金属多晶体的许多单晶体，产生晶内变形（滑移）体，产生晶内变形（滑移）的综合效果，而晶粒间则产的综合效果，而晶粒间则产生滑动和转动。生滑动和转动。1 1、单晶体滑移变形、单晶体滑移变形在切向力的作用下，晶体的一部分与另外一部分发生相对滑移，造成晶体的塑性变形，当外力继续作用时，晶体还将在另外的滑移面
5、上滑移，使变形继续进行2、多晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形 晶内变形 晶粒内部的滑移变形晶间变形 晶粒间的移动和转动晶粒位向与受力变形关系第二节第二节塑性变形后金属的组织和性能塑性变形后金属的组织和性能一、加工硬化一、加工硬化产生原因：滑移面上产生了微小碎晶，晶格畸变。（内应力），使滑移阻力增大，进一步变形困难 金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降的现象冷变形强化二、加工硬化的消除方法二、加工硬化的消除方法（1）回复）回复将金属加热到一定温度，原子获得能量，震动加剧，部分将金属加热到一定温度，原子获得能量，震动加剧，部分原子回复到正常排列位置，减轻了晶格扭曲（图原子回复
6、到正常排列位置，减轻了晶格扭曲（图c），消除了），消除了部分加工硬化。部分加工硬化。回复的温度为：回复的温度为：T回回=(0.250.3)T熔熔（2）再结晶）再结晶若温度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质若温度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质为结晶核重新结晶成新的晶粒（图为结晶核重新结晶成新的晶粒（图d），从而完全消除加工硬），从而完全消除加工硬化。化。再结晶的温度为：再结晶的温度为：T再再=0.4T熔熔a a）原始组织）原始组织 b b）塑性变形后的组织）塑性变形后的组织 c c）回复回复后的组织后的组织 d d）再结晶再结晶组织组织 再结晶退火就是将金属加热到再结晶温
7、度以上，使金再结晶退火就是将金属加热到再结晶温度以上，使金属重新结晶，再次获得良好的塑性。属重新结晶，再次获得良好的塑性。金属在高温下受力变形，硬化与再结晶同时存在，但金属在高温下受力变形，硬化与再结晶同时存在，但加工硬化随即被再结晶消除。加工硬化随即被再结晶消除。金属的回复与再结晶金属的回复与再结晶三、冷变形与热变形三、冷变形与热变形冷变形 再结晶温度以下的塑性变形。热变形 再结晶温度以上的塑性变形冷变形加工硬化冲压、冷弯、冷挤、冷轧热变形再结晶锻造、热挤、轧制四、纤维组织四、纤维组织1锻造比锻造比用来表示金属的变形程度。用来表示金属的变形程度。1）拨长拨长锻造比锻造比纵向长度变大纵向长度变
8、大F FOY拔=FO/FY镦=HO/H2 2）镦粗镦粗锻造比锻造比 锻造比越大，表示金属的变形程度越大。锻造比越大，表示金属的变形程度越大。HOH2纤维组织纤维组织金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质沿着金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质沿着变形方向被拉长，呈纤维形状，这种结构称变形方向被拉长，呈纤维形状，这种结构称纤维组织纤维组织。锻造比越大，纤维组织就越明显。锻造比越大，纤维组织就越明显。纤维组织具有纤维组织具有各向异性各向异性的特点，使金属材料平行于纤维方向的特点，使金属材料平行于纤维方向的塑性、韧性提高，抗拉强度增加；垂直于纤维方向的塑性、韧的塑性、韧
9、性提高，抗拉强度增加；垂直于纤维方向的塑性、韧性下降，但抗剪能力提高。性下降，但抗剪能力提高。纤维组织纤维组织稳定性很高稳定性很高，即使用热处理也不能消除，只有通过，即使用热处理也不能消除，只有通过锻压使金属变形，才能改变纤维组织的方向和形状。锻压使金属变形，才能改变纤维组织的方向和形状。使零件所受的使零件所受的最最大拉应力大拉应力与纤维方向与纤维方向一致，一致，最大切应力最大切应力与与纤维方向垂直。纤维方向垂直。第三节第三节金属的可锻性金属的可锻性*金属的金属的可锻性可锻性用用塑性塑性和和变形抗力变形抗力来综合衡量。材料的塑性大、来综合衡量。材料的塑性大、变形抗力小，则可锻性就好。变形抗力小
10、，则可锻性就好。金属的可锻性取决于金属的可锻性取决于金属本质金属本质和和加工条件加工条件1 1、化学成分的影响、化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金的可锻性好。纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。可锻性是依次下降的。2 2、金属组织的影响、金属组织的影响 纯金属及固溶体纯金属及固溶体(如奥氏体如奥氏体)的可锻性好。的可锻性好。而碳化物而碳化物(如渗碳体如渗碳体)的可锻性差。的可锻性差。
11、铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好小而又均匀的组织的可锻性好一、金属的本质一、金属的本质(内因内因)变形温度高，材料变形抗力减小，塑性提高，可锻性变形温度高，材料变形抗力减小，塑性提高，可锻性变好。但需注意，温度过高将产生过热、过烧、脱碳和严变好。但需注意，温度过高将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废，所以要严格控制始锻、重氧化等缺陷，甚至使锻件报废，所以要严格控制始锻、终锻温度。终锻温度。始锻温度始锻温度：开始锻造的温度，在固相线以下：开始锻造的温度，在固相线以下200200左右，左右，碳钢一般在碳钢一般在1200
12、1200左右。左右。终锻温度终锻温度：结束锻造的温度，在：结束锻造的温度，在A1A1线以上，碳钢一般线以上，碳钢一般在在800800750750之间。之间。1 1、变形温度的影响、变形温度的影响二、加工条件的影响二、加工条件的影响(外因外因)2 2、变形速度的影响、变形速度的影响当变形速度当变形速度低于临界速度低于临界速度时，变形速度时，变形速度越大，加工硬化现象也越显著和剧烈，使得越大，加工硬化现象也越显著和剧烈，使得变形抗力上升，塑性下降，导致可锻性下降。变形抗力上升，塑性下降，导致可锻性下降。当变形速度当变形速度高于临界速度高于临界速度时，变形速度时，变形速度越大，可锻性越好，这时金属内
13、部变形剧烈，越大，可锻性越好，这时金属内部变形剧烈，晶粒间摩擦加剧，一部分塑性变形功转化为晶粒间摩擦加剧，一部分塑性变形功转化为热能，使金属温度升高（称为热效应现象），热能，使金属温度升高（称为热效应现象），消除了加工硬化现象，使可锻性提高。消除了加工硬化现象，使可锻性提高。不同金属材料，临界速度也不同。一般不同金属材料，临界速度也不同。一般在塑性加工中，变形速度都低于临界速度，在塑性加工中，变形速度都低于临界速度，只有在高速锤等设备上锻造时，才会有热效只有在高速锤等设备上锻造时，才会有热效应现象。应现象。3 3、应力状态的影响、应力状态的影响 压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增压应力
14、的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。挤压时为三向受压状态。挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。一、金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质金属晶体单晶体（理想金属）多晶体（实际金属）1、单晶体的塑性变形问题：金属材料为什么能产生塑性变形？塑性变形的实质？1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形位错切应力滑移面主要方式滑移变形2、回复和再结晶、回复和再结晶保持加工硬化，消除内应力。如冷卷弹簧进行去应力退火。消除加工硬化，提高塑性。在结晶速度取决于加热温度和变形程度。在结晶是一个形核、长大过程。线缺陷