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1、1）避免侧凹结构铸件在与起模方向平行的壁上若有侧凹，必将妨碍起模，增加了铸造工艺的复杂性，故力求避免。1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则第1页/共77页1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则2）合理设计凸台和肋条在设计铸件上的凸台和肋条结构时，应考虑使其便于造型时起模，尽力避免使用活块或外型芯。第2页/共77页1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则3）应使铸件具有最少的分型面减少铸件分型面的数量，可以降低造型工时，减少错箱、偏芯等缺陷，提高铸件的尺寸精度。第3页/共77页1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则4）分型面应尽量平直平直的
2、分型面可避免挖砂造型或假箱造型，铸件的飞边、毛刺少，便于清理。第4页/共77页1.11.1、铸件的外形设计原则、铸件的外形设计原则5）铸件应有合适的结构斜度对于铸件上垂直于分型面的非加工表面，设计时应给出一定的结构斜度，这样不但便于起模，而且也因起模时不需要对模样进行较大的松动，因而提高了铸件的尺寸精度。第5页/共77页1.21.2、铸件的内腔设计原则、铸件的内腔设计原则铸件的内腔通常由型芯形成，设计时应考虑到方便型芯的制造以及型芯的定位、安放和排气等；并应尽可能地不用或少用型芯，以节约芯盒和型芯制造的工时及材料消耗。第6页/共77页1.21.2、铸件的内腔设计原则、铸件的内腔设计原则1）尽量
3、不用或少用型芯型芯不仅增加材料消耗且工艺复杂，成本提高；芯子工作条件恶劣，极易产生各种铸造缺陷。第7页/共77页1.21.2、铸件的内腔设计原则、铸件的内腔设计原则2）便于型芯的固定、排气和清理型芯在铸型中的支撑必须牢固，否则浇注时型芯会被金属液冲击而产生偏芯缺陷，严重时可能造成废品。型芯的固定主要依靠芯头。第8页/共77页1.31.3、铸件结构的合理分割与组合、铸件结构的合理分割与组合对于某些大型复杂的铸件，在生产条件不允许整体铸造时，可采用组合铸件。即将一个铸件分成几部分铸造，然后焊接或铆接连成一整体，以减少铸件的复杂性。但组合铸件刚度、耐腐性都较整体铸件差。第9页/共77页二、铸造性能对
4、铸件结构的要求二、铸造性能对铸件结构的要求与合金的铸造性能有关的铸造缺陷，如浇不足、缩孔、缩松、铸造应力、变形和裂纹等与铸件结构有相当的关系，往往在采用更合理的铸件结构后，便可以消除这些缺陷。因此，应使铸件结构有利于合金液的充型，并能减轻或避免因合金收缩带来铸件缺陷。具体注意以下几个方面：第10页/共77页二、铸造性能对铸件结构的要求二、铸造性能对铸件结构的要求1.铸件的壁厚设计2.铸件壁的连接形式3.铸件加强肋的设计4.铸件结构应有利于减小应力和防止变形5.铸件结构应有利于防止缩孔和缩松6.铸件结构应尽量避免过大水平面第11页/共77页2.12.1、铸件的壁厚设计、铸件的壁厚设计1）壁厚应合
5、理在一定铸造条件下，铸造合金液能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件的浇不足和冷隔等缺陷，铸件的设计壁厚不应小于最小壁厚。第12页/共77页2.12.1、铸件的壁厚设计、铸件的壁厚设计1）壁厚应合理厚壁铸件易产生缩孔、缩松、晶粒粗大、偏析等缺陷，铸件的力学性能下降。这对于各种铸造合金来说，均存在一个临界壁厚，如果铸件的壁厚超过临界壁厚，铸件的承载能力并不按比例随铸件厚度的增加而增加，而是显著下降。所以，设计厚大铸件时，要避免以增加壁厚的方式提高强度。砂型铸造各种铸造合金铸件的临界壁厚可按其最小壁厚的3倍考虑。第13页/共77页2.12.1、铸件的壁厚设计、铸件的壁厚设计2）
6、壁厚应均匀铸件薄厚不均，则在壁厚处易形成金属积累的热节，致使厚壁处易产生缩孔、缩松等缺陷。此外，因各部分冷却速度不同，铸件易形成热应力，有可能使厚壁与薄壁连接处产生裂纹。第14页/共77页2.22.2、铸件壁的连接形式、铸件壁的连接形式1）壁的转角处应有结构圆角铸件的转角处如果是直角连接，则在此处不仅会形成热节，还易产生缩孔和结晶脆弱区，而且因应力集中易于导致结晶脆弱区发生裂纹。第15页/共77页2.22.2、铸件壁的连接形式、铸件壁的连接形式2）应避免壁的交叉或锐角连接壁或筋的交叉或锐角连接均使铸件易形成热节而产生热应力和缩孔、缩松，因此，应避免壁的集中交叉或锐角连接。第16页/共77页2.
7、22.2、铸件壁的连接形式、铸件壁的连接形式3）厚壁与薄壁间的连接应逐渐过渡第17页/共77页2.32.3、铸件加强肋的设计、铸件加强肋的设计为了增加铸件的力学性能和减轻铸件的质量，消除缩孔和防止裂纹、变形、夹砂等缺陷，在铸件结构设计中大量采用肋。薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条肋之后便可避免。铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强肋，可防止以上的缺陷。第18页/共77页2.32.3、铸件加强肋的设计、铸件加强肋的设计1）肋的布置应合理第19页/共77页2.42.4、铸件结构应有利于减小应力和防止变形、铸件结构应有利于减小应力和防止变形1）尽量使铸件能自由收缩铸件在浇注后的冷
8、却凝固过程中，若其收缩受阻，铸件内部将产生应力，导致变形、裂纹的产生。因此，铸件结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减少应力，避免裂纹。第20页/共77页2.42.4、铸件结构应有利于减小应力和防止变形、铸件结构应有利于减小应力和防止变形2）采用对称结构对于容易产生变形的铸件，如壁厚均匀的细长铸件、面积较大的平板铸件等，为减少变形，可采用对称式结构以使变形相互抵消或增设防变形肋。第21页/共77页2.52.5、铸件结构应有利于防止缩孔和缩松、铸件结构应有利于防止缩孔和缩松1）铸件结构应符合合金的凝固原则当铸件中必须有厚薄部分时，为了不使该处产生缩孔，铸件的结构应具备实现顺序凝固和补缩的条件。2
9、）合理增设补缩通道结构第22页/共77页2.52.5、铸件结构应尽量避免过大水平面、铸件结构应尽量避免过大水平面 在铸件浇注位置上有过大的水平面，不利于金属液的充填，容易产生浇不足等缺陷。同时较大的水平面不利于金属液中气体和熔渣的上浮，易造成气孔、夹渣缺陷。另外，大平面型腔的上表面受高温金属液烘烤的时间较长，极易造成夹砂缺陷。因此，在进行铸件结构设计时，应尽量将水平面设计成倾斜形状。第23页/共77页常用铸造合金及其熔炼常用铸造合金及其熔炼铸铁铸钢有色金属：Al、Cu合金等第24页/共77页一、铸铁第25页/共77页一、铸铁 铸铁铸铁wc 2.11%的的Fe-C合金。合金。常用成分：常用成分：
10、wc=2.44.0。其它元素：其它元素：C，Si，Mn，S，P。按按碳碳在在铸铸铁铁中中存存在在形形式式的的不不同同分分类类：白白口口，灰灰口口、麻口铸铁。麻口铸铁。灰口铸铁灰口铸铁灰铸铁；球墨、蠕墨、可锻铸铁。灰铸铁；球墨、蠕墨、可锻铸铁。第26页/共77页灰口铸铁灰口铸铁碳碳-片状石墨片状石墨球墨铸铁球墨铸铁碳碳-球状石墨球状石墨可锻铸铁可锻铸铁碳碳-絮状石墨絮状石墨蠕墨铸铁蠕墨铸铁碳碳-蠕虫状石墨蠕虫状石墨一、铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁第27页/共77页熔炼目的：高生产率、低成本地熔炼出预定成分和温度的铁液。熔炼设备：冲天炉、电弧炉、工频炉等，其中以冲天炉的应用最为广泛1.1、铸
11、铁的熔炼、铸铁的熔炼第28页/共77页1.1、铸铁的熔炼、铸铁的熔炼第29页/共77页 灰铸铁的性能特点及应用灰铸铁的性能特点及应用 灰灰铸铸铁铁中中的的石石墨墨层层片片状状分分布布，使使其其抗抗拉拉强强度度、断断裂裂韧韧性性较较低低，而而受受压压状状态态下下具具有有优优异异的的强强度度。灰灰铸铸铁铁拥拥有有良良好好的的铸铸造造性性能能、切切削削加加工工性性能能、减减震震性性和和减减摩性。摩性。应应用用于于承承受受压压应应力力为为主主的的零零件件、要要求求减减震震性性或或耐耐磨磨性性好好的的零零件件以以及及结结构构复复杂的零件：如带轮、机床床身、箱体、机架、泵体、缸体、导轨等。杂的零件：如带轮
12、、机床床身、箱体、机架、泵体、缸体、导轨等。灰铸铁的熔铸特点灰铸铁的熔铸特点 流流动动性性好好，收收缩缩小小，缩缩孔孔、缩缩松松倾倾向向很很小小；吸吸气气性性、偏偏析析性性均均较较小小，可可用用于于制制造造各各种种薄薄壁壁复复杂杂铸铸件件。一一般般用用同同时时凝凝固固，不不加加冒冒口口和和冷冷铁铁，即即可可获获得得优优质铸件。普通砂型（湿砂型、少量铸件用干型）即可满足要求。质铸件。普通砂型（湿砂型、少量铸件用干型）即可满足要求。灰铸铁的孕育处理灰铸铁的孕育处理 在浇注前或浇注过程中向铁液中冲入细粒状孕育剂如硅铁合金等，使铁液在浇注前或浇注过程中向铁液中冲入细粒状孕育剂如硅铁合金等，使铁液内同时
13、生成大量均匀分布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，并细化基内同时生成大量均匀分布的非自发核心，以获得细小均匀的石墨片，并细化基体组织，提高铸铁强度。体组织，提高铸铁强度。1.2、灰铸铁的熔铸、灰铸铁的熔铸第30页/共77页 球墨铸铁的性能特点及应用球墨铸铁的性能特点及应用 球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨呈呈球球状状分分布布，使使其其抗抗拉拉强强度度、断断裂裂韧韧性性大大幅幅度度提提高高，同同时时具具有有良良好好的的铸铸造造性性能能、切切削削加加工工性性能能、减减震震性性和和减减摩性。摩性。珠珠光光体体球球墨墨铸铸铁铁可可替替代代碳碳钢钢制制造造某某些些受受较较大大交交变变载载荷荷和和受受
14、摩摩擦擦的的重重要要零零件件：如如曲曲轴轴、连连杆杆、凸凸轮轮、蜗蜗轮轮、蜗蜗杆杆等等。铁铁素素体体球球墨墨铸铸铁铁强强度度低低但但塑塑性性好好，可可用用于于制制造造汽汽车车、拖拖拉拉机机底底盘盘零零件件、拔拔叉、阀体、轮毂等。叉、阀体、轮毂等。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸a）铁素体球墨铸铁b）铁素体+珠光体球墨铸铁c）珠光体球墨铸铁第31页/共77页 球墨铸铁的熔铸特点铁液的化学成分特点主要是一高两低：一高是指高的含碳量（C C3.8%3.8%4.0%4.0%），旨在改善铸造性能和球化效果；二低是低磷、硫和相对较低的硅含量。因为：硫含量高时消耗的球化剂量增大和严重影响球化效果，从而
15、增大球墨铸铁生产成本；S 0.07%S 0.07%磷会降低球墨铸铁的塑性、韧性和强度，增加冷脆性，P0.1%P0.1%。由于球化剂和孕育剂中已经含有一定量的硅，为了保证球墨铸铁的化学成分要求，球化处理前铁液中的硅含量要相应降低。出炉温度控制：由于经球化和孕育处理后铁液温度要降低5050100100，为防止浇注温度过低，出炉的铁液温度必须高达14001400以上。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸第32页/共77页 球墨铸铁的熔铸特点铸型工艺球墨铸铁较灰铸铁容易产生缩孔、缩松、皮下气孔和夹渣等缺陷，因此在工艺上要采取措施。如在热节上安置冒口、冷铁，以便对铸件进行补缩。同时，应增加铸型刚度，防
16、止因铸件外形扩大所造成的缩孔和缩松。此外，还应加强挡渣措施，以防产生夹渣缺陷。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸第33页/共77页 球化处理和孕育处理 球化处理和孕育处理与熔炼优质铁液同为生产球墨铸铁件的关键环节。球化剂是稀土镁合金。球化剂的作用是使石墨呈球状析出，球化剂的使用量一般为铁液质量的0.8%0.8%1.2%1.2%。孕育剂的作用主要是进一步促进铸铁石墨球化，防止球化元素所造成的白口倾向。同时，通过孕育还可使石墨圆整、细化，改善球墨铸铁的力学性能。常用孕育剂是含硅量为7575的硅铁，加入量为铁液质量的0.40.41.01.0。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸第34页/共77
17、页 球墨铸铁的热处理1 1）退火 使渗碳体分解获得铁素体，主要用于铁素体球墨铸铁的生产。2 2）正火 增加基体中珠光体含量，提高球铁的强度、硬度及耐磨性，主要用于珠光体球墨铸铁。正火后常随之回火，以去除铸造应力。3 3）调制 获得比正火更高的综合力学性能，用于某些综合力学性能要求较高或截面较小的球铁铸件。4 4）等温淬火 可获得小贝氏体，主要用于高强度球铁的生产。1.3、球墨铸铁的熔铸、球墨铸铁的熔铸第35页/共77页蠕墨铸铁生产特点：蠕墨铸铁的生产与球墨铸铁相似，铁液成分和温度要求亦相似。蠕墨铸铁件的生产过程主要包括：熔炼铁液、蠕化孕育处理和浇注等。但一般不进行热处理，而以铸态使用。1.4、
18、蠕墨铸铁的熔铸、蠕墨铸铁的熔铸第36页/共77页1.5、可锻铸铁的生产、可锻铸铁的生产(1)铸造出白口铸铁坯料 要求铸铁的碳、硅含量很低，以保证获得完全的白口组织。通常为C=2.4%2.8%，Si=0.4%1.4。如果铸出的坯料中已有片状石墨，则退火后无法获得团絮状石墨的铸铁。一般只采用冲天炉熔炼。（2）石墨化退火 将清理后的坯料置于退火箱中，并加盖用泥密封，再送入退火炉中，缓缓地加热到920980的高温，保温1020小时，并按规范冷却到室温（对于黑心可锻铸铁还要在700以上进行第二阶段保温）。石墨化退火的总周期一般为4070小时。因此，可锻铸铁的生产过程复杂，而且周期长、能耗大、铸件的成本高
19、。（3）铸造性能 由于可锻铸铁的碳、硅含量低，凝固结晶温度范围大，流动性较差，所以，在浇注薄件时应适当提高浇注温度。又由于其铸态是白口组织，其体积收缩和固态收缩大，铸件易产生应力、变形、裂纹和缩孔、缩松缺陷，所以，生产中通过改善铸型及型芯的退让性，并放置冒口和冷铁等措施来防止。第37页/共77页二、铸钢件的熔铸二、铸钢件的熔铸1、铸钢件的熔炼铸钢熔点高，对化学成份要求严格。故不能用冲天炉熔炼，多采用电弧炉或感应电炉进行熔炼。三相电孤炉炼钢示意图感应电炉加热原理图第38页/共77页二、铸钢件的熔铸二、铸钢件的熔铸2、铸钢件的铸造工艺特点铸钢的铸造性能差，主要表现在熔点高，钢液易氧化、吸气，流动性
20、差，收缩大。因此铸钢较铸铁铸造困难，易产生浇不足、气孔、缩松、缩孔、裂纹、夹渣和粘砂等缺陷。采取的措施：（1）适当选择浇注温度（2）充分保证砂型性能（3）正确采用补缩工艺第39页/共77页焦碳坩埚炉坩埚垫板焦碳炉体炉盖空气炉箅烟道特点：金属炉料与燃料隔离。三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸第40页/共77页石棉板耐火砖托板耐热板坩埚电阻坩埚炉电阻丝三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸第41页/共77页三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸1、铝合金的熔铸（1）铝合金熔炼特点流动性好易氧化，吸气。2Al+O2Al2O3，Al2O3的熔点为2050，比重大于铝，易形成氧气夹杂；降低铝铸件的机械性能
21、。液态铝可溶解大量氢，凝固时，氢的溶解度下降15倍左右；过饱和的氢来不及析出，以分子态聚集在铸件内部，形成许多小针孔(1mm),降低铸件的机械性能和致密性。因此，在铝液出炉前要进行精炼。（2）铝合金铸造工艺特点由于铝合金熔点低、流动性好，可采用细沙造型，以降低铸件表面粗糙度。浇注系统必须保证铝液能平稳快速流入型腔，避免产生飞溅、涡流和冲击等。常采用特种铸造。第42页/共77页三、非铁合金的熔铸三、非铁合金的熔铸1、铜合金的熔铸（1）铜合金熔炼特点铜合金熔炼时的突出问题也是容易氧化和吸气。因此，熔炼时常采用覆盖剂（如木炭、碎玻璃、苏打和硼砂等）保护；同时加入0.3%-0.6%的磷铜脱氧。铜合金中
22、的主要气体为氢气。锡青铜常采用吹氮法除气；铝青铜还可以加入氯盐（ZnCl2）、氯化物（CCl4)除气；黄铜可采用沸腾法除气。（2）铜合金铸造工艺特点由于铜合金熔点低、流动性好，可采用细沙造型，以降低铸件表面粗糙度。此外，黄铜和铝青铜合金结晶温度范围窄，铸件易产生集中缩孔，应采用顺序凝固原则，合理设置冷铁和冒口进行补缩。锡青铜结晶温度范围宽，呈糊状凝固，易产生枝晶偏析和缩松，铸造师宜采用同时凝固原则。第43页/共77页四、铸造合金熔铸先进技术1、半固态铸造2、悬浮铸造3、定向凝固技术4、快速凝固技术第44页/共77页第三章第三章 塑性成形过程塑性成形过程塑性成形基本原理金属的塑性变形塑性成形加工
23、件的组织与性能金属的塑性成形性能第45页/共77页3.1 3.1 概述概述金属塑性成形的概念 它是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。在工业生产中又称压力加工。第46页/共77页金属塑性成形的主要方法3.1 3.1 概述概述第47页/共77页优点：组织细化致密、力学性能提高；体积不变的材料转移成形，材料利用率高;生产率高，易机械化、自动化等。可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。缺点：不能加工脆性材料；难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品；设备、模具投资费用大。金属固态塑性成形优缺点金属固态塑性成形优缺点
24、第48页/共77页一、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上滑移，使变形继续进行3.2 金属的塑性变形第49页/共77页滑移的位错机制1.位错运动造成滑移滑移是晶体内部位错沿着滑移面逐步运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动,而是通过位错的运动来实现的。2.塑性变形使位错大量增殖第50页/共77页孪生在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)发生切变的变形过程称孪生。发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。孪生所需的临界切应力比滑移的大得多，只在
25、滑移很难进行的情况下才发生。一般滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等,则比较容易发生孪生。孪生本身的变形量是较小的，因此对塑性变形的贡献较小！第51页/共77页第52页/共77页二、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体内的滑移晶粒之间的相对滑动和转动第53页/共77页体积不变规律 金属固态成形加工中金属变形后的体积等于变形前的体积（又叫质量恒定定理）最小阻力定律 金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。三、金属塑性变形的基本规律第54页/共77页按金属固态成形时的温度分为两大类：冷变形过程冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于该
26、金属的再结晶温度。冷变形过程的特征：变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度下降.热变形过程是指金属材料在其再结晶温度以上进行的塑性变形。塑性成形加工件的组织与性能第55页/共77页变形后变形前冷变形加工件的组织与性能1、冷塑性变形后金属组织的特点（1）晶粒发生变形晶粒沿形变方向被拉长或压扁，金属中的夹杂物形成纤维组织。第56页/共77页（2）亚结构形成金属经大的塑性变形时,由于位错的密度增大和发生交互作用,大量位错堆积在局部地区,并相互缠结,形成不均匀的分布,使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块,而在晶粒内产生亚晶粒。（3）形变织构产生金属塑性变形大于70%时,由于晶粒发生转动,使
27、各晶粒的位向趋近于一致,形成特殊的择优取向,这种有序化的结构叫做形变织构。1、冷塑性变形后金属组织的特点未变形变形85%变形70%第57页/共77页(1)由于纤维组织和形变织构的形成,使金属的性能产生各向异性。2、冷塑性变形后金属力学性能的变化因形变织构造成深冲制品的制耳示意图第58页/共77页2、冷塑性变形后金属力学性能的变化(2)冷变形强化金属发生塑性变形,随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高,塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化，也叫形变强化。(3)产生残余内应力由于金属在发生塑性变形时，金属内部变形不均匀，使金属在变形后形成宏观范围和微观区域的多种残余内应力。(4)塑性变形可影
28、响金属的物理、化学性能。如使电阻增大，耐腐蚀性降低。第59页/共77页3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响金属经塑性变形后，组织结构和性能发生很大的变化。如果对变形后的金属进行加热，金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程。第60页/共77页一.回复变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。T回复=(0.250.3)T熔点工业上常利用回复过程对变形金属进行去应力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响第61页/共77页二.再结晶变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长
29、（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。这个过程称为再结晶。T再=(0.350.4)T熔点再结晶温度与下列因素有关：变形程度金属熔点杂质和合金元素加热速度和保温时间3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响第62页/共77页3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响二.再结晶(1)变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除。(2)内应力全部消失，物理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平。(3)再结晶生成的新的晶粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。第63页/共77页三.晶粒长大再结晶完成后的晶粒是细小的,但如果继续加
30、热,加热温度过高或保温时间过长时,晶粒会明显长大,最后得到粗大晶粒的组织,使金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能都显著降低。3、加热对冷变形金属组织与力学性能的影响第64页/共77页通常把在再结晶温度以上进行的塑性成形加工称为热变形加工，如热锻、热轧、热挤压等热变形加工件的组织与性能1、热变形加工过程中金属的强化与软化金属在高温下进行热变形时，有两种相反的过程同时起作用：一种是塑性变形产生的强化作用，一种是回复和再结晶所产生的软化作用。这种在高温下与变形几乎同时发生的回复和在结晶过程，分别称为动态回复和动态再结晶。第65页/共77页1）改善铸态金属的组织与性能热加工能使铸态金属中的气孔、疏松
31、、微裂纹焊合，提高金属的致密度；减轻甚至消除树枝晶偏析和改善夹杂物、第二相的分布等；明显提高金属的机械性能，特别是韧性和塑性。热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过再结晶获得等轴细晶粒，而使金属的机械性能全面提高。(2)热加工对金属的组织和性能的影响：热变形加工件的组织与性能第66页/共77页2）形成铸造流线在热锻造时，铸态金属中分布在晶界上的夹杂物和第二相沿金属流动方向被拉长或呈链状分布，而且不会因为晶粒的再结晶而改变这种形状和分布。锻后依然沿被拉长的方向保留在金属中，呈现出连续或断续的流线形状，这种组织称为锻造流线。变形程度越大，锻造流线组织越明显，使金属的机械性能特别是塑性和
32、韧性具有明显的方向性，纵向性能显著大于横向性能。因此热加工时应选择合适的锻造比，并力求工件流线分布合理。第67页/共77页AAOY拔=AO/AY镦=HO/H 镦粗锻造比 HOH热变形加工件的组织与性能 拨长锻造比锻造比：用来表示金属的变形程度。第68页/共77页塑性变形对金属组织和性能的影响变形类型工艺方法组织变化性能变化冷变形冷轧、拉拔、冷挤压、冷冲压、冷镦晶粒沿变形方向伸长，形成冷加工纤维组织；晶粒破碎，形成亚结构；位错密度增加；晶粒位向趋于一致，形成形变织构。趋于各向异性；强度提高，塑性下降，造成加工硬化。热变形自由锻、模锻、热轧、热挤压焊合铸造组织中存在的气孔，缩松等缺陷；击碎铸造柱状
33、晶粒、粗大枝晶及碳化物，偏析减少，晶粒细化；夹杂物沿变形方向伸长，形成流线组织。力学性能提高；密度提高；趋于各向异性，沿流线方向力学性能提高第69页/共77页金属的温变形加工通常把变形温度介于回复和再结晶温度之间的塑性成形加工称为温变形加工。在温变形加工中，既有变形强化，又有回复或部分再结晶。由于金属被加热，增加了塑性，所需的变形力比冷变形加工要小，模具寿命也较高，而其产品的尺寸精度和表面质量又比热加工要好。对在室温下难加工的材料，如不锈钢、钛合金等，温变形加工更有其实用意义。第70页/共77页金属的塑性成形性能塑性成形性能（可锻性）衡量因素塑性指标和变形抗力；塑性越高，变形抗力越低，可锻性越
34、好。第71页/共77页影响金属塑性成形性能的因素：内在因素、加工条件、应力状态等。内在因素：化学成分化学成分对金属的塑性和强度有着重要的影响。金属的组织结构微观组织结构对金属的塑性和强度有着决定性的影响。金属的塑性成形性能第72页/共77页加工条件：变形温度 温度越高，塑性指标增加，变形抗力降低，可锻性提高。变形速度 一方面变形速度增大硬化速度随之增大，塑性指标下降，变形抗力增大，可锻性变坏；另一方面变形速度越大，热效应越明显，使塑性指标提高、变形抗力下降，可锻性变好。一般生产条件下采用较小变形速度。变形抗力金属的塑性成形性能第73页/共77页应力状态：三个方向中的压应力数目越多，塑性越好，变
35、形抗力增大；拉应力数目多，则金属的塑性就差，变形抗力降低。金属的塑性成形性能第74页/共77页金属在特定的组织和温度条件下以特定的变形速度变形时，其塑性可比在常态下变形时高出几十倍甚至几百倍，而变形抗力降低到常态时的几分之一甚至几十分之一。金属在这种特定条件下表现出的超常的塑性变形能力称为超塑性。金属的超塑性1、超塑性的分类：、超塑性的分类：1）结构超塑性金属经处理后获得直径小于10m（越小越好）的超细晶粒，在一定的恒温温度（一般为0.5T熔0.7T熔）和很低的变形速度条件下进行变形时获得的超塑性，称为结构超塑性，也称为细晶超塑性或恒温超塑性。2）相变超塑性具有相变或同素异构转变的金属，在相变温度附近反复加热、冷却，同时在一定外力作用下进行，经过一定的循环次数后所获得的超塑性，称为相变超塑性。此类超塑性不要求金属具有超细晶粒组织。第75页/共77页2 2、金属超塑性变形的机理金属的超塑性第76页/共77页感谢您的观看！第77页/共77页