金屬工藝學(xué)：3-1 金屬的塑性變形

1、3.1 金屬的塑性變形3.1.1 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)3.1.2 塑性變形對組織和性能的影響3.1.3 回復(fù)與再結(jié)晶3.1.4 金屬的熱加工3.1.5 金屬的可鍛性小結(jié)作業(yè)3.1 金屬的塑性變形壓力加工是利用外力使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法，又稱金屬塑性加工。凡具有一定塑性的金屬，如鋼和大多數(shù)非鐵合金材料及其合金等，均可在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行壓力加工。常用的壓力加工方法有鍛造、沖壓、擠壓、軋制和拉拔等。壓力加工具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）力學(xué)性能高： （2）節(jié)省金屬： （3）生產(chǎn)率高：3.1.1 金屬的塑性變形3.1 金屬的塑性變形單晶體金屬在變

2、形前，其原子按一定規(guī)則排列。在外力作用下其內(nèi)部將產(chǎn)生應(yīng)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。金屬的變形分為彈性變形和塑性變形。金屬的塑性變形的實(shí)質(zhì)是晶體內(nèi)部產(chǎn)生滑移的結(jié)果。 單晶體滑移變形示意圖3.1.1 金屬的塑性變形3.1 金屬的塑性變形現(xiàn)代位錯理論研究證明，滑移是通過晶體中位錯缺陷的移動來實(shí)現(xiàn)的。由于位錯的存在（見圖a），部分原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在比理論值低得多的切應(yīng)力作用下，處于高能位的原子很容易從一個相對平衡的位置移動到另一個位置（見圖b），形成位錯運(yùn)動。 a) b) c)位錯運(yùn)動引起塑性變形示意圖a) 未變性 b) 位錯運(yùn)動 c) 塑性變性3.1.

3、2 塑性變形對組織和性能的影響 3.1 金屬的塑性變形金屬在常溫下經(jīng)塑性變形，內(nèi)部組織和性能發(fā)生變化： 晶粒沿變形方向伸長，性能趨于各向異性； 晶粒破碎，位錯密度增加，產(chǎn)生加工硬化； 產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。a) b) c)純鐵在塑性變形后的組織變化a) 正火態(tài) b) 變形40% c) 變形80%3.1.2 塑性變形對組織和性能的影響 3.1 金屬的塑性變形金屬發(fā)生冷塑性變形時，隨著變形量的增加，強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷變形強(qiáng)化。3603202802402001601208040363228242016128470060050040030020010002201801601

4、401200 20 40 60 80 KHBSbb/MPaK/(J/cm2)(%)硬度/HB變形程度/%3.1.2 塑性變形對組織和性能的影響 3.1 金屬的塑性變形內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力，它主要是由于金屬在外力作用下所產(chǎn)生的內(nèi)部變形不均勻而引起的。內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類指由于金屬表面與心部變形量不同而形成的平衡于表面與心部之間的宏觀內(nèi)應(yīng)力；第二類指晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域之間的變形不均勻形成的微觀內(nèi)應(yīng)力；第三類指由晶格缺陷引起的晶格畸變內(nèi)應(yīng)力。3.1.3 回復(fù)與再結(jié)晶 3.1 金屬的塑性變形回復(fù)溫度 再結(jié)晶溫度 金屬回復(fù)與再結(jié)晶過程組織a) 塑性變形后的組織 b) 回復(fù)后的組織 c)

5、再結(jié)晶組織 a) b) c)3.1.4 金屬的熱加工 3.1 金屬的塑性變形由于金屬在不同溫度下變形后的組織和性能不同，因此，在塑性加工中有冷變形與熱變形之分。凡是在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的變形稱為冷變形，其特征是存在加工硬化現(xiàn)象。在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的變形稱為熱變形，其特征是具有再結(jié)晶組織、無加工硬化痕跡。3.1.4 金屬的熱加工 3.1 金屬的塑性變形纖維組織的明顯程度與金屬的變形程度有關(guān)，變形程度越大，纖維組織越明顯。使金屬在性能上具有方向性。纖維組織的穩(wěn)定性很高，熱處理或其它方法都無法消除，只有經(jīng)過鍛造等壓力加工手段才能改變它的方向和形狀。如圖a所示的曲軸，纖維組織分布合理。而如圖b所示是

6、用切削加工出拐頸，纖維組織被切斷，使用時容易沿軸肩斷裂。） b)曲軸中的纖維組織分布a)鍛造的拐勁 b)切削的拐頸3.1.5 金屬的可鍛性 3.1 金屬的塑性變形金屬的鍛造性是衡量材料經(jīng)受壓力加工時成形難易程度的一項(xiàng)工藝性能。鍛造性的好壞，一般常用金屬的塑性和變形抗力兩個指標(biāo)來衡量。塑性越好，變形抗力越小，則認(rèn)為該金屬的鍛造性好，反之則差。低的變形抗力使設(shè)備耗能少，良好的塑性使產(chǎn)品獲得準(zhǔn)確的外形而不遭受破壞。金屬的鍛造性一般取決于金屬的本質(zhì)和壓力加工條件。 3.1.5 金屬的可鍛性 3.1 金屬的塑性變形（1）化學(xué)成分的影響 : 低碳鋼的可鍛性比高碳鋼好，碳素鋼的可鍛性比合金鋼好，低合金鋼的可

7、鍛性比高合金鋼好。（2）組織結(jié)構(gòu)的影響: 純金屬及固溶體（如奧氏體）的可鍛性好，而化合物（如滲碳體）的可鍛性差。粗晶粒結(jié)構(gòu)不如均勻細(xì)晶粒組織可鍛性好。1.金屬的本質(zhì)3.1.5 金屬的可鍛性 3.1 金屬的塑性變形（1）變形溫度的影響一般來說，隨著變形溫度的升高，可鍛性明顯改善。 加熱溫度超過一定范圍后，將出現(xiàn)過熱、過燒、氧化、脫碳。 在鍛造溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鍛造，始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度區(qū)間。2.壓力加工條件600727800912125015380.020.772.111.5PSGF+PP+Fe3CA+Fe3C終鍛溫度始鍛溫度AALL+AF+AEPK含碳量（%）溫度（）碳鋼的鍛造溫度范圍 3.1.5 金屬的可鍛性 3.1 金屬的塑性變形（2）變形速度的影響 變形速度對金屬可鍛性的影響有兩種情況:一種是加工硬化被再結(jié)晶消除程度的影響;另一種是變形過程中熱效應(yīng)的影響。 變形速度ua塑性、變形抗力塑性變形