材料成型工藝學-擠壓-課件

材料成型工藝學（中）1ppt課件

第一篇擠壓2ppt課件一、概述1

簡介

壓力加工：借助外力使金屬產(chǎn)生塑性變形進而形成各種尺寸、形狀和用途的零件和半成品。（不同于機加工）工業(yè)中廣泛使用的零件一般通過下列方法獲得：鑄造，如軋機牌坊；鑄造后機加工，如軋輥；鑄造后壓力加工，如鋼軌；鑄造后壓力加工再機加工，如螺栓等。重要用途的零件一般均需通過壓力加工。3ppt課件壓力加工的主要方法有：軋制；擠壓與拉拔；鍛造與沖壓（鍛壓）主要產(chǎn)品有：板、帶、條、箔；軋制管、棒、型、線；擠壓與拉拔各種零件如車軸、飯盒、洗衣機筒等；鍛造與沖壓4ppt課件1）擠壓與拉拔產(chǎn)品簡介

A管材按截面形狀分：圓管、型管如方、六角形管等；按合金種類分：鋁管、銅管、鋼管等；按生產(chǎn)方法分：擠制管、拉制管、焊管、鑄管、無縫管等；按用途分：空調(diào)管、壓力表管、波導管、鍋爐管、輸油管、冷凝管、天線管等；按性能分：M（退火態(tài)）、R（熱態(tài)）、Y（硬態(tài)）、Y2（半硬態(tài)）、C（淬火態(tài)）、CZ（淬火自然時效態(tài)）、CS（淬火人工時效態(tài)）等；

此外：盤管、蚊香管等。5ppt課件B棒、線材棒材：D>6mm；分類與管材類似；大多是半成品，進一步加工成各種零件，如彈簧，螺栓、螺母等；線材：D<6mm；多以盤狀供貨，廣泛應用于儀器儀表、電子電力部門，如電線電纜等。C型材非圓截面材，又稱經(jīng)濟斷面材（可提高材料的利用率）；鋁、鋼型材較多；

許多型材只能用壓力加工法生產(chǎn)，如鋼軌、變斷面型材等。6ppt課件2）產(chǎn)品的生產(chǎn)方法產(chǎn)品的生產(chǎn)一般可分兩步;

坯料制?。ㄩ_坯）：充分利用金屬在高溫時的塑性對其進行大變形量加工，如熱擠、熱軋、熱鍛

制品的獲得：進行目的在于控制形狀、尺寸精度、提高綜合性能的各種冷加工，如冷軋、拉拔、沖壓目前研究：近終形成形技術、短流程生產(chǎn)技術A管材管材無縫管有縫管擠壓斜軋穿孔鑄造軋制帶彎形焊接拉拔軋管拉拔成品7ppt課件

擠壓：生產(chǎn)靈活、產(chǎn)品質(zhì)量好，適用于品種、規(guī)格多、產(chǎn)量小（有色金屬）的場合，但成本高、成品率低；

斜軋穿孔：生產(chǎn)率、成品率高；成本低；但制品形狀尺寸精度差；尺寸規(guī)格受限制；多用于產(chǎn)量大的鋼坯生產(chǎn)，有色金屬廠基本沒有；

鑄造：產(chǎn)品的尺寸規(guī)格少、質(zhì)量差、性能低；主要用于生產(chǎn)大尺寸、性能要求不高的產(chǎn)品，如下水管；

軋管：道次變形量大，幾何損失少，適于難變形合金，能縮短工藝流程，也是提供長管坯的主要方法（使盤管生產(chǎn)得以實現(xiàn)），但形狀、尺寸精度差；

拉拔：是獲得精確尺寸、優(yōu)質(zhì)表面和性能的主要方法；

焊管：效率高、成本低，但性能、質(zhì)量差。先進工藝：擠壓軋管（圓盤）拉拔聯(lián)合拉拔8ppt課件B

棒、型、線材棒、型、線擠壓連鑄連軋型軋拉拔成品

擠壓：適用于多品種、多規(guī)格、復雜斷面；

連鑄連軋：生產(chǎn)率、成品率高、能耗低（利用余熱直接軋制）；但品種、規(guī)格單一；型軋：適于單一品種、大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)。發(fā)展方向：中小棒材：擠壓（軋制）圓盤坯料后聯(lián)合拉拔出成品；線材：多模、高速方向發(fā)展。9ppt課件2

基本概念

擠壓：對放在容器（擠壓筒）內(nèi)的坯料一端施以壓力，使之從特定的空隙（?？祝┲辛鞒龆尚偷乃苄约庸し椒āＳ瓿蓴D壓需有：1）產(chǎn)生動力的裝置：擠壓機2）傳遞動力、容納坯料、控制制品尺寸和形狀的工具：軸、筒、模、穿孔針、墊片、模座、鎖鍵））軸筒墊片坯料制品模模座鎖鍵穿孔針

過程：清理筒、裝模、落鎖鍵、送錠、放墊片、擠壓、抬鎖鍵、切壓余、冷卻（潤滑）工具、重復下一次。10ppt課件1）正向擠壓特點：1）存在較大的外摩擦（高溫、高壓），導致能耗大、變形不均勻（組織性能不均）,制品表面質(zhì)量好；2）操作方便、適用范圍廣，是目前最廣泛應用的方法。3

基本方法

根據(jù)變形溫度分：熱擠壓、冷擠壓和溫擠壓；根據(jù)變形特征分：正（向）擠壓、反（向）擠壓、連續(xù)方法有很多，但最基本的方法有以下兩種：擠壓等。制品流出的方向與擠壓桿的運動方向相同。11ppt課件2）反向擠壓制品流出的方向與擠壓桿的運動方向相反。））））固定））空心錠12ppt課件特點：

1）變形局限在?？赘浇蟛糠峙髁吓c擠壓筒間沒有相對運動，因此外摩擦小，能耗低、變形均勻（組織性能均勻）；

2）操作不方便、制品的尺寸范圍小；

3）制品表面質(zhì)量差。此外還有：臥式擠壓、立式擠壓等。注：

1）冷、熱變形應以合金的再結晶溫度界定，如Sn、Pb在室溫變形也無硬化，屬熱變形；

2）冷、熱擠壓是擠壓的兩大分支，冶金工業(yè)中主要應用熱擠壓，常稱擠壓；機械工業(yè)主要應用冷擠壓。13ppt課件4基本特點1）優(yōu)點

A可最大限度提高材料的變形能力，因此可加工脆性材料；一次可進行大變形B可提高材料的焊合性，因此可生產(chǎn)復合材料；粉末擠壓；舌模擠壓C材料與工具的密合性高，因此可生產(chǎn)復雜斷面制品；選擇坯料自由度大D生產(chǎn)靈活（只需更換筒、模即可生產(chǎn)不同的制品），制品性能高。14ppt課件2）缺點

A工具消耗大，產(chǎn)品成本高工作條件：高溫、高壓、高摩擦，工具消耗大，原料成本高，占制品成本35％以上B生產(chǎn)率低擠壓速度低、輔助工序多C成品率低固有的幾何損失多（壓余、實心頭、切頭尾），不能通過增大錠重來減少D制品組織性能不均勻。15ppt課件二、擠壓時金屬流動的規(guī)律

擠壓時金屬的流動規(guī)律，即筒內(nèi)各部分金屬體積的相互轉(zhuǎn)移規(guī)律對制品的組織、性能、表面質(zhì)量以及工具設計有重要影響。因此研究擠壓時金屬的流動規(guī)律以及影響因素，可改善擠壓過程、提高制品的性能和質(zhì)量。擠壓時金屬的流動規(guī)律十分復雜，且隨擠壓方法以及工藝條件的變化而變化，現(xiàn)以生產(chǎn)中廣泛使用的簡單擠壓（單孔模正擠圓棒）過程為例進行分析。16ppt課件1、簡單擠壓時金屬流動的規(guī)律

按流動特性和擠壓力的變化規(guī)律，可將擠壓過程分為：填充擠壓階段：金屬在擠壓桿（力）的作用下首先充滿擠壓筒和?？祝ń饘僦饕獜较蛄鲃樱瑪D壓力急劇升高；

基本擠壓階段：又稱層流擠壓階段，金屬不發(fā)生紊亂流動，即錠外（內(nèi)）層金屬出模后仍在外（內(nèi)）層，擠壓力穩(wěn)中有降；終了擠壓階段：又稱紊流擠壓階段，金屬發(fā)生紊亂流動，即外層進入內(nèi)層，擠壓力上升。擠壓桿行程擠壓力Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

填充階段基本階段終了階段17ppt課件1）填充擠壓階段

擠壓時，為便于將錠坯放入筒中，常使錠坯外徑小于筒內(nèi)徑1－15mm，因此在擠壓力的作用下，錠坯首先徑向流動充滿擠壓筒，同時有少量金屬流入模孔。桿、墊片、錠坯開始接觸到錠坯充滿擠壓筒的階段稱為填充擠壓階段。A

必要性

a操作要求；b實心錠擠管，否則穿孔針彎曲導致管材偏心；c制品要求橫向性能，如航空用型材必須有一定的鐓粗變形（25－30％）18ppt課件

，且可看成是主應力，但由于模孔的存在，導致分布不均勻，體現(xiàn)在：徑向上：中心小，兩邊大，差異由前向后逐漸減小。軸向上：對著模孔部分：由前向后增大對著模壁部分：由前向后減小B

應力分析作用于坯料上的外力：擠壓力：P；

模端面反力：N；

摩擦力：T應力狀態(tài)類似于自由體鐓粗，為三向壓應力，即、、Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

19ppt課件C

變形（應變）分析應變狀態(tài)：一向壓縮（軸向）、二向延伸（徑向、周向）變形過程：開始出鼓形，斷面首先充滿擠壓筒；繼續(xù)加力，斷面充滿擠壓筒；最后，斷面充滿擠壓筒。Ⅱ

Ⅰ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

20ppt課件D

坯料端面變形分析

填充擠壓時，部分金屬會流入?？祝瞬糠纸饘俨⒉皇前l(fā)生塑性變形后流入?？椎?，而是被剪出的，其組織是鑄態(tài)組織，必須切下（棒材頭）。

原因：軸向應力在徑向上的分布是不均勻的，且在?？字車畲螅@種應力突變會產(chǎn)生很大的切應力，當此切應力達到材料的剪切極限時，對著?？撞糠值慕饘俦阊啬？妆患舫?。NN21ppt課件E填充階段應注意的問題

a

盡量減小變形量（錠坯與擠壓筒的間隙），否則易造成：制品性能不均勻；棒材頭大，即切頭大；低塑性材料易出現(xiàn)表面裂紋。此階段的變形量用填充擠壓系數(shù)表征，定義填充擠壓系數(shù)為：一般

b錠坯的長度與直徑比小于3－4，即L/D<3-4。否則變形不均出現(xiàn)鼓形，甚至失穩(wěn)彎曲，導致封閉在模、筒交界處的空氣壓入表面微裂紋中，出模后若焊合則形成氣泡，若未焊合則出現(xiàn)起皮缺陷。

c

錠坯梯溫加熱，即坯料獲得長度上的原始溫度梯度，變形抗力低的高溫端靠近?？祝畛鋽D壓時坯料由前向后依次變形，從而將空氣排除。22ppt課件2）基本擠壓階段

金屬從?？字辛鞒龅藉V坯長度等于變形區(qū)高度的階段。A

擠壓比擠壓時的變形量常用擠壓比表征，定義擠壓比為：

單孔模擠壓時，擠壓比為：

擠壓比的大小由被擠壓材料的塑性決定，可查表。23ppt課件B

應力分析外力：擠壓力P

；筒、模的反力N；筒、模、墊片與坯料間的摩擦力T

。應力狀態(tài)：為三向壓應力，即、、，且可近似看成是軸對稱，即。在區(qū)有：Ⅰ>在區(qū)有：Ⅱ

>軸向應力分布：軸向上：由前向后逐漸增大；徑向上：由中心向邊部逐漸增大。NNNTⅠ

Ⅱ

24ppt課件C

變形（應變）分析應變狀態(tài)：二向壓縮（徑向、周向）、一向延伸（軸向）變形規(guī)律（應變分布）：可由此階段坐標網(wǎng)格變化分析。>>

a

縱向（水平方向）網(wǎng)格在進、出模孔發(fā)生方向相反的兩次彎曲，彎曲程度由內(nèi)向外逐漸增大，說明變形是不均勻的。分別連接兩次彎曲的彎折點可得兩個曲面，一般將此兩曲面與?？族F面或死區(qū)界面所圍成的區(qū)域叫變形區(qū)壓縮錐，或簡稱變形區(qū)。

25ppt課件>>

b

在變形區(qū)中，橫向（垂直方向）網(wǎng)格的中心朝前，且越接近模孔彎曲越大，說明中心質(zhì)點的流速大于外層質(zhì)點的流速，且差異越接近?？自酱?。這是因為：外摩擦影響：外層大，中心?。粩嗝鏈囟确植迹阂话阃鈱拥?，中心高；?？椎拇嬖谑怪行馁|(zhì)點的流動阻力小于外層質(zhì)點。26ppt課件>>

c

制品的網(wǎng)格也有畸變，表現(xiàn)在：①橫向線的彎曲程度以及彎曲頂點的間距由前向后逐漸增大，說明變形（延伸變形和剪切變形）由前向后逐漸增大。②中心網(wǎng)格變成近似矩形，外層網(wǎng)格變成平行四邊形，說明外層質(zhì)點不僅承受了縱向延伸，還承受了附加的剪切變形，且剪切變形由中心向外層逐漸增大。27ppt課件

變形規(guī)律總結：徑向上：外層大，中心?。惠S向上：后端大，前端小；變形差異：由前向后逐漸增加；流動速度：中心大，外層小；總體看流動平穩(wěn)（層流）。變形前后外層中心28ppt課件D

擠壓筒內(nèi)金屬分區(qū)死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)后端難變形區(qū)劇烈滑移區(qū)①前端難變形區(qū)又稱死區(qū)，位于筒、模交界處的環(huán)形區(qū)域，是由于筒、模的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形成的。死區(qū)在基本擠壓階段基本不參與流動。

死區(qū)的頂部能阻礙錠坯的表面缺陷進入變形區(qū)而流入制品，因此能提高制品的表面質(zhì)量。影響死區(qū)大小的因素：模角、摩擦、擠壓溫度等，隨這些參數(shù)的增大，死區(qū)增大，如平模擠壓時死區(qū)大。29ppt課件②后端難變形區(qū)位于墊片端面附近，是由于筒、墊片的摩擦和冷卻，使此部分金屬不易變形形成的，在基本擠壓末期，此區(qū)域逐漸變成一小楔形區(qū)。③在變形區(qū)中，有一個劇烈滑移區(qū)，處于死區(qū)和快速流動區(qū)之間。變形越不均勻，此區(qū)越大，因此隨擠壓過程的進行，此區(qū)不斷擴大。劇烈滑移會導致晶粒過渡破碎，易導致制品表面出現(xiàn)微裂紋和組織粗大（粗晶環(huán)），導致制品性能下降。死區(qū)（前端難變形區(qū)）變形區(qū)后端難變形區(qū)劇烈滑移區(qū)30ppt課件3）終了擠壓階段：筒內(nèi)錠坯長度減小到接近變形區(qū)高度時的流動階段。>>主要特征：A擠壓力升高；（死區(qū)參與流動、溫度低）

B

金屬徑向流速增加，金屬回流（紊流）（維持體積不變規(guī)律）。

實際生產(chǎn)中，在此階段停止擠壓（留壓余）。31ppt課件2、正擠管材時金屬流動的特點

1）金屬流動比擠壓棒材時均勻。主要是由于穿孔針的摩擦和冷卻，使內(nèi)部質(zhì)點的流動阻力增大；

2）穿孔時強烈的內(nèi)摩擦易導致制品內(nèi)表面出現(xiàn)裂紋，因此一般潤滑穿孔針。））軸筒墊片坯料制品模模座穿孔針32ppt課件3、反擠壓時金屬流動的特點

1）變形區(qū)小且集中在模孔附近，金屬流動均勻；

2）死區(qū)小，制品表面質(zhì)量差；

3）擠壓力小且在基本擠壓階段不變。行程擠壓力Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

填充階段基本階段終了階段正擠反擠））33ppt課件4、影響擠壓時金屬流動規(guī)律的因素

1）摩擦與潤滑擠壓時的摩擦有：筒、模、墊片穿孔針與坯料間的摩擦，一般主要指筒、坯料間的摩擦。潤滑時摩擦力小，金屬流動均勻；

2）金屬強度強度高流動均勻。（強度高，摩擦?。蛔冃螣岽?，溫度分布均勻）；

3）溫度有坯料溫度和工具預熱溫度。坯料溫度高，流動不均勻。（溫度高，強度低，變形不均勻；溫度高，出爐后冷卻使錠溫度梯度大，變形不均勻；一般溫度高導熱性能下降，錠溫度梯度大，變形不均勻）；

工具預熱溫度高，流動均勻。（使錠溫度分布均勻）34ppt課件模主要有平模（）和錐模（<

），模角越大，流動越不均勻，平模擠壓時流動最不均勻（死區(qū)大，摩擦大；彎曲（剪切）變形大）。

4）工具結構與形狀指與坯料接觸的筒、模、墊片和穿孔針，筒、穿孔針的結構和形狀基本不變，為圓柱形，故只分析模和墊片。墊片主要有平、凸、凹三種，凹墊片流動均勻，但僅在擠壓初期有作用，同時由于加工、切壓余困難，實際中除了在半連續(xù)擠壓中外，還是采用平墊片。平模錐模平凸凹35ppt課件

5）變形程度

隨變形程度的增大，外層質(zhì)點向中心流動的阻力增加，導致坯料中心質(zhì)點與外層質(zhì)點的流速差增加，變形不均勻。但當變形程度增加到一定程度時，剪切變形深入到內(nèi)部，變形向均勻方向轉(zhuǎn)化。實踐表明：當變形程度為60％時，變形最不均勻；當變形程度>85－90％時，變形均勻，性能均勻；當變形程度<6％時，變形較均勻，但性能低。變形程度變形不均勻性60％6％85％36ppt課件三、擠制品的組織、性能和主要缺陷1、擠制品的組織1）擠制品組織的不均勻性

A

特征一般情況，前端、中心晶粒粗大，后端、邊部晶粒細小。

頭部中部尾部37ppt課件

B

原因

a

變形特點決定的擠壓時變形的分布規(guī)律是前端、中心變形小，后端、外層變形大，導致晶粒的破碎程度由前向后、由里向外逐漸增大；

b

溫度分布規(guī)律決定的坯料的溫度分布規(guī)律一般是前端、中心高，后端、外層低，即前端、中心在高溫下變形，而后端、外層在低溫下變形；注：

a

擠壓軟鋁合金時，坯料、筒間溫差不大，熱量不易散失，溫度分布規(guī)律與上述相反。

b

合金在相變溫度下變形，會引起組織不均。如HPb59-1，在720℃以上為均勻的相，若在擠壓過程中溫度低于720℃，則會析出相，導致組織不均。38ppt課件2）擠制品的層狀組織

A

特征斷口呈現(xiàn)出與木質(zhì)折斷后相似的形貌，分層的斷口凸凹不平并帶有裂紋；分層面近似平行于軸線；一般出現(xiàn)在前端。

B

原因

a

根本原因是坯料中存在有大量的氣孔、縮孔或在晶界上分布有未溶解的第二相或雜質(zhì)等，在擠壓時被拉長，從而出現(xiàn)層狀組織；

b

與變形特點有關擠壓初期流動平穩(wěn)，形成的雜質(zhì)膜不易破壞，后期變形逐漸紊亂，雜質(zhì)膜破壞，層狀組織不明顯。39ppt課件

c

與鑄造條件有關冷卻速度大，柱狀晶明顯，缺陷、夾雜物易集中分布，層狀組織明顯；反之不明顯。

d

與合金成分有關出現(xiàn)層狀組織的合金不多，在銅合金中主要是含Al的青銅QAl10-3-1.5和QAl10-4-4以及含Pb的黃銅HPb59-1；鋁合金中主要是LD2和LD4，而LY11、LY12、LC4中較少、主要是由于這些合金中易出現(xiàn)氧化物夾雜。

C

對性能的影響對縱向性能影響不大，使橫向性能顯著下降。有層狀組織的襯套，承受的內(nèi)壓降低30％。

D

防止措施

a

主要從鑄錠著手，如降低冷卻強度以縮小柱狀晶區(qū)，分散雜質(zhì)；

b

增大變形程度，以增加紊流區(qū)，進而破壞雜質(zhì)膜。40ppt課件3）擠制品的粗晶組織

某些合金在擠壓時或在隨后的熱處理時，會形成異常粗大的晶粒組織，這種組織稱為粗晶?；虼志ЫM織。易出現(xiàn)粗晶組織的主要是某些鋁合金，如純鋁、軟鋁在擠壓后即出現(xiàn)；而鍛鋁、硬鋁在擠壓后的淬火時出現(xiàn)。

A

分布規(guī)律由前端外層向后端外層逐漸擴大，嚴重時可擴展至整個斷面，象帶錐度的圓管，又稱粗晶環(huán)。鑄造組織細晶組織粗晶組織死區(qū)粗晶組織細晶組織41ppt課件

B

形成機理出現(xiàn)粗晶組織的根本原因是在擠壓時或在擠壓后的淬火時發(fā)生了集聚再結晶，因此凡是能降低再結晶溫度、促進再結晶過程的因素均易導致粗晶環(huán)。

a

與變形特點有關

擠壓時

對于純鋁、軟鋁合金而言，擠壓速度快，變形熱大，制品出模后溫度應較高，因此外層、后端優(yōu)先發(fā)生再結晶和集聚再結晶，形成粗晶組織。

b

與合金成分有關

易出現(xiàn)粗晶環(huán)的合金中均含有Mn、Cr等過渡族元素，這些元素的特點是：溶入基體中能提高再結晶溫度，以第二相如MnAl6、CrAl7在晶界析出時能阻礙晶粒長大。外層、后端變形大中心、前端變形小外層、后端再結晶溫度低中心、前端再結晶溫度高42ppt課件

擠壓時，由于中心質(zhì)點流動速度快，導致邊部產(chǎn)生拉附加應力，促進Mn、Cr元素的析出，降低再結晶溫度，但因析出的第二相能阻礙晶粒長大，因此含這些元素的合金在擠壓后是一次再結晶組織，不出現(xiàn)粗晶組織。擠壓后淬火時，為了得到均勻的單相固溶體組織，加熱溫度高、時間長，在這種條件下，析出的第二相重新溶入基體，阻礙晶粒長大的作用消失，因此一次再結晶后的晶粒吞并周圍的晶粒并迅速長大，形成粗晶組織。

注：

1）有關粗晶形成機理還有待進一步研究；

2）粗晶組織降低性能，應盡量避免，生產(chǎn)中應檢查。43ppt課件2、擠制品的性能1）擠制品性能的不均性

a

制品前端、內(nèi)部強度低、塑性高；后端、外層相反；（純鋁、軟鋁分布規(guī)律相反）

b

各向異性，縱向性能高于橫向性能；

c

性能差異隨變形程度不同而不同。當變形程度<20%時，性能均勻但較低；當變形程度為60％時，性能差異最大；當變形程度>80％時，性能均勻且較高。因此擠壓時變形程度應>80％。

外層內(nèi)層1-外層2-內(nèi)層44ppt課件2）擠壓效應

某些工業(yè)用鋁合金，在經(jīng)過同一熱處理后（淬火、時效），擠制品與其它壓力加工制品相比，在縱向上具有較高的強度和較低的塑性，這一現(xiàn)象叫擠壓效應。易出現(xiàn)擠壓效應的合金：鍛鋁、硬鋁

A

特征出現(xiàn)在制品內(nèi)部（外部因粗晶環(huán)而消失）；組織是未再結晶的加工組織。

B

形成機理

a

與形成的織構有關擠壓時，金屬處于兩壓一拉的變形狀態(tài)且流動平穩(wěn)，晶粒皆沿擠壓方向被拉長，形成較強的縱向織構，即大多數(shù)晶粒的某一晶向（111）均按擠壓方向取向，導致縱向強度升高。45ppt課件

b

與合金成分有關出現(xiàn)擠壓效應的合金也都含Mn、Cr元素，由于擠壓時中心質(zhì)點流速快，因此內(nèi)部產(chǎn)生壓附加應力，不利于Mn、Cr元素的析出，使再結晶溫度升高，可認為擠壓后制品內(nèi)部是過飽和的、未再結晶的加工組織。在擠壓后的淬火加熱時，內(nèi)部過飽和的固溶體繼續(xù)析出，析出的第二相彌散分布在晶界上，阻礙晶粒長大（阻礙再結晶過程），因此熱處理后，制品的內(nèi)部仍保留著未再結晶的加工組織，導致強度升高。

c

與強烈的三向壓應力狀態(tài)有關擠壓時強烈的三向壓應力狀態(tài)使晶界、晶內(nèi)破壞較少，有利于缺陷的愈合，使強度升高。注要得到類似的強化效應，關鍵不在于采用什么加工方法，而在于通過什么途徑使合金在熱變形以及隨后的熱處理過程中，仍然保留有未再結晶的加工組織。46ppt課件粗晶與擠壓效應總結：均出現(xiàn)在含Mn、Cr元素的鋁合金中；

粗晶出現(xiàn)在外層，

擠壓效應出現(xiàn)在內(nèi)層；

粗晶產(chǎn)生的根本原因是發(fā)生了集聚再結晶；

擠壓效應產(chǎn)生的根本原因是未發(fā)生再結晶。47ppt課件擠壓后外層是粗晶組織結果

形成機理：鑄造時冷速快導致鑄錠是過飽和組織；擠壓時淬火加熱時中心是未再結晶的加工組織外層的第二相溶解，阻礙作用消失中心的第二相析出，阻礙再結晶外層是平衡的一次再結晶組織中心是過飽和的未再結晶組織外層易再結晶；第二相易析出，阻礙再結晶過程中心不易再結晶；第二相不易析出，進一步提高再結晶溫度外層變形大；流速慢中心變形小；流速快中心再結晶溫度高；壓附加應力外層再結晶溫度低；拉附加應力48ppt課件3、擠制品的主要缺陷1）擠制品裂紋

A

特征出現(xiàn)在制品表面，外形大致相同，呈周期性分布，又稱周期性裂紋。

裂紋一般出現(xiàn)在高溫塑性差的合金中，如錫磷青銅、錫黃銅、硬鋁等合金。49ppt課件

B

形成原因變形不均所產(chǎn)生的軸向拉附加應力作用結果。擠壓時中心質(zhì)點流速快，中心產(chǎn)生軸向拉附加應力，當此力與基本應力疊加后的工作應力達到合金的強度極限時，就會產(chǎn)生裂紋。由于在表面的拉附加應力最大，故裂紋首先在表面產(chǎn)生。

棒材直徑拉應力壓應力附加應力分布流動速度裂紋軌跡裂紋加深速度50ppt課件

裂紋的產(chǎn)生一方面在裂紋的尖角處產(chǎn)生應力集中，促進裂紋的擴展，另一方面也消除了此局部的拉附加應力，因此當裂紋擴展到一定深度后不再向內(nèi)擴展。隨著變形的進行，合金又會由于拉附加應力的產(chǎn)生而形成裂紋，因而裂紋呈周期性分布。

C

消除措施

a

使變形均勻，消除軸向拉附加應力，如潤滑等；

b

提高基本應力，如施加反壓力、增加定徑帶長度、增加變形程度等（以能耗多為代價）；

c

保證合金的高溫強度，制訂合理的溫度－速度規(guī)程，使合金處于高溫塑性好的區(qū)域，如低溫快速、高溫慢速、等溫擠壓等。51ppt課件2）擠壓縮尾又稱擠壓縮孔，是出現(xiàn)在制品尾部的一種缺陷，是指擠壓過程中，坯料表面的缺陷（氧化物、偏析瘤、雜質(zhì)、油污等）進入制品內(nèi)部或出現(xiàn)在制品的表面層，而形成的一種漏斗狀、環(huán)狀、半環(huán)狀的疏松組織缺陷?？s尾破壞組織的連續(xù)性和致密性，降低制品性能?？s尾依其存在的部位可分為以下三種：環(huán)形縮尾中心縮尾皮下縮尾

52ppt課件

A

環(huán)形縮尾

a

特征分布在制品尾部中間部位，呈完整的圓環(huán)或部分圓環(huán)，一般在200－1000mm內(nèi)。

b

形成原因擠壓末期發(fā)生紊亂流動，即外層金屬發(fā)生回流，由于后端難變形區(qū)的存在，回流的金屬沿難變形區(qū)界面流動，分布在制品的中間層。由于外層金屬含有氧化皮、油污等臟物，流入制品內(nèi)部與基體金屬不能焊合，形成環(huán)形縮尾。

環(huán)形縮尾是最常見的縮尾。難變形區(qū)53ppt課件

B

中心縮尾

a

特征分布在制品尾部中心部位，短而粗，呈漏斗狀，一般留在壓余內(nèi)，只有在大規(guī)格制品、壓余又薄時才能觀察到。

b

形成原因隨著擠壓過程的進行，后端難變形區(qū)逐漸變成一小楔形，回流的金屬沿此界面流動，分布在制品的中心。由于外層金屬含有氧化皮、油污等臟物，流入制品內(nèi)部與基體金屬不能焊合，形成中心縮尾。當回流的外層金屬也不能補充中心金屬的短缺時，形成縮孔。難變形區(qū)54ppt課件

C

皮下縮尾

a

特征分布在制品尾部周邊部位，沒有規(guī)律性。

b

形成原因擠壓末期，金屬溫降大、塑性低，導致劇烈滑移區(qū)與死區(qū)界面發(fā)生斷裂（內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)橥饽Σ粒醒趸?、油污等臟物的外層金屬沿此界面流出，同時，死區(qū)也不是完全的剛體，也會沿?？滓稽c一點的流出，包覆在由死區(qū)界面流出的臟金屬上面，形成皮下縮尾。55ppt課件

D

防止措施

a

使擠壓不處于末期如留壓余（壓余長度一般為錠徑的10－30％）、半連續(xù)擠壓；

b

使變形均勻，金屬不產(chǎn)生回流，主要措施是制訂合理的工藝參數(shù)，如潤滑、錐模擠壓、低溫擠壓、提高工具表面光潔度等；

c

提高坯料表面質(zhì)量如機加工、加熱時盡量減少氧化、熱剝皮、脫皮擠壓等。制品墊片脫皮56ppt課件四、擠壓力

擠壓力：軸通過墊片作用在坯料上使之從模孔中流出的力，是指曲線上的最大力。

擠壓力是制訂工藝、選擇設備、校核工具強度的依據(jù)。影響因素：有很多，如摩擦、金屬性質(zhì)、擠壓溫度、變形程度、模角等。模角逐漸增大過程中，一方面彎曲變形增大，導致擠壓力升高；另一方面摩擦面減小，導致擠壓力減小，結果存在一最佳模角，使擠壓力最小。擠壓時最佳模角為45－60°。模角應力平模擠壓時形成死區(qū)，模角取60°。57ppt課件模子筒Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

擠壓力的計算:

58ppt課件定徑區(qū):

Ⅰ

59ppt課件變形區(qū):

近似塑性條件:

60ppt課件邊界條件:

時

時

61ppt課件因此有:

即:

62ppt課件未變形區(qū):

Ⅲ

因此有:

63ppt課件五、擠壓工藝

1

擠壓溫度確定

確定原則：1）在所確定的溫度范圍內(nèi)，合金具有高的塑性和低的變形抗力；2）滿足制品的組織、性能和表面質(zhì)量要求。

確定方法：“三圖”定溫。

相圖：確定出大致溫度范圍，原則是保證在單相區(qū)加工。一般為（0.7-0.9）T0

。0.7T0溫度范圍0.9T0相圖64ppt課件

塑性圖：合金塑性隨溫度而變化的圖，可進一步確定（縮小）溫度范圍，保證合金具有最好的塑性。

第二類再結晶圖：晶粒度隨變形程度和溫度（變形后溫度）而變化的圖，用于控制制品的組織和性能，防止晶粒過分長大。由左圖知，500℃左右合理。溫度塑性圖第二類再結晶圖65ppt課件

三圖定溫是確定熱加工溫度的基礎，在具體確定擠壓溫度時，還應考慮：

1）易氧化（如銅合金、鈦合金）及易粘結工具（鋁合金以及含鋁的青銅）的合金，溫度取下限；

2）擠壓時的變形程度大、摩擦大，因此變形熱效應和摩擦熱大，又由于變形系統(tǒng)封閉，熱量不易散失，結果導致變形區(qū)溫度升高。所以擠壓溫度應適當降低，一般比熱軋溫度低；此外還應考慮壓方法，如立式擠壓時速度快，溫度可低些；舌模以及分流組合模擠壓時，為提高焊合性能，溫度可高些。總之，在確定坯料加熱溫度時，必須考慮合金在擠壓時的溫度變化。66ppt課件

2

擠壓速度或金屬流出速度確定

擠壓時的速度有三種：擠壓速度：擠壓軸的運動速度；流出速度：制品的流出速度；變形速度：單位時間內(nèi)變形量的大小，只理論上用。

實際中一般確定流出速度，因它可綜合衡量擠壓速度和擠壓比對擠壓過程的影響，且可直觀地看出生產(chǎn)率的大小。確定流出速度的原則是：在保證制品質(zhì)量（一般是表面不出現(xiàn)裂紋）的前提下盡量大，以提高生產(chǎn)率。根據(jù)實際經(jīng)驗，有以下規(guī)律：67ppt課件

1）合金的塑性變形溫度范圍越寬，流出速度越大；

2）復雜斷面比簡單斷面的流出速度要低；大斷面比小斷面的流出速度要低；

3）潤滑條件好時流出速度可提高；

4）純金屬的流出速度可高于合金的；

5）擠壓溫度越高，流出速度應越低；

6）管材擠壓時的流出速度應比同樣斷面棒材的低。

總之，塑性好的合金、擠壓時流動均勻的合金，流出速度可大些。

68ppt課件

3擠壓優(yōu)化（速度－速度控制）

擠壓時希望流出速度越大越好，但流出速度受合金性能以及設備能力所制約，如圖所示。溫度速度

曲線1是設備能力極限曲線，由設備噸位和工具強度決定；曲線2是制品表面開始出現(xiàn)裂紋的冶金學極限，由合金的性能決定；兩曲線所圍成的陰影區(qū)域提供了可選擇的溫度和速度范圍；兩曲線的交點給出了最佳的擠壓溫度以及在此溫度下允許的最大擠壓速度。69ppt課件溫度速度

由圖可看出，低溫時由于合金的變形抗力大，此時制約流出速度的因素是設備能力；高溫時由于合金的變形抗力較低，此時制約流出速度的因素是合金的性能。

曲線2的位置比較固定，由合金的性能決定；但曲線1的影響因素較多，如減小擠壓比、潤滑等由于降低了擠壓力而導致曲線左移，進而擴大可供選擇的工藝參數(shù)范圍。70ppt課件

4

擠壓比

（變形程度）

確定擠壓比時應考慮：

1）合金的性能溫度確定后，擠壓比越大，制品流出速度越大，出模溫度越高，越易出現(xiàn)裂紋。

2）制品的性能為保證制品性能均勻，擠壓比應>10。

3）設備能力和工具強度擠壓比越大，擠壓力越大，易導致悶車或損壞工具。71ppt課件