《金属工艺学》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 金属材料的液态成形工艺-part2-金属材料的塑性成形工艺-锻造

第二节金属材料的塑性成形工艺第三章金属材料的液态成形工艺本节基本要求塑性变形的微观机制塑性变形对力学性能的影响影响金属可锻性的因素了解几种常用的锻造技术和板料冲压技术的工艺特点

第 三 章 金 属 材 料 的 液 态 成 形 工 艺 第二节 金属材料的塑性成形工艺 1 本节基本要求 •塑性变形的微观机制 •塑性变形对力学性能的影响 •影响金属可锻性的因素 •了解几种常用的锻造技术和板料冲压技术的工艺特 点

目录塑性成形理论基础金属塑性成形方法锻压件结构工艺性先进塑性成形方法什么是塑性成形?一在外力作用下利用金属材料的塑性，使其成形并获得一定力学性能的加工方法也称塑性加工或压力加工2

目录 2 塑性成形理论基础 金属塑性成形方法 锻压件结构工艺性 先进塑性成形方法 什么是塑性成形? ◼ 在外力作用下利用金属材料的塑性，使其成 形并获得一定力学性能的加工方法。 ◼ 也称塑性加工或压力加工

常见塑性成形方法坏料品楼礼花料碳技机压力桥压模桥压简练上楼上铁贴乐业堰料冲击力装回模0塑性成形的基本方法：轧制，挤压，拉拔，自由锻，模缎，冲压3

常见塑性成形方法 3 塑性成形的基本方法： 轧制，挤压，拉拔，自由锻，模缎，冲压 压力 冲击力

塑性成形（压力加工）的特点■优点·结构致密，组织细化，力学性能提高·少无切削加工，材料利用率高；·生产效率高；缺点般工艺表面质量差（氧化）：不能形成形状复杂件（相对铸造）：·设备庞大、价格昂贵；劳动条件差（强度高、噪音大）：4

塑性成形（压力加工）的特点 4 ◼ 优点  结构致密，组织细化，力学性能提高；  少无切削加工，材料利用率高；  生产效率高； ◼ 缺点  一般工艺表面质量差（氧化）；  不能形成形状复杂件（相对铸造）；  设备庞大、价格昂贵；  劳动条件差（强度高、噪音大）；

塑性变形机理什么是塑性？一在外力作用下发生永久变形而不破坏的能力。滑移：在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生移动或切变位错运动引起滑移金属并非理想晶体：多晶体，晶粒内部有缺陷塑性变形的实质晶内变形：滑移（为主）十李生晶间变形：滑动十转动5

一、 塑性变形机理 5 ◼ 什么是塑性？－在外力作用下发生永久变形而不破坏的能 力。 ◼ 滑移：在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向 相对于晶体的另一部分发生移动或切变 ◼ 金属并非理想晶体：多晶体，晶粒内部有缺陷。 ◼ 塑性变形的实质  晶内变形：滑移（为主）＋孪生  晶间变形：滑动＋转动 位错运动引起滑移

塑性变形机理多晶体变形以晶内滑移为主，晶间转动为辅（原因：晶界有阻碍变形的作用，晶界强度高于晶内，晶界变形更难晶粒间的滑动和转动多晶体的塑性变形晶粒越细、越多，晶界越多，对材料起到强化作用6

6 ◼ 多晶体变形以晶内滑移为主，晶间转动为辅 （原因：晶界有阻碍变形的作用，晶界强度高于晶 内，晶界变形更难） 晶粒越细、越多，晶界越多，对材料起到强化作用。 一、 塑性变形机理 多晶体的塑性变形 晶粒间的 滑动和 转动

细晶强化原因晶界面积越多，位错障碍越多，金属塑性变形的a)抗力越大，强度、硬度越高；晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目b)越多，塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，变形均匀，减少了应力集中，使塑性指标提高；晶粒越细小，晶界面积越多，对裂纹扩展的阻碍C作用越大，金属在断裂前消耗的功越大，使韧性指标提高

7 细晶强化 ◼ 原因 a) 晶界面积越多，位错障碍越多，金属塑性变形的 抗力越大，强度、硬度越高； b) 晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目 越多，塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，变 形均匀，减少了应力集中，使塑性指标提高； c) 晶粒越细小，晶界面积越多，对裂纹扩展的阻碍 作用越大，金属在断裂前消耗的功越大，使韧性 指标提高

塑性变形对金属组织和性能的影响加工硬化、回复和再结晶1.加工硬化金属在冷变形时（低于再结晶温度），随塑性变形量的增加，强度和硬度增加，而塑性和韧性下降的现象也称“形变强化”。一一强化金属的重要手段之一原因：随变形量增加，晶格畸变和碎晶，位错密度增加使变形抗力增加。形变强化的结果·①强硬度提高：②使进一步塑性变形困难8

塑性变形对金属组织和性能的影响 8 ➢ 加工硬化、回复和再结晶 1. 加工硬化 ◼ 金属在冷变形时（低于再结晶温度），随塑性变形量 的增加，强度和硬度增加，而塑性和韧性下降的现象， 也称“形变强化”。－－强化金属的重要手段之一 ◼ 原因：随变形量增加, 晶格畸变和碎晶，位错密度增加， 使变形抗力增加。 ◼ 形变强化的结果：  ①强硬度提高；  ②使进一步塑性变形困难

塑性变形对金属组织和性能的影响2.回复和再结晶金属经变形后，组织处于不稳定状态，有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大回复：将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。T向=（0.25～0.3）T熔再结晶：对形变强化的金属加热到熔点的0.4倍时，开始以某些碎晶或杂质为核心生成新的等轴晶粒，原来已变形的晶粒消失，使金属的强度、硬度降低，塑性和韧性增加，形变强化现象完全消除的现象T再=0.4T熔9

9 塑性变形对金属组织和性能的影响 2. 回复和再结晶 ◼ 金属经变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复到稳定状态 的倾向。但在常温下，原子扩散能力小, 不稳定状态可长时间 维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再 结晶和晶粒长大。 ◼ 回复：将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平 衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。 ◼ T回＝（0.25～0.3）T熔 ◼ 再结晶：对形变强化的金属加热到熔点的0.4倍时，开始以某 些碎晶或杂质为核心生成新的等轴晶粒，原来已变形的晶粒消 失，使金属的强度、硬度降低，塑性和韧性增加，形变强化现 象完全消除的现象。 ◼ T再=0.4T熔

2.回复和再结晶温度升高回复只能部分消除加工硬化（晶格畸变消除，但晶粒形状不变）：再结晶能消除全部加工硬化（晶格畸变消除，晶粒形状改变）；再结晶不是恒温过程，而是在一定温度范围内连续进行的过程。T再再结晶温度是开始再结晶的最低温度。再结晶也是晶核形成和长大的过程，不是相变过程，再结晶前后晶粒的晶格类型和成分完全相同。10

10 ⚫ 回复只能部分消除加工硬化（晶格畸变消除，但晶粒形状 不变）； ⚫ 再结晶能消除全部加工硬化（晶格畸变消除，晶粒形状改 变）； ⚫ 再结晶不是恒温过程，而是在一定温度范围内连续进行的 过程。T再再结晶温度是开始再结晶的最低温度。 ⚫ 再结晶也是晶核形成和长大的过程，不是相变过程，再结 晶前后晶粒的晶格类型和成分完全相同。 2.回复和再结晶