2022/12/21金屬壓力加工2022/12/19金屬壓力加工1概述一、壓力加工的實質：金屬材料在外力作用下，發生塑性變形，獲得所要求的形狀、尺寸、機械性能的原材料毛坯或零件的加工方法。塑性加工的適用材料：各類鋼大多數非鐵金屬及其合金

金屬變形過程：金屬材料在外力作用下發生彈性變形當外力超過一定值后產生塑性變形外力繼續加大，發生斷裂我國自行研制的萬噸級水壓機概述一、壓力加工的實質：金屬材料在外力作用下，發生2二、壓力加工的主要生產方式：1.軋制；2.擠壓；3.拉拔；4.鍛造；5.板料沖壓.二、壓力加工的主要生產方式：3軋三、塑性成形特點：1.能改善金屬的組織，力學性能高；2.可提高材料利用率；3.加工精度較高，生產率較高。兩不加工：脆性材料復雜形狀

軋三、塑性成形特點：兩不加工：4軋制、擠壓、拉拔——金屬型材、板材、鋼材、線材等；自由鍛、模鍛——承受重載的機械零件，如機器主軸、重要齒輪、連桿、炮管、槍管等；板料沖壓——汽車制造、電器、儀表及日用品。應用：軋制、擠壓、拉拔——金屬型材、板材、鋼材、線材等；應用：5第一節金屬塑性變形一、金屬塑性變形金屬在外力作用下產生塑性變形的實質是晶體內部的原子產生滑移。1.單晶體金屬的塑性變形單晶體的塑性變形主要通過滑移進行。

（a）未變形（b）彈性變形（c）彈塑性變形（d）塑性變形圖：單晶體滑移變形示意圖

滑移面整體剛性滑移第一節金屬塑性變形一、金屬塑性變形金屬在外力作用下產生6(1)、滑移——塑性變形的主要方式

滑移變形具有以下特點：滑移：就是晶體的一部分相對與另一部分沿一定晶面發生相對的位移；產生的變形稱為滑移變形。1）切應力引起滑移；2）滑移面在密排面滑移方向沿著密排面方向進行，滑移距離為原子間距的整數倍。(1)、滑移——塑性變形的主要方式滑移變形具有以下特點：滑7原因：晶體內部的各種缺陷（特別是位錯）的運動更容易產生滑移，而且位錯運動所需切應力遠遠小于剛性的整體滑移所需的切應力。當位錯運動到晶體表面時，晶體就產生了塑性變形。

實際晶體內部存在大量缺陷?；仆ㄟ^位錯在滑移面上的運動來實現。(2)、滑移的機理圖：晶體中通過位錯運動而造成滑移的示意圖未變形位錯運動

塑性變形原因：晶體內部的各種缺陷（特別是位錯）的運動更容易產生滑移，82.

多晶體金屬的塑性變形2.

多晶體金屬的塑性變形9二、塑性變形對金屬組織及性能的影響1.對組織結構的影響1）引起晶粒變形，晶粒沿最大變形方向伸長；2）晶格與晶粒發生扭曲，產生晶格畸變與內應力；3）造成晶粒破碎，產生碎晶。圖：變形前后晶粒形狀變化示意圖二、塑性變形對金屬組織及性能的影響1.對組織結構的影響110形成纖維組織結果：使金屬的性能產生各向異性。表現：定義：金屬在變形過程中，晶粒形狀和沿晶界分布的雜質在鋼料中的定向分布狀態稱為鋼料鍛造時的纖維組織（流線）。a縱向（平行纖維方向），塑韌性、強度提高b橫向（垂直纖維方向），抗剪強度提高特點：纖維組織很穩定，熱處理、再鍛均不能消除，只能改變分布。形成纖維組織結果：使金屬的性能產生各向異性。表現：定義：金屬11鋼錠熱變形后的組織變化鋼錠熱變形后的組織變化122.對性能的影響1）產生加工硬化現象結果：金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降。圖：常溫下塑性變形對低碳鋼力學性能的影響產生加工硬化原因：(1)位錯密度隨變形量增加而增加，從而使變形抗力增大。(2)隨變形量增加，亞結構細化，亞晶界對位錯運動有阻礙作用。(3)隨變形量增加，空位密度增加。(4)幾何硬化。由于塑性變形時晶粒方位的轉動，使各晶粒由有利位向轉到不利位向，因而變形抗力增大。2.對性能的影響1）產生加工硬化現象結果：金屬的強度、硬度13加工硬化的應用及不利影響：

1）應用：主要是強化金屬材料（1）提高材料強度、耐磨性；例：自行車鏈條片16Mn鋼（Q345）原：δ厚=3.5mmσb=520MPa150HBS；五次冷軋后：δ厚=1.2mm（65%）σb=1200MPa275HBS（2）↑構件使用安全系數（如鋼絲繩）（3）有利于金屬進行均勻的變形。2）不利影響：材料塑韌性降低，對進一步塑性變形帶來困難。加工硬化的應用及不利影響：1）應用：主要是強化金屬材料143、回復與再結晶圖：冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化示意圖

金屬材料在冷變形以后，組織處于不穩定的狀態，但室溫下難以進行。加熱使原子擴散能力增加，隨溫度的升高，冷變形后的金屬將依次發生回復、再結晶和晶粒長大。

3、回復與再結晶圖：冷變形金屬在加熱時組織金屬材料在冷變形以151）

回復

T回=(0.25-0.3)T熔定義：隨著溫度的上升，原子熱運動加劇，晶格扭曲被消除，內應力明顯下降的現象。

作用：

a）晶格扭曲消除b）內應力明顯下降回復只能部分消除加工硬化圖：冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化示意圖

1）

回復定義：隨著溫度的上升，原子熱運動加劇，晶格扭曲162）

再結晶定義：溫度上升到金屬熔化溫度的0.4-0.5倍時，金屬原子獲得更多的熱能，開始以某些碎晶或雜質為核心，生長成新的晶粒，加工硬化完全被消除，塑性上升。圖：冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化示意圖

2）

再結晶定義：溫度上升到金屬熔化溫度的0.4-0.5倍時17冷變形金屬剛剛結束再結晶時的晶粒是比較細小、均勻的等軸晶粒，如果再結晶后不控制其加熱溫度或時間，繼續升溫或保溫，晶粒之間便會相互吞并而長大。3）晶粒長大(b)金屬回復后的組織(c)再結晶組織(a)塑性變形后的組織圖：金屬的回復和再結晶示意圖冷變形金屬剛剛結束再結晶時的晶粒是比較細小、均勻的等軸晶粒，18三、冷變形與熱變形1）、定義：金屬在再結晶溫度以上的變形稱為熱變形，再結晶溫度以下的變形稱為冷變形。例：鎢（熔點為3380℃）在800℃變形為冷加工，而鉛（熔點為327℃）在室溫變形就可稱為熱加工。三、冷變形與熱變形1）、定義：金屬在再結晶溫度以上的變形稱為19加工硬化與回復、再結晶同時發生；加工硬化隨時被消除，使變形抗力下降，塑性升高。2）、熱變形的特點：1)可消除鑄錠中的氣孔、縮松等缺陷；2)可使鑄態晶粒細化，力學性能提高；3)形成熱變形纖維組織（流線）。3）、熱變形后的組織與性能：

熱軋時組織變化

加工硬化與回復、再結晶同時發生；加工硬化隨時被消除，使變形抗204）、鍛造比(Y鍛)鍛造時變形程度大小常以鍛造比Y鍛表示：對拔長：Y鍛=F0（原截面）/F（拔長后截面）對鐓粗：Y鍛=H0（鐓前高度）/H（鐓后高度）結構鋼鋼錠的鍛造比一般為2～4；各類鋼坯和軋材的鍛造比一般為1.1～

1.3。零件設計和制造中充分利用鍛造流線：1）零件最大拉應力方向應與鍛造流線平行;2）零件最大剪切應力方向應與鍛造流線垂直;3）零件外形輪廓應與鍛造流向的分布相符合而不被切斷。4）、鍛造比(Y鍛)鍛造時變形程度大小常以鍛造比Y鍛表示：21(a)齒根處的切應力平行于流線方向。力學性能最差，壽命最短；(b)齒1的根部切應力與流線方向垂直，力學性能好，齒2情況正好相反，力學性能差；(c)流線呈徑向放射狀，各齒的切應力方向均與流線近似垂直，強度與壽命較高；(d)流線完整且與齒廓一致，未被切斷，性能最好，壽命最長。(a)齒根處的切應力平行于流線方向。力學性能最差，壽命最短22金屬壓力加工課件23三、金屬的可鍛性（塑性成形性）——金屬可鍛性是衡量材料在經受壓力加工時獲得優質制品難易程度的工藝性能。1、衡量金屬可鍛性的指標兩個內因與外因1）塑性：金屬的塑性是指金屬材料在外力作用下產生永久變形而不破壞其完整性的能力；用斷面收縮率ψ、伸長率δ表示；2）變形抗力:變形過程中，金屬抵抗外力作用能力的大小。原因：優良的塑性使產品獲得準確的外形而不破裂；變形抗力越小，變形消耗的能量也越少，鍛壓越省力。三、金屬的可鍛性（塑性成形性）——金屬可鍛性是衡量材料在經受241）金屬本質對可鍛性的影響兩方面：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性，碳化物可鍛性差；細晶粒組織可鍛性優于粗晶粒，但變形抗力大。（1）化學成分：一般情況下，純金屬的可鍛性優于合金；碳鋼隨含碳量增加，可鍛性降低；合金鋼中合金元素含量越多，可鍛性下降；鋼中P、S含量超過一定值可鍛性降低。（2）組織結構：2、影響金屬可鍛性的因素：金屬本質和加工條件1）金屬本質對可鍛性的影響兩方面：純金屬和固溶體具25（1）變形溫度：變形條件：變形溫度、應變速率和應力狀態碳鋼的鍛造溫度范圍2）加工條件的影響（變形條件）溫度↑：塑性↑，可鍛性↑；溫度↑↑：產生“過熱”，可鍛性↓；溫度↑↑↑：接近熔化，出現“過燒”失去塑性，σb↓；溫度↓↓：可鍛性↓，∵加工硬化產生，開裂，塑性差。（1）變形溫度：變形條件：變形溫度、碳鋼的鍛造溫度范圍2）26圖：變形速度對塑性及變形抗力的影響示意圖a）變形速度<a時，隨V增大，回復和再結晶來不及消除加工硬化，可鍛性下降；b）變形速度>a后，由于塑性變形的熱效應使材料溫度升高，回復和再結晶充分，可鍛性提高。但難實現。（2）變形速度(雙重影響)指金屬材料在單位時間內的變形程度。

圖：變形速度對塑性及變形抗力的影響示意圖a）變形速度<a時，27（3）應力狀態的影響圖：拉拔時金屬應力狀態圖：擠壓時金屬應力狀態1）壓應力個數越多、數值越大，金屬的塑性就越好；2）同號應力狀態下引起的變形抗力大于異號應力狀態的變形抗力，如拉拔時金屬的變形抗力遠小于擠壓和模鍛。所以，塑性差的材料：盡量三方受壓；

塑性好的材料：出現拉應力有利。（3）應力狀態的影響圖：拉拔時金屬應力狀態圖：擠壓時金屬應力282022/12/21金屬壓力加工2022/12/19金屬壓力加工29概述一、壓力加工的實質：金屬材料在外力作用下，發生塑性變形，獲得所要求的形狀、尺寸、機械性能的原材料毛坯或零件的加工方法。塑性加工的適用材料：各類鋼大多數非鐵金屬及其合金

金屬變形過程：金屬材料在外力作用下發生彈性變形當外力超過一定值后產生塑性變形外力繼續加大，發生斷裂我國自行研制的萬噸級水壓機概述一、壓力加工的實質：金屬材料在外力作用下，發生30二、壓力加工的主要生產方式：1.軋制；2.擠壓；3.拉拔；4.鍛造；5.板料沖壓.二、壓力加工的主要生產方式：31軋三、塑性成形特點：1.能改善金屬的組織，力學性能高；2.可提高材料利用率；3.加工精度較高，生產率較高。兩不加工：脆性材料復雜形狀

軋三、塑性成形特點：兩不加工：32軋制、擠壓、拉拔——金屬型材、板材、鋼材、線材等；自由鍛、模鍛——承受重載的機械零件，如機器主軸、重要齒輪、連桿、炮管、槍管等；板料沖壓——汽車制造、電器、儀表及日用品。應用：軋制、擠壓、拉拔——金屬型材、板材、鋼材、線材等；應用：33第一節金屬塑性變形一、金屬塑性變形金屬在外力作用下產生塑性變形的實質是晶體內部的原子產生滑移。1.單晶體金屬的塑性變形單晶體的塑性變形主要通過滑移進行。

（a）未變形（b）彈性變形（c）彈塑性變形（d）塑性變形圖：單晶體滑移變形示意圖

滑移面整體剛性滑移第一節金屬塑性變形一、金屬塑性變形金屬在外力作用下產生34(1)、滑移——塑性變形的主要方式

滑移變形具有以下特點：滑移：就是晶體的一部分相對與另一部分沿一定晶面發生相對的位移；產生的變形稱為滑移變形。1）切應力引起滑移；2）滑移面在密排面滑移方向沿著密排面方向進行，滑移距離為原子間距的整數倍。(1)、滑移——塑性變形的主要方式滑移變形具有以下特點：滑35原因：晶體內部的各種缺陷（特別是位錯）的運動更容易產生滑移，而且位錯運動所需切應力遠遠小于剛性的整體滑移所需的切應力。當位錯運動到晶體表面時，晶體就產生了塑性變形。

實際晶體內部存在大量缺陷。滑移通過位錯在滑移面上的運動來實現。(2)、滑移的機理圖：晶體中通過位錯運動而造成滑移的示意圖未變形位錯運動

塑性變形原因：晶體內部的各種缺陷（特別是位錯）的運動更容易產生滑移，362.

多晶體金屬的塑性變形2.

多晶體金屬的塑性變形37二、塑性變形對金屬組織及性能的影響1.對組織結構的影響1）引起晶粒變形，晶粒沿最大變形方向伸長；2）晶格與晶粒發生扭曲，產生晶格畸變與內應力；3）造成晶粒破碎，產生碎晶。圖：變形前后晶粒形狀變化示意圖二、塑性變形對金屬組織及性能的影響1.對組織結構的影響138形成纖維組織結果：使金屬的性能產生各向異性。表現：定義：金屬在變形過程中，晶粒形狀和沿晶界分布的雜質在鋼料中的定向分布狀態稱為鋼料鍛造時的纖維組織（流線）。a縱向（平行纖維方向），塑韌性、強度提高b橫向（垂直纖維方向），抗剪強度提高特點：纖維組織很穩定，熱處理、再鍛均不能消除，只能改變分布。形成纖維組織結果：使金屬的性能產生各向異性。表現：定義：金屬39鋼錠熱變形后的組織變化鋼錠熱變形后的組織變化402.對性能的影響1）產生加工硬化現象結果：金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降。圖：常溫下塑性變形對低碳鋼力學性能的影響產生加工硬化原因：(1)位錯密度隨變形量增加而增加，從而使變形抗力增大。(2)隨變形量增加，亞結構細化，亞晶界對位錯運動有阻礙作用。(3)隨變形量增加，空位密度增加。(4)幾何硬化。由于塑性變形時晶粒方位的轉動，使各晶粒由有利位向轉到不利位向，因而變形抗力增大。2.對性能的影響1）產生加工硬化現象結果：金屬的強度、硬度41加工硬化的應用及不利影響：

1）應用：主要是強化金屬材料（1）提高材料強度、耐磨性；例：自行車鏈條片16Mn鋼（Q345）原：δ厚=3.5mmσb=520MPa150HBS；五次冷軋后：δ厚=1.2mm（65%）σb=1200MPa275HBS（2）↑構件使用安全系數（如鋼絲繩）（3）有利于金屬進行均勻的變形。2）不利影響：材料塑韌性降低，對進一步塑性變形帶來困難。加工硬化的應用及不利影響：1）應用：主要是強化金屬材料423、回復與再結晶圖：冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化示意圖

金屬材料在冷變形以后，組織處于不穩定的狀態，但室溫下難以進行。加熱使原子擴散能力增加，隨溫度的升高，冷變形后的金屬將依次發生回復、再結晶和晶粒長大。

3、回復與再結晶圖：冷變形金屬在加熱時組織金屬材料在冷變形以431）

回復

T回=(0.25-0.3)T熔定義：隨著溫度的上升，原子熱運動加劇，晶格扭曲被消除，內應力明顯下降的現象。

作用：

a）晶格扭曲消除b）內應力明顯下降回復只能部分消除加工硬化圖：冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化示意圖

1）

回復定義：隨著溫度的上升，原子熱運動加劇，晶格扭曲442）

再結晶定義：溫度上升到金屬熔化溫度的0.4-0.5倍時，金屬原子獲得更多的熱能，開始以某些碎晶或雜質為核心，生長成新的晶粒，加工硬化完全被消除，塑性上升。圖：冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化示意圖

2）

再結晶定義：溫度上升到金屬熔化溫度的0.4-0.5倍時45冷變形金屬剛剛結束再結晶時的晶粒是比較細小、均勻的等軸晶粒，如果再結晶后不控制其加熱溫度或時間，繼續升溫或保溫，晶粒之間便會相互吞并而長大。3）晶粒長大(b)金屬回復后的組織(c)再結晶組織(a)塑性變形后的組織圖：金屬的回復和再結晶示意圖冷變形金屬剛剛結束再結晶時的晶粒是比較細小、均勻的等軸晶粒，46三、冷變形與熱變形1）、定義：金屬在再結晶溫度以上的變形稱為熱變形，再結晶溫度以下的變形稱為冷變形。例：鎢（熔點為3380℃）在800℃變形為冷加工，而鉛（熔點為327℃）在室溫變形就可稱為熱加工。三、冷變形與熱變形1）、定義：金屬在再結晶溫度以上的變形稱為47加工硬化與回復、再結晶同時發生；加工硬化隨時被消除，使變形抗力下降，塑性升高。2）、熱變形的特點：1)可消除鑄錠中的氣孔、縮松等缺陷；2)可使鑄態晶粒細化，力學性能提高；3)形成熱變形纖維組織（流線）。3）、熱變形后的組織與性能：

熱軋時組織變化

加工硬化與回復、再結晶同時發生；加工硬化隨時被消除，使變形抗484）、鍛造比(Y鍛)鍛造時變形程度大小常以鍛造比Y鍛表示：對拔長：Y鍛=F0（原截面）/F（拔長后截面）對鐓粗：Y鍛=H0（鐓前高度）/H（鐓后高度）結構鋼鋼錠的鍛造比一般為2～4；各類鋼坯和軋材的鍛造比一般為1.1～

1.3。零件設計和制造中充分利用鍛造流線：1）零件最大拉應力方向應與鍛造流線平行;2）零件最大剪切應力方向應與鍛造流線垂直;3）零件外形輪廓應與鍛造流向的分布相符合而不被切斷。4）、鍛造比(Y鍛)鍛造時變形程度大小常以鍛造比Y鍛表示：49(a)齒根處的切應力平行于流線方向。力學性能最差，壽命最短；(b)齒1的根部切應力與流線方向垂直，力學性能好，齒2情況正好相反，力學性能差；(c)流線呈徑向放射狀，各齒的切應力方向均與流線近似垂直，強度與壽命較高；(d)流線完整且與齒廓一致，未被切斷，性能最好，壽命最長。(a)齒根處的切應力平行于流線方向。力學性能最差，壽命最短50金屬壓力加工課件51三、金屬的可鍛性（塑性成形性）——金屬可鍛性是衡量材料在經受壓力加工時獲得優質制品難易程度的工藝性能。1、衡量金屬可鍛性的指標兩個內因與外因1）塑性：金屬的塑性是指金屬材料在外力作用下產生永久變形而不破壞其完整性的能力；用斷面收縮率ψ、伸長率δ表示；2）變形抗力: