第3章 塑性成形 ○第一节塑性成形理论基础 第二节 塑性成形方法 第三节塑性成形工艺设计 第四节塑性加工方法的结构工艺性 第五节塑性成形新发展 返回
第3章 塑性成形 第一节 塑性成形理论基础 第二节 塑性成形方法 第三节 塑性成形工艺设计 第四节 塑性加工方法的结构工艺性 第五节 塑性成形新发展 返回
塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形， 获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方 法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可 在冷态或热态下进行塑性成形加工。 塑性成形加工的特点： 优点： 1)改善金属的组织，提高金属的力学性能： 2)节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利 用率和经济效益： 3)具有较高的劳动生产率。 4)适应性广。 上页 返回
塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形， 获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方 法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可 在冷态或热态下进行塑性成形加工。 塑性成形加工的特点： 优点： 1）改善金属的组织，提高金属的力学性能； 2）节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利 用率和经济效益； 3）具有较高的劳动生产率。 4）适应性广
缺点： 1)锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造： 2)锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3)需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4)生产现场劳动条件较差。 常用塑性成形加工方法有：1)自由锻造，2)模型锻造， 3)挤压，4)拉拔，5)轧锻，6)板料冲压。如图3-1所 示。 塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、炮 简、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的 重要零部件
缺点： 1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4）生产现场劳动条件较差。 常用塑性成形加工方法有：1）自由锻造，2）模型锻造， 3）挤压，4）拉拔，5）轧锻，6）板料冲压。如图3-1所 示。 塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、炮 筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的 重要零部件
第一节塑性成形理论基础 一、塑性成形的实质 二、冷变形强化与再结晶 三、锻造比与锻造流线 四、塑性成形基本规律 五、金属的锻造性能 上 返回
第一节 塑性成形理论基础 一、塑性成形的实质 二、冷变形强化与再结晶 三、锻造比与锻造流线 四、塑性成形基本规律 五、金属的锻造性能
塑性成形的实质 具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力 达到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都 是晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构 来说明。 1、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种方式：滑移变形和双晶变形。 1)滑移变形：晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列 紧密的晶面作相对滑动。其变形过程如图32所示。 晶体在晶面上的滑移，是通过位错的不断运动来实现 的。如图3-3所示。 当很多晶面同时滑移积累起来就形成滑移带，如图3二 4所示，形成可见的变形
一、塑性成形的实质 具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力 达到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都 是晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构 来说明。 1、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种方式：滑移变形和双晶变形。 1）滑移变形：晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列 紧密的晶面作相对滑动。其变形过程如图3-2所示。 晶体在晶面上的滑移，是通过位错的不断运动来实现 的 。如图3-3所示。 当很多晶面同时滑移积累起来就形成滑移带，如图3- 4所示，形成可见的变形
2)双晶：亦叫孪晶：晶体在外力作用下，晶体内一部分原 子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。如图3-5所示。 2、多晶体的塑性变形 多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相 同的晶粒所组成，故它的的塑性变形很复杂，可分为晶内 变形和晶间变形。晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶 粒之间相互移动或转动称为晶间变形。如图3-6所示。 多晶体的晶内变形方式和单晶体一样，也是滑移和双 晶；但各个晶粒所处的塑性变形条件不同，即晶粒内晶格 排列的方向性决定了其变形的难易，与外力成45度的滑移 面最易变形。因为其产生的切应力最大。如图3-☑反映了 晶粒位向与受力变形的关系
2）双晶：亦叫孪晶：晶体在外力作用下，晶体内一部分原 子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。如图3-5所示。 2、多晶体的塑性变形 多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相 同的晶粒所组成，故它的的塑性变形很复杂，可分为晶内 变形和晶间变形。晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶 粒之间相互移动或转动称为晶间变形。如图3-6所示。 多晶体的晶内变形方式和单晶体一样，也是滑移和双 晶；但各个晶粒所处的塑性变形条件不同，即晶粒内晶格 排列的方向性决定了其变形的难易，与外力成45度的滑移 面最易变形。因为其产生的切应力最大。如图3-7反映了 晶粒位向与受力变形的关系
同时在多晶体的晶界处，由于相邻晶粒间的位向差别， 产生晶格的畸变，并有杂质的存在，以及晶粒间犬牙交错 状态，对多晶体的变形造成很大障碍。低温时，晶界强度 高于晶粒内部强度，变形抗力大不易变形；高温时，晶界 强度降低，晶粒易于相互移动。所以多晶体由于存在晶界 和各晶粒的位向差别，其变形抗力要远高于同种金属的单 晶体。 二、} 冷变形强化与再结晶 金属塑性变形时，在不同的温度下，对金属组织和性 能产生不同的影响。主要讨论加工硬化、回复和再结晶。 1、冷变形强化（加工硬化）： 指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度 升高，塑性和韧性下降的现象，1 如图3-8所示；变形程度 越大，冷变形强化现象越严重
同时在多晶体的晶界处，由于相邻晶粒间的位向差别， 产生晶格的畸变，并有杂质的存在，以及晶粒间犬牙交错 状态，对多晶体的变形造成很大障碍。低温时，晶界强度 高于晶粒内部强度，变形抗力大不易变形；高温时，晶界 强度降低，晶粒易于相互移动。所以多晶体由于存在晶界 和各晶粒的位向差别，其变形抗力要远高于同种金属的单 晶体。 二、冷变形强化与再结晶 金属塑性变形时，在不同的温度下，对金属组织和性 能产生不同的影响。主要讨论加工硬化、回复和再结晶。 1、冷变形强化（加工硬化）： 指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度 升高，塑性和韧性下降的现象，如图3-8所示；变形程度 越大，冷变形强化现象越严重
冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在滑移面上 产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶，滑移面附近的晶格也 产生了畸变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。 对某些不能通过热处理来强化的金属，可用低温变形 来提高金属强度指标，如用冷轧、冷拔和冷挤来提高低碳 钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。 但在塑性加工中，冷变形强化使塑性变形困难，故采 用加热的方法使金属再结晶，而获得好的塑性。 2、回复： 指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处 于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的 晶格扭曲的过程，可使内应力减少
冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在滑移面上 产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶，滑移面附近的晶格也 产生了畸变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。 对某些不能通过热处理来强化的金属，可用低温变形 来提高金属强度指标，如用冷轧、冷拔和冷挤来提高低碳 钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。 但在塑性加工中，冷变形强化使塑性变形困难，故采 用加热的方法使金属再结晶，而获得好的塑性。 2、回复： 指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处 于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的 晶格扭曲的过程，可使内应力减少
回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算： 1a=(0.2-0.3)T 式中回-金属的绝对回复温度： T -一金属的绝对熔化温度； 回复作用不改变晶粒的形状及晶粒变形时所构成的方 向性，也不能使晶粒内部的破坏现象及晶界间物质的破坏 现象得到恢复，只是逐渐消除晶格的扭曲程度。故回复作 用可以降低内应力，但机械性能变化不大，强度稍降低， 塑性稍提高。如图3-9b所示。 工王王
回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算： T 回 0.20.3T 熔 式中 -金属的绝对回复温度； -金属的绝对熔化温度； T 回 T 熔 回复作用不改变晶粒的形状及晶粒变形时所构成的方 向性，也不能使晶粒内部的破坏现象及晶界间物质的破坏 现象得到恢复，只是逐渐消除晶格的扭曲程度。故回复作 用可以降低内应力，但机械性能变化不大，强度稍降低， 塑性稍提高。如图3-9b所示
3、再结晶 指当温度升高到一定程度时，金属原子获得更高的热 能，通过金属原子的扩散，使冷变形强化的结晶构造进行 改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原变形 王王王王王王王 晶粒的过程即为再结晶。如图3-9c所示。 再结晶过程：先在变形金属中出现再结晶核心（小 晶块，或破碎物)，结晶核心周围的畸变晶格中的原子 向再结晶核心聚集，从不稳定状态向稳定状态过渡，有 秩序地排列起来，而形成新的具有正常晶格结构的晶粒， 直至新晶粒完全形成，再结晶结束。如果继续升温或保 温，再结晶晶粒还会聚合长大，即二次再结晶。 再结晶使内应力全部消除，强度降低，塑性增加。 如图3-10所示为变形后的金属在加热时组织和性能的变 化
3、再结晶 指当温度升高到一定程度时，金属原子获得更高的热 能，通过金属原子的扩散，使冷变形强化的结晶构造进行 改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原变形 晶粒的过程即为再结晶。如图3-9c所示。 再结晶过程：先在变形金属中出现再结晶核心（小 晶块，或破碎物），结晶核心周围的畸变晶格中的原子 向再结晶核心聚集，从不稳定状态向稳定状态过渡，有 秩序地排列起来，而形成新的具有正常晶格结构的晶粒， 直至新晶粒完全形成，再结晶结束。如果继续升温或保 温，再结晶晶粒还会聚合长大，即二次再结晶。 再结晶使内应力全部消除，强度降低，塑性增加。 如图3-10所示为变形后的金属在加热时组织和性能的变 化