机械制造工程第六章节解释.ppt

第六章 固态成形——金属压力加工 教学目的与要求: 1.了解金属压力加工的基本原理。 2.掌握常用压力加工方法，主要工艺过程、特点及应用条件。 教学内容： 1.金属压力加工的基本原理。 2.锻造成形，冲压成形 重点、难点： 重点：常用压力加工方法的特点及应用条件。 难点：金属压力加工的基本原理。 概 述 一、何谓固态成形？ 利用外力的作用使金属在固态条件下产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的成形工艺，称为固态成形（也称为塑性成形、金属压力加工)工艺。 二、常用的成形方式 自由锻 模锻 板料冲压 轧制 挤压 拉拔 返回 返回 返回 返回 返回 返回 三、特点 优点： 1、压力加工：机械性能好，强度高，韧性好，承载大； 2、某些加工方法不需或者少后序加工，效率高，材料利用率高。 缺点： 1、工艺投入比较大，成本高； 2、都需要模具； 3、形成复杂件难以成形，或者不能成形。 四、应用条件 1. 液态成形达不到性能要求的，可采用压力加工。 2. 在工艺上不适合采用液态成形的制件。 第一节 金属压力加工基本原理 一、金属塑性变形的实质 金属塑性变形及可锻性 二、金属的加工硬化与回复、再结晶 (一) 加工硬化 1. 现象 随着变形程度的增加，金属的强度和硬度逐渐升 高，而塑性和韧性降低，这种现象称为加工硬化。 2. 原因 金属发生塑性变形时， 位错密度增加, 位错间的 交互作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力的增 大, 引起塑性变形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎 细化， 使强度得以提高。 3.影响 (1)可提高材料的硬度，耐磨性，特别是不 能通过热处理强化的金属材料; (2)不利因素，后需继续加工不利。 4.消除加工硬化的措施 (1)再结晶退火; (2)去应力退火。 （二）回复 加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发回复到稳定状态的倾向，但在室温下不易实现。当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子排列回复到正常状态，从而消除晶格扭曲，并部分消除加工硬化。这个过程称为“回复”。 这时的温度称为回复温度T回。 T回＝（0.25~0.3）T熔（T回、T熔为用绝对温度表示的回复温度、熔点）。 （三）再结晶 1、再结晶的概念 变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。这个过程称为再结晶。 2、再结晶温度 再结晶温度指的是最低再结晶温度（T再），通常用经大变形量（70%以上）的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。 最低在结晶温度（T再）与该金属的熔点（T熔）有如下关系：T再=（0.35~0.4）T熔。 3、影响最低再结晶温度的因素： 预先变形度； 金属的熔点； 杂质和合金元素； 加热速度和保温时间。 4 、再结晶后晶粒的晶粒度 再结晶晶粒度取决于塑性变形程度、加热温度、保温时间。 1）塑性变形程度； 2）加热温度； 3）保温时间。 三、金属塑性变形的分类 1. 种类 1）冷变形(冷变形T再) 在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。 变形过程中只有加工硬化而无再结晶现象，金属材料的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，变形后的金属只具有加工硬化组织。 冷变形加工的产品具有表面质量好，尺寸精度高，力学性能好的优点，一般不需再进行切削加工。 2) 热变形（T再热变形） 在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。 变形产生的加工硬化立即随金属的再结晶而消失，变形后金属具有细而均匀的再结晶等轴晶粒组织而无任何加工硬化痕迹。 金属只有在热变形的情况下，才能在较小的变形功的作用下产生较大的变形，加工出尺寸较大和形状较复杂的工件；同时，能获得具有较高力学性能的再结晶组织。 由于热变形是在高温下进行的，因而金属在加热过程中，表面容易形成氧化皮，产品尺寸精度和表面质量较低。 金属在自由锻﹑热模锻﹑热轧﹑热挤压中的变形都属于热变形。 2、热变形和冷变形特点比较 1) 加工性：热变形优于冷变形； 2）制件质量：冷变形优于热变形； 3）共同处：都可以提高承载能力。 金属的纤维组织和各向异性 由于金属压力加工生产采用的最初坯料内部存在杂质，因此在产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，沿着变形方向被拉长，呈纤维形状，这种结构称为纤维组织。 纤维组织使金属在性能上具有方向性，平行于纤维方向（纵向）上的塑性和韧性明显高于垂直于纤维方向（横向）上的相应性能。金属的变形越大，纤维组织越明显，性能的方向性也就越明显。 ??????????????????????????????????????????