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第 九 章金属压力加工 金属变形过程：金属材料在外力作用下发生弹性变形当外力超过一定值后产生塑性变形我国自行研制的万吨级水压机外力继续加大，发生断裂概 述一、压力加工的实质：金属材料在外力作用下，发生塑性变形，获得所要求的形状、尺寸、机械性能的原材料毛坯或零件的加工方法。塑性加工的适用材料： 各类钢 大多数非铁金属及其合金二、压力加工的主要生产方式： 1.轧制；2. 挤压； 3. 拉拔；4.锻造； 5. 板料冲压. 轧三、塑性成形特点：1.能改善金属的组织，力学性能高；2.可提高材料利用率；3.加工精度较高，生产率较高。两不加工：脆性材料复杂形状 应用：轧制、挤压、拉拔 —— 金属型材、板材、钢材、线材等；自由锻、模锻 —— 承受重载的机械零件，如机器主轴、 重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；板料冲压 —— 汽车制造、电器、仪表及日用品。 （a）未变形（b）弹性变形（c）弹塑性变形（d）塑性变形图：单晶体滑移变形示意图 第一节 金属塑性变形一、 金属塑性变形金属在外力作用下产生塑性变形的实质是晶体内部的原子产生滑移。1. 单晶体金属的塑性变形滑移面整体刚性滑移单晶体的塑性变形主要通过滑移进行。 (1)、滑移——塑性变形的主要方式 滑移：就是晶体的一部分相对与另一部分沿一定晶面发生相对的位移； 产生的变形称为滑移变形。滑移变形具有以下特点：1）切应力引起滑移；2）滑移面在密排面滑移方向沿着密排面方向进行，滑移距离为原子间距的整数倍。未变形 位错运动 塑性变形图：晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图(2)、滑移的机理实际晶体内部存在大量缺陷。滑移通过位错在滑移面上的运动来实现。原因：晶体内部的各种缺陷（特别是位错）的运动更容易产生滑移，而且位错运动所需切应力远远小于刚性的整体滑移所需的切应力。当位错运动到晶体表面时，晶体就产生了塑性变形。 2.?多晶体金属的塑性变形 图：变形前后晶粒形状变化示意图二、 塑性变形对金属组织及性能的影响1. 对组织结构的影响1）引起晶粒变形，晶粒沿最大变形方向伸长；2）晶格与晶粒发生扭曲，产生晶格畸变与内应力；3）造成晶粒破碎，产生碎晶。形成纤维组织定义：金属在变形过程中，晶粒形状和沿晶界分布的杂质在钢料中的定向分布状态称为钢料锻造时的纤维组织（流线）。结果：使金属的性能产生各向异性。表现： a纵向（平行纤维方向），塑韧性、强度提高 b横向（垂直纤维方向），抗剪强度提高 特点：纤维组织很稳定，热处理、再锻均不能消除， 只能改变分布。钢锭热变形后的组织变化产生加工硬化原因：(1) 位错密度随变形量增加而增加，从而使变形抗力增大。(2) 随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用。(3) 随变形量增加，空位密度增加。(4) 几何硬化。由于塑性变形时晶粒方位的转动，使各晶粒由有利位向转到不利位向，因而变形抗力增大。 图：常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响2. 对性能的影响1）产生加工硬化现象结果：金属的强度、硬度提 高，塑性、韧性下降。加工硬化的应用及不利影响： 1） 应用：主要是强化金属材料 （1）提高材料强度、耐磨性； 例：自行车链条片16Mn钢（Q345） 原：δ厚=3.5mm σb=520MPa 150HBS； 五次冷轧后： δ厚=1.2mm（65%）σb=1200MPa 275HBS （2）↑构件使用安全系数（如钢丝绳） （3）有利于金属进行均匀的变形。 2）不利影响 ： 材料塑韧性降低，对进一步塑性变形带来困难。图：冷变形金属在加热时组织和性能的变化示意图 3、回复与再结晶金属材料在冷变形以后，组织处于不稳定的状态，但室温下难以进行。加热使原子扩散能力增加，随温度的升高，冷变形后的金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 图：冷变形金属在加热时组织和性能的变化示意图 1）?回复 T回=(0.25-0.3)T熔定义：随着温度的上升，原子热运动加剧，晶格扭曲被消除，内应力明显下降的现象。 作用： a）晶格扭曲消除b）内应力明显下降回复只能部分消除加工硬化图：冷变形金属在加热时组织和性能的变化示意图 2）?再结晶定义：温度上升到金属熔化温度的0.4-0.5倍时，金属原子获得更多的热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，生长成新的晶粒，加工硬化完全被消除，塑性上升。冷变形金属刚刚结束再结晶时的晶粒是比较细小、均匀的等轴晶粒，如果再结晶后不控制其加热温度或时间，继续升温或保温，晶粒之间便会相互吞并而长大。(b) 金属回复后的组织 (c) 再结晶组织(a)塑性变形后的组织图：金属的回复和再结晶示意图3）晶粒长大三、冷变形与热变形1）、定义：金属在再结晶温度以上的变形称为热变形，再结晶温度以下的变形称为冷变形。 例：钨（熔点为