材料成形技术金属材料成形基本原理PPT课件.ppt

第一章 金属材料成形基本原理;原材料 （锭料、轧材）;本章主要内容;第1节 铸造成形基本原理;;;;1.1.1 金属的凝固;3. 铸件的凝固方式;;2）铸件的温度梯度：在合金的结晶温度范围已定时，若铸件的温度梯度由小变大，则凝固区由宽变窄，倾向于逐层凝固。如图2-2所示。 ;1.1.2 金属与合金的铸造性能;决定合金流动性的主要因素有：;图2-5 结晶特性对流动性的影响 a)恒温下 b)一定温度范围 ;;3. 铸型条件;1.1.2.2 合金的收缩;合金的收缩过程可分为三个阶段：如图2-6所示。; 2. 影响收缩的因素; 收缩是???成缩孔、缩松、应力、变形和裂纹的基本原因;充型能力不好，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔、夹杂、缩孔、热裂等缺陷。;;（2）缩松的形成 其基本原因也是液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但主要出现在糊状凝固的合金中，或断面较大的铸件壁中。形成过程如图2-8所示。 一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。 ;（3）缩孔缩松的形成规律;;;（3）合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施 冒口，在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。 冷铁，用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。加大冷却速度，调节凝固顺序。 补贴，在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩距离。;1.1.3.2 铸造应力;;2.收缩应力 由机械阻碍产生，一般都是拉应力，在形成应力的原因消除时，应力也随之消除。但如果临时拉应力和残留热应力同时作用在某瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。如图2-13所示。 ;图2-13 收缩应力的形成 ;图2-14 同时凝固原则;4）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。 5）对铸件进行时效处理。自然时效、人工时效（去应力退火）和共振时效。;图2-17 车床床身导轨面的变形; 防止铸造应力的方法也是防止变形的根本方法；同时在工艺上还可以采用反变形法，提早落砂去应力退火消除机械应力。 ;防止热裂的措施：;思考题：;第2节 塑性成形基本原理;1.2.1 塑性成形的实质 ;;;;图3-5 晶体的双晶变形;图3-6 多晶体塑性变形示意图;图3-7 多晶体晶粒位向与受力变形关系示意图; 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??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。 ;图3-8 常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响; 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。;回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算：;图3-9 金属的回复和再结晶示意图;3. 再结晶 ;图3-10 变形后的金属在加热时组织和性能的变化;;1.2.3 锻造比和锻造流线（纤维组织） ;图3-11 热轧对晶粒组织的影响;;图3-12 锻造比对力学性能的影响;;图3-13 拖钩的纤维流线;图3-14 不同成形工艺齿轮的流线分布;图3-15 不同截面的金属流动情况;图3-16 金属镦粗变形;1.2.5 金属的锻造性能;1）变形温度：温度升高，塑性上升，降低变形抗力，易于锻造；但温度过高也会产生相应的缺陷，如氧化，脱碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。 锻造温度范围指始锻温度与终锻温度间的温度范围，以合金状态图为依据。对始锻温度，原则是在不出现过热和过烧的前提下，尽量提高始锻温度。碳钢的始锻温度为AE线下2000C。终锻温度即停止锻造的温度，对于锻件质量有很大影响，终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大，降低锻件力学性能；太低，再结晶困难，冷变形强化现象严重，变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏设备和工具。 碳钢在加热时奥氏体晶粒长大示意图如图3-17a所示，锻造温度见图3-17b。 ;图3-17a 碳钢在加热时奥氏体的形成及晶粒长大示意图;;图3-18 变形速度对塑性及变形抗力的影响 1—变形抗力曲线 2—塑性变化曲线;图3-19 不同变形方式时的应力状态;思考题： 1.试述单晶体和多晶体塑性变形的实质。 2.锻造流线的存在对金属力学性能有何影响？在零件设计中应注意哪些问题？ 3.试述金属的锻造性能及其影