先进成形与智能技术 课件 3.1 塑性变形基础.pptx

先进成形与智能技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造金属塑性加工金属塑性加工指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造金属塑性加工基本方法外力为静压力；轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等轧制：使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法。挤压：将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方法。拉拔：坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷态下进行。轧制挤压拉拔6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造自由锻：用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间，使坯料受冲击力作用而变形，获得所需形状锻件的加工方法。模锻：利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法。板料冲压：用冲模使板料经分离或成形得到制件的加工方法。自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，外力为冲击力，主要用于生产毛坯或零件。金属塑性加工基本方法6.1塑性变形基础自由锻模锻板料冲压

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造金属塑性加工特点(2)节约金属材料如热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切削加工设备和材料的消耗。(1)改善金属组织、提高力学性能锻压的同时可消除铸造缺陷，均匀成分，从而提高锻件的力学性能。(3)较高的生产率如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率约高50倍。(4)锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中主轴、齿轮等。锻件的结构工艺性要求高，难以锻造形状复杂的毛坯和零件。锻件的尺寸精度低，对于高精度要求的零件，还需经过切削加工来满足要求。6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造外力金属产生内应力内应力迫使原子离开平衡位置，导致原子内能升高。而处于高位能的原子，时刻有回到平衡位置的倾向。弹性变形外力停止作用，原子回到其原始位置，变形消失。塑性变形当外力超过该金属的屈服强度，外力消失，而变形并不消失。室温下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进行的。实验表明晶体只有在切应力的作用下才会发生塑性变形。6.1塑性变形基础金属材料通常情况下都是由无数小晶粒构成的多晶体

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造1、滑移实验表明对滑移真正有贡献的是在滑移面上沿滑移方向上的分切应力，只有当这个分切应力达到某一临界值后，滑移过程才能开始进行，这时的分切应力就称为临界分切应力。晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动叫滑移。发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。单晶体金属塑性变形6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。滑移系示意图单晶体金属塑性变形易变形难变形面心立方晶格体心立方晶格密排六方晶格三种典型金属晶格的滑移系6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造滑移面整体刚性滑移单晶体在切应力作用下的滑移变形示意图ττ单晶体金属塑性变形（a）未变形（b）弹性变形（c）弹塑性变形（d）塑性变形6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造单晶体金属塑性变形（a）未变形（b）（c）位错运动（d）塑性变形位错运动引起塑性变形示意图位错中心附近极少量原子微量移动刃型位错6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2、孪生单晶体金属塑性变形孪晶组织孪生使晶体位向发生改变，原处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，进一步滑移。孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造多晶体的塑性变形是单个晶粒内滑移与孪生和晶粒间滑移与转动的综合作用的结果。多晶体多晶体晶粒逐批滑移示意图金属晶粒越细小，晶界越多，强度和塑性越好。多晶体金属塑性变形晶界晶粒6.1塑性变形基础

战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造冷加工对金属组织的影响(1)晶粒拉长，晶界变得模糊不清。(2)晶粒转动，当变形达到一定程度，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，这种现象称织构。(3)晶粒与晶格的扭曲，出现残余内应