锻造成形.ppt

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第九章第九章金属压力加工成形金属压力加工成形概概述述利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和性能的原材料、毛来获得具有一定形状、尺寸和性能的原材料、毛坯或零件的加工方法，称为塑性加工或压力加工。

坯或零件的加工方法，称为塑性加工或压力加工。

固体具有基本形状，欲将其改变，一是固体固体具有基本形状，欲将其改变，一是固体本身应具有塑性，二是需要借助外力。

本身应具有塑性，二是需要借助外力。

成形对象：

固体成形对象：

固体压力加工中作用在金属坯料上的外力主要压力加工中作用在金属坯料上的外力主要有两种性质：

冲击力和静压力。

有两种性质：

冲击力和静压力。

锤类设备产生冲击力使金属变形。

锤类设备产生冲击力使金属变形。

轧机与压力机对金属坯料施加静压力使之变形。

轧机与压力机对金属坯料施加静压力使之变形。

金属压力加工的基本形式有：

金属压力加工的基本形式有：

轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压自由锻自由锻模锻模锻板板料料冲冲压压挤压挤压拉拔拉拔轧锻轧锻b节约材料和切削加工工时，提高金属材节约材料和切削加工工时，提高金属材料利用率和经济效益料利用率和经济效益c具有较高的劳动生产率具有较高的劳动生产率塑性加工优点：

塑性加工优点：

a能改善金属的组织，能改善金属的组织，提高金属的机械性能提高金属的机械性能l塑性加工缺点：

塑性加工缺点：

la零件的结构工艺性要求高，不能直接锻零件的结构工艺性要求高，不能直接锻制成形状复杂的零件，锻件的尺寸精度不高。

制成形状复杂的零件，锻件的尺寸精度不高。

lb锻压加工方法需要重型的机器设备和复锻压加工方法需要重型的机器设备和复杂的工模具。

对于厂房地基要求高，初次投资杂的工模具。

对于厂房地基要求高，初次投资费用高。

费用高。

lc生产现场劳动条件差。

生产现场劳动条件差。

总之，锻压加工方法具有独特的优越性，锻压总之，锻压加工方法具有独特的优越性，锻压生产在机器制造生产过程中占有举足轻重的地位。

生产在机器制造生产过程中占有举足轻重的地位。

如在国防工业部门，飞机上的锻压件重量占如在国防工业部门，飞机上的锻压件重量占85，坦克上的锻压件重量占坦克上的锻压件重量占70，大炮、枪支上大部分，大炮、枪支上大部分零件是锻制而成的。

在汽车、拖拉机工业中，其锻零件是锻制而成的。

在汽车、拖拉机工业中，其锻压件重量也占到约压件重量也占到约6080。

机械类型的产品中，一般对于受力较大，机械类型的产品中，一般对于受力较大，工况条件较差的重要机械零件，大多采用工况条件较差的重要机械零件，大多采用锻压的方法来制造毛坯。

锻压的方法来制造毛坯。

第一节第一节压力加工力加工理论基础理论基础一、金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质问题：

金属材料为什么能产生塑性变形？

塑性变形的实质？

金属金属晶体晶体单晶体（理想金属）单晶体（理想金属）多晶体（实际金属）多晶体（实际金属）单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形主要方式主要方式滑移变形滑移变形滑移（滑移（clip）现象：

现象：

一个表面经抛光的单晶体拉伸时，一个表面经抛光的单晶体拉伸时，当应力超过当应力超过s时在显微镜下观察，可见时在显微镜下观察，可见到在试件表面会出现和应力轴成一定角到在试件表面会出现和应力轴成一定角度的线。

这些线是由一些小台阶组成。

度的线。

这些线是由一些小台阶组成。

同样，对多晶体加适当的力后，在显微同样，对多晶体加适当的力后，在显微镜下观察其表面，也可以见到每个晶粒镜下观察其表面，也可以见到每个晶粒内出现平行的细线。

内出现平行的细线。

铝晶粒形变后表面出现的滑移带（在铝晶粒形变后表面出现的滑移带（在90K变形）变形）铝单晶体形变出现的多滑移铝单晶体形变出现的多滑移（表面抛光后形变，未侵蚀，（表面抛光后形变，未侵蚀，260）纯铁晶粒表面的滑移带纯铁晶粒表面的滑移带滑移线和滑移带示意图滑移线和滑移带示意图每一层晶面滑动后每一层晶面滑动后在表面出现滑移痕在表面出现滑移痕迹迹小台阶小台阶滑移线滑移线互相靠近的一组小台互相靠近的一组小台阶在宏观上反映为一阶在宏观上反映为一个大台阶个大台阶滑移带滑移带l每条滑移线所对应的台阶高度标志着某一滑移面的滑移量每条滑移线所对应的台阶高度标志着某一滑移面的滑移量l可见，晶体的滑移不是均匀分布的，它只限于在可见，晶体的滑移不是均匀分布的，它只限于在晶体内的有限部分进行。

绝大部分晶体没有或极晶体内的有限部分进行。

绝大部分晶体没有或极少有滑移。

即使发生大量的塑性变形，发生滑移少有滑移。

即使发生大量的塑性变形，发生滑移的滑移面也只有不到的滑移面也只有不到1。

很多晶面滑移组成的滑移带很多晶面滑移组成的滑移带滑移定义：

滑移定义：

晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）和一定方向（滑移方向）面（滑移面）和一定方向（滑移方向）发生相对滑动，这种现象称为滑移。

发生相对滑动，这种现象称为滑移。

（纸牌机理）（纸牌机理）滑移规律：

滑移规律：

滑移面：

原子最密排面滑移面：

原子最密排面滑移方向：

原子最密排面方向滑移方向：

原子最密排面方向（a）滑移总是沿着一定的晶面和晶向发生。

滑移总是沿着一定的晶面和晶向发生。

其中滑移方向其主要作用。

其中滑移方向其主要作用。

l滑移系：

滑移系：

一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向组成一个滑移系统。

其中滑移方向起主要作用。

组成一个滑移系统。

其中滑移方向起主要作用。

结论结论

（1）b.c.c和和f.c.c的塑性优于的塑性优于h.c.p，因为滑移系多，因为滑移系多b.c.c最密排面是体对角线面（最密排面是体对角线面（110）6，最密排方向是，最密排方向是体对角线体对角线2，12个滑移系；个滑移系；f.c.c最密排面（最密排面（111）4，最密排方向是面对角线，最密排方向是面对角线3，也，也12个滑移系；个滑移系；h.c.p只有只有3个滑移系。

个滑移系。

（2）f.c.c的塑性优于的塑性优于b.c.c，因为滑移方向多。

，因为滑移方向多。

临界切应力位错滑移距离（b）滑移只有在切应力作用下发生。

滑移只有在切应力作用下发生。

作用于滑移面上的作用于滑移面上的切应力切应力在滑移方向上的分量在滑移方向上的分量必须必须达到一定值，才能发生滑移。

达到一定值，才能发生滑移。

这个一定值称为临界分切应力。

这个一定值称为临界分切应力。

若横截面积为若横截面积为A的单晶体的单晶体在外力在外力F作用下产生滑移作用下产生滑移设：

设：

F与滑移面与滑移面A法向法向H的夹角为的夹角为，与滑移方向与滑移方向T的的夹角角为。

求：

求：

F在滑移面在滑移面A的的滑移滑移方向方向T上的分切上的分切应力？

力？

晶体滑移时的应力分析晶体滑移时的应力分析HTA应力：

单位面积上的力应力：

单位面积上的力滑移面的面积：

滑移面的面积：

A=A/cosF在滑移面上沿滑移方向的切向分力：

在滑移面上沿滑移方向的切向分力：

F切分切分=Fcos切切=F切分切分/A=Fcos/（A/cos）切切=F/AcoscosF在滑移面在滑移面A的的滑移方向滑移方向T上的分切应力？

上的分切应力？

切切=F/Acoscos切切=scoscos或s=切切/coscoscoscos：

取向因子：

取向因子当当=90，或，或=90：

即滑移面与外力平行或垂直时，取向因子即滑移面与外力平行或垂直时，取向因子=0切切=scoscos=0或或s，称为硬位向，滑移系不能开动。

称为硬位向，滑移系不能开动。

l当滑移面上，滑移面法线当滑移面上，滑移面法线H，外力轴，滑移方，外力轴，滑移方向向T，三者应共处在同一空间平面上时，有，三者应共处在同一空间平面上时，有=90l当当滑移面、滑移方向与外力构成滑移面、滑移方向与外力构成45时，时，切切=scoscos=1/2s，即取向因子达到最大值，也即分切应力达到一即取向因子达到最大值，也即分切应力达到一定值，才能发生滑移，称为软位向。

定值，才能发生滑移，称为软位向。

切切=1/2s，也称为发生滑移的最小分切应力也称为发生滑移的最小分切应力（临界分切应力）（临界分切应力）切最小切最小（c）滑移距离是晶格常数的整数倍，结果在晶）滑移距离是晶格常数的整数倍，结果在晶体表面造成台阶。

即滑移时，晶体的一部分相体表面造成台阶。

即滑移时，晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍。

依靠的是位错的传递。

距的整数倍。

依靠的是位错的传递。

（d）滑移的同时必然伴随有晶体的转动。

滑移的同时必然伴随有晶体的转动。

当外力作用于单晶体试样上时，它在某些当外力作用于单晶体试样上时，它在某些相邻层晶面上所分解的切应力使晶体发生相邻层晶面上所分解的切应力使晶体发生滑移，而正应力则组成一对力偶，使晶体滑移，而正应力则组成一对力偶，使晶体在发生滑移的同时向外力方向发生转动。

在发生滑移的同时向外力方向发生转动。

晶体在拉伸和压缩时的转动晶体在拉伸和压缩时的转动滑移过程是通过位错的运动依次破坏原子滑移过程是通过位错的运动依次破坏原子对间的结合力而进行的。

这时所需要的对间的结合力而进行的。

这时所需要的临临比比理论值小的多。

理论值小的多。

提高强度的两条途径：

提高强度的两条途径：

一是减少位错密度，可使金属强度接近于理论值。

一是减少位错密度，可使金属强度接近于理论值。

二是增加位错密度，阻碍其运动，使强度提高二是增加位错密度，阻碍其运动，使强度提高。

滑移的本质：

滑移的本质：

多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形晶内变形晶内变形晶粒内部的滑移变形晶粒内部的滑移变形晶间变形晶间变形晶粒间的移动和转动晶粒间的移动和转动晶粒细小参与协调变形的晶粒多，变形均匀晶界是位错运动的障碍，晶界强化细晶强化由两个晶粒所做成的试由两个晶粒所做成的试样在拉伸时的变形样在拉伸时的变形由于晶粒间的位向不同，塑性变形不是由于晶粒间的位向不同，塑性变形不是同时发生在各个晶粒内，而是首先发生在软同时发生在各个晶粒内，而是首先发生在软位向上，滑移的同时伴随着晶体的转动，使位向上，滑移的同时伴随着晶体的转动，使原来的硬位向变成软位向，滑移转移到其它原来的硬位向变成软位向，滑移转移到其它晶粒中。

晶粒中。

多晶体塑性变形过程是不均匀塑性变形过程多晶体塑性变形过程是不均匀塑性变形过程多晶体金属逐批不均匀塑性变形过程示意图多晶体金属逐批不均匀塑性变形过程示意图这样多晶体中的晶粒是分批、这样多晶体中的晶粒是分批、逐步地开始滑移，使塑性变形愈来逐步地开始滑移，使塑性变形愈来愈均匀。

在塑性变形中，所有滑移愈均匀。

在塑性变形中，所有滑移系都先后发生滑移，所有晶粒都先系都先后发生滑移，所有晶粒都先后对变形作贡献。

所有，滑移方向后对变形作贡献。

所有，滑移方向多的多的f.c.c比比b.c.c塑性好。

塑性好。

二、塑性变形对金属组织及性能的影响二、塑性变形对金属组织及性能的影响1.组织变化组织变化（c）晶体缺陷大量增加，空位浓度增加。

位错密度增加。

）晶体缺陷大量增加，空位浓度增加。

位错密度增加。

（a）晶粒沿变形方向拉长，宏观：

金属外形压扁或）晶粒沿变形方向拉长，宏观：

金属外形压扁或拉长；微观：

晶粒破碎、拉长。

拉长；微观：

晶粒破碎、拉长。

（b）产生形变织构）产生形变织构l晶粒破碎照片晶粒破碎照片经不同变形量的冷轧铜的组织经不同变形量的冷轧铜的组织3010钢钢50%变形量变形量10钢钢70%变形量变形量10钢退火钢退火等轴晶粒等轴晶粒拉长晶粒拉长晶粒2、性能变化、性能变化金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降的现象高，而塑性、韧性下降的现象冷变形强化冷变形强化例如，自行车链条，例如，自行车链条，16Mn，HB150、b52Kg/mm2；经；经5次冷轧，次冷轧，厚度由厚度由13.5mm变为变为1.2mm（变形量（变形量65）；）；HB275、b100Kg/mm2原因：

位错密度的提高，使以位错运动为实质的滑移受到阻碍从而引起强化。

原因：

位错密度的提高，使以位错运动为实质的滑移受到阻碍从而引