4金屬塑性加工的摩擦與潤滑5金屬的塑性

1、4. 1 4. 1 概述概述4. 2 4. 2 金屬塑性加工時摩擦的特點(diǎn)及作用金屬塑性加工時摩擦的特點(diǎn)及作用 4. 3 4. 3 塑性加工中摩擦的分類及機(jī)理塑性加工中摩擦的分類及機(jī)理 4. 4 4. 4 摩擦系數(shù)及其影響因素摩擦系數(shù)及其影響因素 4. 5 4. 5 測定摩擦系數(shù)的方法測定摩擦系數(shù)的方法 4. 6 4. 6 塑性加工的工藝潤滑塑性加工的工藝潤滑 金屬塑性加工中是在工具與工件相接觸的條件下進(jìn)行金屬塑性加工中是在工具與工件相接觸的條件下進(jìn)行的，這時必然產(chǎn)生阻止金屬流動的摩擦力。這種發(fā)生的，這時必然產(chǎn)生阻止金屬流動的摩擦力。這種發(fā)生在工件和工具接觸面間，阻礙金屬流動的摩擦，稱外在工件和

2、工具接觸面間，阻礙金屬流動的摩擦，稱外摩擦摩擦。由于摩擦的作用，工具產(chǎn)生磨損，工件被擦傷；。由于摩擦的作用，工具產(chǎn)生磨損，工件被擦傷；金屬變形力、能增加造成金屬變形不均；嚴(yán)重時使工金屬變形力、能增加造成金屬變形不均；嚴(yán)重時使工件出現(xiàn)裂紋，還要定期更換工具。因此，塑性加工中，件出現(xiàn)裂紋，還要定期更換工具。因此，塑性加工中，須加以潤滑。須加以潤滑。潤滑潤滑技術(shù)的開發(fā)能促進(jìn)金屬塑性加工的發(fā)展。隨著壓技術(shù)的開發(fā)能促進(jìn)金屬塑性加工的發(fā)展。隨著壓力加工新技術(shù)新材料新工藝的出現(xiàn)，必將要求人們解力加工新技術(shù)新材料新工藝的出現(xiàn)，必將要求人們解決新的潤滑問題。決新的潤滑問題。塑性成形時摩擦的特點(diǎn)塑性成形時摩擦的特

3、點(diǎn)在高壓下產(chǎn)生的摩擦在高壓下產(chǎn)生的摩擦較高溫度下的摩擦較高溫度下的摩擦摩擦副（金屬與工具）的性質(zhì)相差大摩擦副（金屬與工具）的性質(zhì)相差大在接觸面上各點(diǎn)的摩擦也不一樣在接觸面上各點(diǎn)的摩擦也不一樣. .摩擦的不利方面摩擦的不利方面改變物體應(yīng)力狀態(tài)，使變形改變物體應(yīng)力狀態(tài)，使變形力和能耗增加力和能耗增加引起工件變形與應(yīng)力分布不引起工件變形與應(yīng)力分布不均勻均勻惡化工件表面質(zhì)量，加速模惡化工件表面質(zhì)量，加速模具磨損，降低工具壽命具磨損，降低工具壽命摩擦的利用摩擦的利用 例如，用增大摩擦改例如，用增大摩擦改善咬入條件，強(qiáng)化軋制過善咬入條件，強(qiáng)化軋制過程；增大沖頭與板片間的程；增大沖頭與板片間的摩擦，強(qiáng)化工藝

4、，減少起摩擦，強(qiáng)化工藝，減少起皺和撕裂等造成的廢品。皺和撕裂等造成的廢品。 外摩擦的分類外摩擦的分類 干摩擦干摩擦 流體摩擦流體摩擦邊界摩擦邊界摩擦摩擦機(jī)理摩擦機(jī)理 分子吸附說分子吸附說表面凸凹學(xué)說表面凸凹學(xué)說1 1干摩擦干摩擦 干摩擦是指不存任何外來介質(zhì)時金屬與工具的接觸表干摩擦是指不存任何外來介質(zhì)時金屬與工具的接觸表面之間的摩擦（圖面之間的摩擦（圖4-34-3所示）。但在實(shí)際生產(chǎn)中，這種所示）。但在實(shí)際生產(chǎn)中，這種絕對理想的干摩擦是不存在的。因為金屬塑性加工過絕對理想的干摩擦是不存在的。因為金屬塑性加工過程中，其表面多少存在氧化膜，或吸附一些氣體和灰程中，其表面多少存在氧化膜，或吸附一些氣

5、體和灰塵等其它介質(zhì)。但通常說的干摩擦指的是不加潤滑劑塵等其它介質(zhì)。但通常說的干摩擦指的是不加潤滑劑的摩擦狀態(tài)。的摩擦狀態(tài)。 2 2流體摩擦流體摩擦 當(dāng)金屬與工具表面之間的潤滑層較厚，摩擦副在相互運(yùn)動當(dāng)金屬與工具表面之間的潤滑層較厚，摩擦副在相互運(yùn)動中不直接接觸，完全由潤滑油膜隔開（圖中不直接接觸，完全由潤滑油膜隔開（圖4-34-3），摩擦發(fā)），摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部分子之間者稱為流體摩擦。它不同于干摩擦，生在流體內(nèi)部分子之間者稱為流體摩擦。它不同于干摩擦，摩擦力的大小與接觸面的表面狀態(tài)無關(guān)，而是與流體的粘摩擦力的大小與接觸面的表面狀態(tài)無關(guān)，而是與流體的粘度、速度梯度等因素有關(guān)。因而流體摩擦的摩擦系

6、數(shù)是很度、速度梯度等因素有關(guān)。因而流體摩擦的摩擦系數(shù)是很小的。塑性加工中接觸面上壓力和溫度較高，使?jié)櫥瑒┏Ｐ〉?。塑性加工中接觸面上壓力和溫度較高，使?jié)櫥瑒┏Ｒ讛D出或被燒掉，所以流體摩擦只在有條件的情況下發(fā)生易擠出或被燒掉，所以流體摩擦只在有條件的情況下發(fā)生和作用。和作用。 3 3邊界摩擦邊界摩擦 這是一種介于干摩擦與流體摩擦之間的摩擦狀態(tài)，稱為邊這是一種介于干摩擦與流體摩擦之間的摩擦狀態(tài)，稱為邊界摩擦。界摩擦。表面凸凹學(xué)說表面凸凹學(xué)說 所有經(jīng)過機(jī)械加工的表面并非絕對平坦光滑，都有不同程度所有經(jīng)過機(jī)械加工的表面并非絕對平坦光滑，都有不同程度的微觀凸起和凹入。當(dāng)凹凸不平的兩個表面相互接觸時，產(chǎn)的微

7、觀凸起和凹入。當(dāng)凹凸不平的兩個表面相互接觸時，產(chǎn)生機(jī)械咬合。當(dāng)這兩個相互接觸的表面在外力的作用下發(fā)生生機(jī)械咬合。當(dāng)這兩個相互接觸的表面在外力的作用下發(fā)生相對運(yùn)動時，相互咬合的部分會被剪斷，此時摩擦力表現(xiàn)為相對運(yùn)動時，相互咬合的部分會被剪斷，此時摩擦力表現(xiàn)為這些凸峰被剪切時的變形阻力。這些凸峰被剪切時的變形阻力。分子吸附說分子吸附說 分子吸附學(xué)說認(rèn)為：摩擦產(chǎn)生的原因是由于接觸面上分子分子吸附學(xué)說認(rèn)為：摩擦產(chǎn)生的原因是由于接觸面上分子之間的相互吸引的結(jié)果。物體表面越光滑，實(shí)際接觸面積就之間的相互吸引的結(jié)果。物體表面越光滑，實(shí)際接觸面積就越大，接觸面間的距離也就越小，分子吸引力就越強(qiáng)，因此，越大，接

8、觸面間的距離也就越小，分子吸引力就越強(qiáng)，因此，滑動摩擦力也就越大。滑動摩擦力也就越大。 在計算金屬塑性加工時的摩擦力時，分下列在計算金屬塑性加工時的摩擦力時，分下列三種情況考慮三種情況考慮 1 1庫侖摩擦條件庫侖摩擦條件 這時不考慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即這時不考慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即全滑動全滑動），認(rèn)），認(rèn)為摩擦符合庫侖定律。其內(nèi)容如下：為摩擦符合庫侖定律。其內(nèi)容如下：（1 1）摩擦力與作用于摩擦表面的垂直壓力成正比例，與摩擦表）摩擦力與作用于摩擦表面的垂直壓力成正比例，與摩擦表面的大小無關(guān)；面的大小無關(guān)；（2 2）摩擦力與滑動速度的大小無關(guān)；）摩擦力與滑動速度的大小無關(guān)；（3 3）靜摩擦系

9、數(shù)大于動摩擦系數(shù)。）靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)。 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 或或 式中式中 f f摩擦力；摩擦力； 外摩擦系數(shù)；外摩擦系數(shù)； n n 垂直于接觸面正壓力；垂直于接觸面正壓力； 接觸面上的正應(yīng)力；接觸面上的正應(yīng)力； 接觸面上的摩擦切應(yīng)力。接觸面上的摩擦切應(yīng)力。 由于摩擦系數(shù)為常數(shù)（由實(shí)驗確定），故又稱常摩擦系數(shù)由于摩擦系數(shù)為常數(shù)（由實(shí)驗確定），故又稱常摩擦系數(shù)定律。對于像拉拔及其他潤滑效果較好的加工過程，此定定律。對于像拉拔及其他潤滑效果較好的加工過程，此定律較適用。律較適用。 nfnn2 2最大摩擦條件最大摩擦條件 當(dāng)接觸表面沒有相對滑動，完全處于粘合狀當(dāng)接觸表面沒有相對

10、滑動，完全處于粘合狀 態(tài)時，單位摩擦力（態(tài)時，單位摩擦力（ ）等于變形金屬流動）等于變形金屬流動 時的臨界切應(yīng)力時的臨界切應(yīng)力k k，即：，即： = = k k 3 3摩擦力不變條件摩擦力不變條件 認(rèn)為接觸面間的摩擦力，不隨正壓力大小而變。其單位摩認(rèn)為接觸面間的摩擦力，不隨正壓力大小而變。其單位摩擦力是常數(shù)，即常摩擦力定律，其表達(dá)式為：擦力是常數(shù)，即常摩擦力定律，其表達(dá)式為： = =m mk k 式中，式中，m m為摩擦因子為摩擦因子 摩擦系數(shù)隨金屬性質(zhì)、工藝條件、表面狀態(tài)、單位壓力及摩擦系數(shù)隨金屬性質(zhì)、工藝條件、表面狀態(tài)、單位壓力及所采用潤滑劑的種類與性能等而不同。其主要影響因素有：所采用潤

11、滑劑的種類與性能等而不同。其主要影響因素有： 1 .1 .金屬的種類和化學(xué)成分金屬的種類和化學(xué)成分 2.2.工具材料及其表面狀態(tài)工具材料及其表面狀態(tài) 3. 3. 接觸面上的單位壓力接觸面上的單位壓力 4 .4 .變形溫度變形溫度 5.5.變形速度變形速度 6 .6 .潤滑劑潤滑劑夾鉗軋制法夾鉗軋制法楔形件壓縮法楔形件壓縮法圓環(huán)鐓粗法圓環(huán)鐓粗法22cos2tgptnkhh sin簡單易做，也比較精確，可用來測定冷、熱態(tài)下的摩擦系數(shù)。簡單易做，也比較精確，可用來測定冷、熱態(tài)下的摩擦系數(shù)。 )(2)(ccccllll與軋制過程及一般的平錘下鐓粗相似，應(yīng)用較方便，主要困難是在與軋制過程及一般的平錘下鐓

12、粗相似，應(yīng)用較方便，主要困難是在于較難準(zhǔn)確的確定中立面的位置及精確的測定有關(guān)數(shù)據(jù)。于較難準(zhǔn)確的確定中立面的位置及精確的測定有關(guān)數(shù)據(jù)。 此法較簡單，不需測定壓力，也不此法較簡單，不需測定壓力，也不需制備許多壓頭和試件。可測定各需制備許多壓頭和試件。可測定各種溫度、速度條件下的摩擦系數(shù)，種溫度、速度條件下的摩擦系數(shù)，應(yīng)用廣泛。但由于圓環(huán)試件在鐓粗應(yīng)用廣泛。但由于圓環(huán)試件在鐓粗時會出現(xiàn)鼓形。環(huán)孔出現(xiàn)橢圓形等，時會出現(xiàn)鼓形。環(huán)孔出現(xiàn)橢圓形等，引起測量上的誤差，影響結(jié)果的精引起測量上的誤差，影響結(jié)果的精確性。確性。熱鍛時的摩擦系數(shù)熱鍛時的摩擦系數(shù)磷化處理后冷鍛時的摩擦系數(shù)磷化處理后冷鍛時的摩擦系數(shù)拉深時

13、的摩擦系數(shù)拉深時的摩擦系數(shù)熱擠壓時的摩擦系數(shù)熱擠壓時的摩擦系數(shù)4. 6. 1 4. 6. 1 工藝潤滑的目的及潤滑機(jī)理工藝潤滑的目的及潤滑機(jī)理 一一. . 潤滑的目的潤滑的目的: :減少工模具磨損，延長工具使用壽命減少工模具磨損，延長工具使用壽命提高制品質(zhì)量提高制品質(zhì)量降低金屬變形時的能耗降低金屬變形時的能耗 二二. . 潤滑機(jī)理潤滑機(jī)理: :流體力學(xué)原理流體力學(xué)原理所謂潤滑劑的所謂潤滑劑的活性活性，就是潤滑劑中的極性分子在摩，就是潤滑劑中的極性分子在摩擦表面形成結(jié)實(shí)的保護(hù)層的能力。它決定潤滑劑的擦表面形成結(jié)實(shí)的保護(hù)層的能力。它決定潤滑劑的潤滑性能及與摩擦物體之間吸引力的大小。當(dāng)潤滑潤滑性能及

14、與摩擦物體之間吸引力的大小。當(dāng)潤滑劑中有極性的物質(zhì)存在時，會減少純?nèi)軇┑谋砻鎻垊┲杏袠O性的物質(zhì)存在時，會減少純?nèi)軇┑谋砻鎻埩?，而加?qiáng)金屬（工具與變形物體）與潤滑劑分子力，而加強(qiáng)金屬（工具與變形物體）與潤滑劑分子間的吸附力。間的吸附力。所謂潤滑劑的所謂潤滑劑的粘度粘度，是指潤滑劑本身粘、稠的程度。，是指潤滑劑本身粘、稠的程度。它是衡量潤滑油流動阻力的參數(shù)，它是衡量潤滑油流動阻力的參數(shù)，吸附機(jī)制吸附機(jī)制1 1塑性成形中對潤滑劑的要求塑性成形中對潤滑劑的要求在選擇及配制潤滑劑時，必符合下列要求：在選擇及配制潤滑劑時，必符合下列要求：（1 1）潤滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤滑膜仍）潤滑劑應(yīng)

15、有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤滑狀態(tài)；能吸附在接觸表面上，保持良好的潤滑狀態(tài)；（2 2）潤滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應(yīng)不）潤滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；分解，不變質(zhì)；（3 3）潤滑劑有冷卻模具的作用；）潤滑劑有冷卻模具的作用；（4 4）潤滑劑不應(yīng)對金屬和模具有腐蝕作用；）潤滑劑不應(yīng)對金屬和模具有腐蝕作用；（5 5）潤滑劑應(yīng)對人體無毒，不污染環(huán)境；）潤滑劑應(yīng)對人體無毒，不污染環(huán)境；（6 6）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。2 2常用的潤滑劑常

16、用的潤滑劑液體潤滑劑包括礦物油、動植物油、乳液等液體潤滑劑包括礦物油、動植物油、乳液等固體潤滑劑，包括石墨、二硫化鉬、肥皂等固體潤滑劑，包括石墨、二硫化鉬、肥皂等液液- -固型潤滑劑固型潤滑劑熔體潤滑劑熔體潤滑劑 四四. . 潤滑劑中的添加劑潤滑劑中的添加劑 潤滑油中的添加劑，一般應(yīng)易溶于機(jī)油，熱穩(wěn)定性要好，潤滑油中的添加劑，一般應(yīng)易溶于機(jī)油，熱穩(wěn)定性要好，且應(yīng)具有良好的物理化學(xué)性能。且應(yīng)具有良好的物理化學(xué)性能。 常用的添加劑有油性劑、極壓劑、抗磨劑和防銹劑等。常用的添加劑有油性劑、極壓劑、抗磨劑和防銹劑等。 五五. . 潤滑方法的改進(jìn)潤滑方法的改進(jìn)1 1流體潤滑流體潤滑2 2表面處理表面處理

17、（1 1）表面磷化處理）表面磷化處理（2 2）表面氧化處理）表面氧化處理（3 3）表面鍍層）表面鍍層 5.1 金屬的塑性 5.2 金屬多晶體塑性變形的主要機(jī)制 5.3 影響金屬塑性的因素 5.4 金屬的超塑性5. 1. 1 5. 1. 1 塑性的基本概念塑性的基本概念 5. 1. 2 5. 1. 2 塑性指標(biāo)及其測量方法塑性指標(biāo)及其測量方法 5. 1. 3 5. 1. 3 塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用 什么是塑性？什么是塑性？ 塑性是金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞塑性是金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。其完整性的能力。塑性與柔軟性的區(qū)別是什么？塑性與柔軟性的區(qū)別

18、是什么？ 塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。 柔軟性反映材料抵抗變形的能力。柔軟性反映材料抵抗變形的能力。不銹鋼不銹鋼-塑性好，但變形抗力高塑性好，但變形抗力高白口鑄鐵白口鑄鐵-塑性差，變形抗力高塑性差，變形抗力高鉛鉛-塑性好，變形抗力小塑性好，變形抗力小 結(jié)論：塑性與柔軟性不是同一概念結(jié)論：塑性與柔軟性不是同一概念探索塑性變化規(guī)律探索塑性變化規(guī)律尋求改善塑性途徑尋求改善塑性途徑選擇合理加工方法選擇合理加工方法確定最佳工藝制度確定最佳工藝制度提高產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品質(zhì)量塑性指標(biāo)的測量方法塑性指標(biāo)的測量方法塑性指標(biāo)塑性指標(biāo) 概概 念：念： 金屬在破壞前產(chǎn)生的最大金屬在破

19、壞前產(chǎn)生的最大 變形程度，即極限變形量。變形程度，即極限變形量。表示方法：表示方法： 斷面收縮率斷面收縮率 延伸率延伸率 沖擊韌性沖擊韌性 最大壓縮率最大壓縮率 扭轉(zhuǎn)角（或扭轉(zhuǎn)數(shù)）扭轉(zhuǎn)角（或扭轉(zhuǎn)數(shù)） 彎曲次數(shù)彎曲次數(shù)拉伸試驗法拉伸試驗法壓縮試驗法壓縮試驗法扭轉(zhuǎn)試驗法扭轉(zhuǎn)試驗法軋制模擬試驗法軋制模擬試驗法00100%hlll00100%hfff式中：式中：l l0 0拉伸試樣原始標(biāo)距長度；拉伸試樣原始標(biāo)距長度； l lh h拉伸試樣破斷后標(biāo)距間的長度；拉伸試樣破斷后標(biāo)距間的長度； f f0 0拉伸試樣原始斷面積；拉伸試樣原始斷面積； f fh h拉伸試樣破斷處的斷面積拉伸試樣破斷處的斷面積 簡單

20、加載條件下，壓縮試驗法測定的塑性指標(biāo)用下簡單加載條件下，壓縮試驗法測定的塑性指標(biāo)用下式確定：式確定： 00100%hhhh式中：式中： 壓下率；壓下率； h0試樣原始高度；試樣原始高度； hh試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條 裂紋時的裂紋時的 高度高度 對于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)對于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)換作為剪切變形（換作為剪切變形（ ） 。 030nrl式中：式中：r試樣工作段的半徑；試樣工作段的半徑； l0試樣工作段的長度；試樣工作段的長度； n試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。 在在平輥間軋制平輥間軋制楔

21、形試件，用楔形試件，用偏心軋輥軋制偏心軋輥軋制矩形矩形試樣，找出試樣上產(chǎn)生第一條可見裂紋時的臨界壓試樣，找出試樣上產(chǎn)生第一條可見裂紋時的臨界壓下量作為軋制過程的塑性指標(biāo)。下量作為軋制過程的塑性指標(biāo)。 l彈性變形彈性變形l均勻塑性變形均勻塑性變形l不均勻塑性變形不均勻塑性變形l斷裂斷裂l各階段變形的特點(diǎn)各階段變形的特點(diǎn)l彈塑性共存定律彈塑性共存定律l彈塑性共存定律的意義彈塑性共存定律的意義l彈塑性共存定律的概念：在塑性變形過程彈塑性共存定律的概念：在塑性變形過程中有彈性變形同時存在的現(xiàn)象。中有彈性變形同時存在的現(xiàn)象。l意義：意義： 1. 1. 對于工具對于工具 2. 2. 對于工件對于工件概念：

22、表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的概念：表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲線圖形，簡稱塑性圖。關(guān)系曲線圖形，簡稱塑性圖。應(yīng)用：合理選擇加工方法應(yīng)用：合理選擇加工方法 制定冷熱變形工藝制定冷熱變形工藝根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式（慢速、快速等）根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式（慢速、快速等）根據(jù)相圖確定合金的相組成根據(jù)相圖確定合金的相組成根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式（慢速、快速等）根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式（慢速、快速等）根據(jù)相圖確定合金的相組成根據(jù)相圖確定合金的相組成根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍根據(jù)力學(xué)性能要求確立根據(jù)力學(xué)性能要求

23、確立mb5mb5主要成分為：主要成分為： al 5. 5 7. 0%al 5. 5 7. 0%mn 0. 15 0. 5%mn 0. 15 0. 5%zn 0. 5 1. 5%.zn 0. 5 1. 5%.溫度 t t530530，為液相，為液相270270，為，為 兩相組兩相組織織270270 t t530530，為單，為單一的一的 相相慢速加工，溫度為慢速加工，溫度為350400350400時時, ,值和值和m m都有最大值，都有最大值，不論軋制或擠壓，都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加不論軋制或擠壓，都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加工。工。 鍛錘下加工，在鍛錘下加工，在350350左右有突

24、變，變形溫度應(yīng)選擇在左右有突變，變形溫度應(yīng)選擇在400450400450。 工件形狀比較復(fù)雜，變形時易發(fā)生應(yīng)力集中，應(yīng)根據(jù)工件形狀比較復(fù)雜，變形時易發(fā)生應(yīng)力集中，應(yīng)根據(jù)k k曲線來判定。從圖中可知，在相變點(diǎn)曲線來判定。從圖中可知，在相變點(diǎn)270270附近突然附近突然降低，因此，鍛造或沖壓時的工作溫度應(yīng)在降低，因此，鍛造或沖壓時的工作溫度應(yīng)在250250以下以下進(jìn)行為佳。進(jìn)行為佳。5.2.1 5.2.1 多晶體變形的特點(diǎn)多晶體變形的特點(diǎn) 5.2.2 5.2.2 多晶體的塑性變形機(jī)構(gòu)多晶體的塑性變形機(jī)構(gòu) 5.2.3 5.2.3 合金的塑性變形合金的塑性變形 5.2.4 5.2.4 變形機(jī)構(gòu)圖變形機(jī)

25、構(gòu)圖 1 1變形不均勻變形不均勻 1 1晶粒的轉(zhuǎn)動與移動晶粒的轉(zhuǎn)動與移動 該機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是一相晶體的原子迅速而飛躍式該機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是一相晶體的原子迅速而飛躍式的轉(zhuǎn)到另一相的晶體中去。的轉(zhuǎn)到另一相的晶體中去。 保證兩相有較大的相互溶解度外，還必須具備保證兩相有較大的相互溶解度外，還必須具備下列條件下列條件 : : （1 1）隨著溫度的變化或原有相晶體表面大小及）隨著溫度的變化或原有相晶體表面大小及曲率的變化，伴隨有最大的溶解度改變。曲率的變化，伴隨有最大的溶解度改變。 （2 2）變形時，應(yīng)具備足夠高的溫度條件。）變形時，應(yīng)具備足夠高的溫度條件。 非晶機(jī)構(gòu)是指在一定的變形溫度和速度條件下，非晶機(jī)構(gòu)是指

26、在一定的變形溫度和速度條件下，多晶體中的原子非同步的連續(xù)的在應(yīng)力場和熱激活的多晶體中的原子非同步的連續(xù)的在應(yīng)力場和熱激活的作用下，發(fā)生定向遷移的過程。作用下，發(fā)生定向遷移的過程。 1 1單相固溶體合金的變形單相固溶體合金的變形 2 2多相合金的變形多相合金的變形 單相固溶體的顯微組織與純金屬相似，因而其單相固溶體的顯微組織與純金屬相似，因而其變形情況也與之類同，但是在固溶體中由于溶質(zhì)原變形情況也與之類同，但是在固溶體中由于溶質(zhì)原子的存在，使其對塑性變形的抗力增加。固溶體的子的存在，使其對塑性變形的抗力增加。固溶體的強(qiáng)度、硬度一般都比其溶劑金屬高，而塑性、韌性強(qiáng)度、硬度一般都比其溶劑金屬高，而塑

27、性、韌性則有所降低，并具有較大的加工硬化率。則有所降低，并具有較大的加工硬化率。 多相合金中的第二相可以是純金屬、固溶多相合金中的第二相可以是純金屬、固溶體或化合物，其塑性變形不僅和基體相的性質(zhì)，體或化合物，其塑性變形不僅和基體相的性質(zhì)，而且和第二相（或更多相）的性質(zhì)及存在狀態(tài)而且和第二相（或更多相）的性質(zhì)及存在狀態(tài)有關(guān)。如第二相本身的強(qiáng)度、塑性、應(yīng)變硬化有關(guān)。如第二相本身的強(qiáng)度、塑性、應(yīng)變硬化性質(zhì)、尺寸大小、形狀、數(shù)量、分布狀態(tài)、兩性質(zhì)、尺寸大小、形狀、數(shù)量、分布狀態(tài)、兩相間的晶體學(xué)匹配、界面能、界面結(jié)合情況等相間的晶體學(xué)匹配、界面能、界面結(jié)合情況等等。等。 合金中第二相粒子的尺寸與基體晶粒

28、的尺寸合金中第二相粒子的尺寸與基體晶粒的尺寸如屬同一數(shù)量級，就稱為聚合型兩相合金。在聚如屬同一數(shù)量級，就稱為聚合型兩相合金。在聚合型兩相合金中，如果兩個相都具有塑性，則合合型兩相合金中，如果兩個相都具有塑性，則合金的變形情況決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)。即：金的變形情況決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)。即：2211ff2211ff 兩相合金中，如果第二相粒子十分細(xì)小，兩相合金中，如果第二相粒子十分細(xì)小，并且彌散地分布在基體晶粒內(nèi)，則稱為彌散分并且彌散地分布在基體晶粒內(nèi)，則稱為彌散分布型兩相合金。在這種情況下，第二相質(zhì)點(diǎn)可布型兩相合金。在這種情況下，第二相質(zhì)點(diǎn)可能使合金的強(qiáng)度顯著提高而對塑性和韌性的不能使合金的強(qiáng)度

29、顯著提高而對塑性和韌性的不利影響可減至最小程度。第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的利影響可減至最小程度。第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的形態(tài)存在而合金顯著強(qiáng)化的現(xiàn)象稱彌散強(qiáng)化。形態(tài)存在而合金顯著強(qiáng)化的現(xiàn)象稱彌散強(qiáng)化。 5.3.1 5.3.1 影響塑性的內(nèi)部因素影響塑性的內(nèi)部因素 5.3.2 5.3.2 影響金屬塑性的外部因素影響金屬塑性的外部因素 5.3.3 5.3.3 提高金屬塑性的主要途徑提高金屬塑性的主要途徑 1 1化學(xué)成分化學(xué)成分 （1 1）雜質(zhì)）雜質(zhì) （2 2）合金元素對塑性的影響）合金元素對塑性的影響 2 2組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu) 包括組元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。包括組元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。

30、圖圖5-135-13說明說明mg-al-znmg-al-zn系變形鎂合金中的鋁、鋅含系變形鎂合金中的鋁、鋅含量對塑性和強(qiáng)度有影響。由圖量對塑性和強(qiáng)度有影響。由圖5-13a5-13a可知，隨鋁含量的可知，隨鋁含量的增加，合金的塑性指標(biāo)（）逐漸降低，當(dāng)鋁含量超過增加，合金的塑性指標(biāo)（）逐漸降低，當(dāng)鋁含量超過12%12%時值幾乎降低到零，而圖時值幾乎降低到零，而圖5-13b5-13b表明，當(dāng)含約表明，當(dāng)含約5%5%以以下的鋅時，卻能使合金的塑性得到改善。下的鋅時，卻能使合金的塑性得到改善。 1.1.變形溫度變形溫度 金屬的塑性可能因為溫度的升高明而得到改善。金屬的塑性可能因為溫度的升高明而得到改善。

31、 2.2.變形速度變形速度 變形速度對塑性的影響比較復(fù)雜。當(dāng)變形速度不大時，變形速度對塑性的影響比較復(fù)雜。當(dāng)變形速度不大時，隨變形速度的提高塑性是降低的；而當(dāng)變形速度較大時，塑隨變形速度的提高塑性是降低的；而當(dāng)變形速度較大時，塑性隨變形速度的提高反而變好。性隨變形速度的提高反而變好。塑性變形速度，變形速度，1/秒秒鋁合金冷擠壓時因熱效應(yīng)所增加的溫度鋁合金冷擠壓時因熱效應(yīng)所增加的溫度3.3.變形程度變形程度 變形程度對塑性的影響，是同加工硬化及加工過程中伴變形程度對塑性的影響，是同加工硬化及加工過程中伴隨著塑性變形的發(fā)展而產(chǎn)生的裂紋傾向聯(lián)系在一起的。隨著塑性變形的發(fā)展而產(chǎn)生的裂紋傾向聯(lián)系在一起的

32、。 在熱變形過程中，變形程度與變形溫度在熱變形過程中，變形程度與變形溫度- -速度條件是相速度條件是相互聯(lián)系著的，當(dāng)加工硬化與裂紋胚芽的修復(fù)速度大于發(fā)生速互聯(lián)系著的，當(dāng)加工硬化與裂紋胚芽的修復(fù)速度大于發(fā)生速度時，可以說變形程度對塑性影響不大。度時，可以說變形程度對塑性影響不大。 對于冷變形而言，由于沒有上述的修復(fù)過程，一般都是對于冷變形而言，由于沒有上述的修復(fù)過程，一般都是隨著變形程度的增加而降低塑性。隨著變形程度的增加而降低塑性。4.4.應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 靜水壓力對提高金屬塑性的良好影響，可由下述原因靜水壓力對提高金屬塑性的良好影響，可由下述原因所造成：所造成：（1 1）體壓縮能遏止晶粒邊界

33、的相對移動，使晶間變形困難。）體壓縮能遏止晶粒邊界的相對移動，使晶間變形困難。 （2 2）體壓縮能促進(jìn)由于塑性變形和其它原因而破壞了晶內(nèi)）體壓縮能促進(jìn)由于塑性變形和其它原因而破壞了晶內(nèi)聯(lián)系的恢復(fù)。聯(lián)系的恢復(fù)。 （3 3）體壓縮能完全或局部地消除變形物體內(nèi)數(shù)量很小的某）體壓縮能完全或局部地消除變形物體內(nèi)數(shù)量很小的某些夾雜物甚至液相對塑性的不良影響。些夾雜物甚至液相對塑性的不良影響。 （4 4）體壓縮能完全抵償或者大大降低由于不均勻變形所引）體壓縮能完全抵償或者大大降低由于不均勻變形所引起的拉伸附加應(yīng)力，從而減輕了拉應(yīng)力的不良影響。起的拉伸附加應(yīng)力，從而減輕了拉應(yīng)力的不良影響。 （1 1）周圍介質(zhì)

34、和氣氛能使變形物體表面層溶解并與金）周圍介質(zhì)和氣氛能使變形物體表面層溶解并與金屬基體形成脆性相，因而使變形物體呈現(xiàn)脆性狀態(tài)。屬基體形成脆性相，因而使變形物體呈現(xiàn)脆性狀態(tài)。 （2 2）周圍介質(zhì)的作用能引起變形物體表面層的腐蝕以）周圍介質(zhì)的作用能引起變形物體表面層的腐蝕以及化學(xué)成分的改變，使塑性降低。及化學(xué)成分的改變，使塑性降低。 （3 3）有些介質(zhì)（如潤滑劑）吸附在變形金屬的表面上，）有些介質(zhì)（如潤滑劑）吸附在變形金屬的表面上，可使金屬塑性變形能力增加。可使金屬塑性變形能力增加。 提高塑性的主要途徑有以下幾個方面：提高塑性的主要途徑有以下幾個方面：(1)(1)控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料

35、的成分和組控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成分和組織的均勻性；織的均勻性；(2)(2)采用合適的變形溫度采用合適的變形溫度速度制度；速度制度；(3)(3)選用三向壓應(yīng)力較強(qiáng)的變形過程，減小變形的不均勻選用三向壓應(yīng)力較強(qiáng)的變形過程，減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；(4)(4)避免加熱和加工時周圍介質(zhì)的不良影響。避免加熱和加工時周圍介質(zhì)的不良影響。 5. 4. 1 超塑性的基本概念超塑性的基本概念 金屬材料在受到拉伸應(yīng)力時，顯示出很大的延伸金屬材料在受到拉伸應(yīng)力時，顯示出很大的延伸率而不產(chǎn)生縮頸與斷裂現(xiàn)象，把延伸率能超過率而不產(chǎn)生縮頸與斷裂現(xiàn)象，把延伸

36、率能超過100%100%的的材料統(tǒng)稱為材料統(tǒng)稱為“超塑性材料超塑性材料”，相應(yīng)地把延伸率超過，相應(yīng)地把延伸率超過100%100%的現(xiàn)象叫做的現(xiàn)象叫做“超塑性超塑性”。 金屬超塑性歸納為以下幾方面的特點(diǎn)：即大延伸、金屬超塑性歸納為以下幾方面的特點(diǎn)：即大延伸、無縮頸、小應(yīng)力、易成形。無縮頸、小應(yīng)力、易成形。 5. 4. 2 5. 4. 2 超塑性的分類超塑性的分類 按照超塑性實(shí)現(xiàn)的條件（組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)按照超塑性實(shí)現(xiàn)的條件（組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)等）可將超塑性分為以下幾類。等）可將超塑性分為以下幾類。 1 1恒溫超塑性或第一類超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特恒溫超塑性或第一類超塑性。根據(jù)材料的組織形

37、態(tài)特點(diǎn)也稱之為細(xì)晶超塑性。點(diǎn)也稱之為細(xì)晶超塑性。 特點(diǎn)是材料具有穩(wěn)定的超細(xì)等軸晶粒組織，在一特點(diǎn)是材料具有穩(wěn)定的超細(xì)等軸晶粒組織，在一定的溫度區(qū)間（定的溫度區(qū)間（t0.4tmt0.4tm）和一定的變形速度（）和一定的變形速度（10-10-410-1410-1分分-1-1）條件下出現(xiàn)超塑性。晶粒直徑多在）條件下出現(xiàn)超塑性。晶粒直徑多在5m5m以下。以下。 2 2相變超塑性或第二類超塑性，又稱為動態(tài)超塑性或變相變超塑性或第二類超塑性，又稱為動態(tài)超塑性或變態(tài)超塑性。態(tài)超塑性。 相變超塑性，并不要求材料具有超細(xì)晶粒組織，相變超塑性，并不要求材料具有超細(xì)晶粒組織，而是在一定的溫度和應(yīng)力條件下，經(jīng)過多次循

38、環(huán)相變而是在一定的溫度和應(yīng)力條件下，經(jīng)過多次循環(huán)相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變而獲得大延伸率。產(chǎn)生相變超塑性的或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變而獲得大延伸率。產(chǎn)生相變超塑性的必要條件，是材料應(yīng)具有固態(tài)相變的特性，并在外加必要條件，是材料應(yīng)具有固態(tài)相變的特性，并在外加載荷作用下，在相變溫度上下循環(huán)加熱與冷卻，誘發(fā)載荷作用下，在相變溫度上下循環(huán)加熱與冷卻，誘發(fā)產(chǎn)生反復(fù)的組織結(jié)構(gòu)變化，使金屬原子發(fā)生劇烈運(yùn)動產(chǎn)生反復(fù)的組織結(jié)構(gòu)變化，使金屬原子發(fā)生劇烈運(yùn)動而呈現(xiàn)出超塑性。而呈現(xiàn)出超塑性。 相變超塑性不要求微細(xì)等軸晶粒，這是有利的，相變超塑性不要求微細(xì)等軸晶粒，這是有利的，但要求變形溫度反復(fù)變化，給實(shí)際生產(chǎn)帶來困難，故但要求變形溫度反

39、復(fù)變化，給實(shí)際生產(chǎn)帶來困難，故使用上受到限制。使用上受到限制。 3 3其它超塑性或第三類超塑性。其它超塑性或第三類超塑性。 近年來發(fā)現(xiàn)，普通非超塑性材料在一定條件下快近年來發(fā)現(xiàn)，普通非超塑性材料在一定條件下快速變形時，也能顯示出超塑性。速變形時，也能顯示出超塑性。 有些材料在消除應(yīng)力退火過程中，在應(yīng)力作用下有些材料在消除應(yīng)力退火過程中，在應(yīng)力作用下也可以得到超塑性，也可以得到超塑性，al-5%sial-5%si及及al-4%cual-4%cu合金在溶解度合金在溶解度曲線上下施以循環(huán)加熱可以得到超塑性。此外，國外曲線上下施以循環(huán)加熱可以得到超塑性。此外，國外正在研究的還有升溫超塑性，異向超塑性等

40、。正在研究的還有升溫超塑性，異向超塑性等。 有人把上述的第二類及第三類超塑性統(tǒng)稱為動態(tài)有人把上述的第二類及第三類超塑性統(tǒng)稱為動態(tài)超塑性，或環(huán)境超塑性。超塑性，或環(huán)境超塑性。 5. 4. 3 5. 4. 3 細(xì)晶超塑性細(xì)晶超塑性 細(xì)晶超塑性又稱為組織超塑性，在試驗中已發(fā)現(xiàn)細(xì)晶超塑性又稱為組織超塑性，在試驗中已發(fā)現(xiàn)細(xì)晶超塑性有許多重要特征，歸納起來有以下幾個方細(xì)晶超塑性有許多重要特征，歸納起來有以下幾個方面的內(nèi)容。面的內(nèi)容。1 1變形力學(xué)特征變形力學(xué)特征 超塑性金屬由于沒有（或很小）加工硬化，在塑超塑性金屬由于沒有（或很?。┘庸び不?，在塑性變形開始后，有一段很長的均勻變形過程，最后達(dá)性變形開始后，

41、有一段很長的均勻變形過程，最后達(dá)到百分之幾或甚至幾千的高延伸率，其工程應(yīng)力到百分之幾或甚至幾千的高延伸率，其工程應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖應(yīng)變曲線如圖5-26a5-26a所示，當(dāng)應(yīng)力超過最大值后，隨著所示，當(dāng)應(yīng)力超過最大值后，隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力緩慢地連續(xù)下降。應(yīng)變的增加，應(yīng)力緩慢地連續(xù)下降。 2 2金屬組織特征金屬組織特征 到目前為止所發(fā)現(xiàn)的細(xì)晶超塑性材料，大部分是到目前為止所發(fā)現(xiàn)的細(xì)晶超塑性材料，大部分是共析和共晶合金，其顯微組織要求有極細(xì)的晶粒度、共析和共晶合金，其顯微組織要求有極細(xì)的晶粒度、等軸、雙相及穩(wěn)定的組織。要求雙相，是因為第二相等軸、雙相及穩(wěn)定的組織。要求雙相，是因為第二相能阻止母相晶粒長大，而母相也能阻止第二相的長大；能阻止母相晶粒長大，而母相也能阻止第二相的長大；要求穩(wěn)定，是指在變形過程中晶料長大的速度要慢，要求穩(wěn)定，是指在變形過程中晶料長大的速度要慢，以便有充分的熱變形持續(xù)時間；超塑性變形過程中，以便有充分的熱變形持續(xù)時間；超塑性變形過程中，晶界起著很重要的作用，要求晶粒的邊界比例大，并晶界起著很重要的作用，要求晶粒的邊界比例大，并且晶界要平坦，易于滑動，所以要求晶粒細(xì)小、等軸。且晶界要平坦，易于滑動，所以要求晶粒細(xì)小、等軸。在這些因素中，晶粒尺寸是主要的影響因素