金屬材料成形過程中的行為與性能變化

1、 退出退出 零件常用的成形方法：零件常用的成形方法： 鑄鑄 件件整體凝固成形。整體凝固成形。 焊焊 件件局部熔化（凝固）連接成形。局部熔化（凝固）連接成形。 其它件其它件塑性成形（包括切削成形），塑性成形（包括切削成形）， 如鍛件、沖壓件及機(jī)制件。如鍛件、沖壓件及機(jī)制件。 成形過程中材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)有變化成形過程中材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)有變化材料行材料行 為、性能變化。為、性能變化。晶體液體液體結(jié)晶結(jié)晶結(jié)晶： 液體液體 - - 晶體晶體凝固： 液體液體 - - 固體（晶體固體（晶體 或或 非晶體）非晶體） 液態(tài)金屬實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。液態(tài)金屬實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。 T1

2、 體心立方（體心立方（Fe、Cr） 密排六方（密排六方（Zn、Mg）。）。 現(xiàn)象現(xiàn)象2： 塑性變形過程中（如拉伸、彎曲），強(qiáng)度變大、塑性變形過程中（如拉伸、彎曲），強(qiáng)度變大、塑性變小。塑性變小。 難以繼續(xù)變形，需退火軟化；強(qiáng)化手段之一難以繼續(xù)變形，需退火軟化；強(qiáng)化手段之一; 抵抗局部過載；許多冷成型加工的保證。抵抗局部過載；許多冷成型加工的保證。 冷塑變后金屬處于上述不穩(wěn)定狀態(tài)冷塑變后金屬處于上述不穩(wěn)定狀態(tài)（加熱后）向（加熱后）向 穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。 T 不高時(shí)，原子短程擴(kuò)散回到平衡位置，畸變不高時(shí)，原子短程擴(kuò)散回到平衡位置，畸變， 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力，理化性能恢復(fù)。，理化性能恢復(fù)。

3、通過形核與長(zhǎng)大通過形核與長(zhǎng)大無畸變的等軸晶，強(qiáng)度無畸變的等軸晶，強(qiáng)度塑性塑性 （加工硬化消除），組織與力性完全恢復(fù)。（加工硬化消除），組織與力性完全恢復(fù)。 T晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大粗等軸晶粗等軸晶性能性能 溫度、時(shí)間與變形程度（自學(xué)）溫度、時(shí)間與變形程度（自學(xué)） 熱塑性變形加工（熱塑性變形加工（hot working） 目的：目的：一是成形；二是改善材料組織與性能。一是成形；二是改善材料組織與性能。 熱塑性變形加工對(duì)材料的具體影響：熱塑性變形加工對(duì)材料的具體影響： 致密（焊合氣孔、疏松），偏析致密（焊合氣孔、疏松），偏析，粗晶細(xì)化等，使性，粗晶細(xì)化等，使性 能能。 夾雜物等沿受力方向排列呈纖維狀?yuàn)A雜

4、物等沿受力方向排列呈纖維狀性能各向異性，對(duì)性能各向異性，對(duì)使用有重要影響。使用有重要影響。 本章例題本章例題 例題例題1 鎢在鎢在1000變形加工，錫在室溫下變形加工，變形加工，錫在室溫下變形加工， 說明是熱加工還是冷加工（說明是熱加工還是冷加工（TmW_3399，TmSn_232）？）？ 分析思路分析思路： 從材料學(xué)的觀點(diǎn)來看，熱加工與冷加工的主從材料學(xué)的觀點(diǎn)來看，熱加工與冷加工的主 要區(qū)別在于塑性變形溫度是在再結(jié)晶溫度之上，還是在要區(qū)別在于塑性變形溫度是在再結(jié)晶溫度之上，還是在之下。凡是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形之下。凡是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形熱加熱加工；反之，在再結(jié)晶溫度以下

5、進(jìn)行的塑性變形工；反之，在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形冷加冷加工。大量實(shí)驗(yàn)證明，純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)工。大量實(shí)驗(yàn)證明，純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間存在以下關(guān)系：之間存在以下關(guān)系：T再再0.4T熔（用絕對(duì)溫度表示）。熔（用絕對(duì)溫度表示）。此題稍加計(jì)算，便可知曉。此題稍加計(jì)算，便可知曉。 例題例題2 如果其它條件相同，試比較在下列條件下所得如果其它條件相同，試比較在下列條件下所得 鑄件晶粒的大??；鑄件晶粒的大??； 金屬模澆注與砂模澆注；金屬模澆注與砂模澆注； 高溫澆注與低溫澆注；高溫澆注與低溫澆注； 鑄成薄壁件與鑄成厚壁件；鑄成薄壁件與鑄成厚壁件； 澆注時(shí)采用振動(dòng)與不采用振動(dòng)；澆注

6、時(shí)采用振動(dòng)與不采用振動(dòng)； 厚大鑄件的表面部分與中心部分。厚大鑄件的表面部分與中心部分。 分析思路分析思路：在常溫下使用的金屬材料，一般晶粒越在常溫下使用的金屬材料，一般晶粒越細(xì)越好。鑄件晶粒大小的比較要注意觀察其結(jié)晶條細(xì)越好。鑄件晶粒大小的比較要注意觀察其結(jié)晶條件。此題要求對(duì)控制晶粒大小的因素及措施、鑄錠件。此題要求對(duì)控制晶粒大小的因素及措施、鑄錠組織的形成規(guī)律方面的知識(shí)有綜合的掌握。組織的形成規(guī)律方面的知識(shí)有綜合的掌握。 例題例題3 某廠用冷拔鋼絲繩直接吊運(yùn)加熱至某廠用冷拔鋼絲繩直接吊運(yùn)加熱至1100的破碎機(jī)顎板，吊至中途鋼繩突然斷裂。此鋼繩是新的的破碎機(jī)顎板，吊至中途鋼繩突然斷裂。此鋼繩是

7、新的，事前經(jīng)過檢查，并無疵病。試分析鋼繩斷裂的原因。，事前經(jīng)過檢查，并無疵病。試分析鋼繩斷裂的原因。 分析思路分析思路：考慮兩點(diǎn)?？紤]兩點(diǎn)。 a）冷拔鋼絲繩使用前處于加工硬化狀態(tài)。）冷拔鋼絲繩使用前處于加工硬化狀態(tài)。 b）直接吊運(yùn)加熱至）直接吊運(yùn)加熱至1100的破碎機(jī)顎板（其質(zhì)量很大），的破碎機(jī)顎板（其質(zhì)量很大），使鋼絲繩被加熱，隨鋼絲繩溫度的升高，必然發(fā)生回使鋼絲繩被加熱，隨鋼絲繩溫度的升高，必然發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶過程，那么加工硬化現(xiàn)象消失，強(qiáng)度、硬復(fù)、再結(jié)晶過程，那么加工硬化現(xiàn)象消失，強(qiáng)度、硬度大大下降度大大下降.而破碎機(jī)顎板重而大，所以致使鋼絲繩發(fā)而破碎機(jī)顎板重而大，所以致使鋼絲繩發(fā)生過量

8、塑性變形而斷裂。生過量塑性變形而斷裂。 例題例題4 觀察下列圖，分別指出哪個(gè)吊鉤和曲軸的流觀察下列圖，分別指出哪個(gè)吊鉤和曲軸的流線分布更合理。為什么？線分布更合理。為什么？ 圖圖1 吊鉤中的流線分布吊鉤中的流線分布 圖圖2 曲軸中的流線分布曲軸中的流線分布 （a） (b) （a） (b) 分析思路分析思路：熱加工時(shí)鑄態(tài)金屬中的枝晶、各種夾雜物沿變形方向熱加工時(shí)鑄態(tài)金屬中的枝晶、各種夾雜物沿變形方向延伸與分布，排列成纖維狀，引起材料力學(xué)性能各向異性。因此延伸與分布，排列成纖維狀，引起材料力學(xué)性能各向異性。因此用熱加工方法制造工件時(shí)，要使流線方向與工件工作時(shí)所受最大用熱加工方法制造工件時(shí)，要使流線

9、方向與工件工作時(shí)所受最大拉應(yīng)力一致，且與剪切力與沖擊力相垂直，這樣工件不易斷裂。拉應(yīng)力一致，且與剪切力與沖擊力相垂直，這樣工件不易斷裂。一般，如流線沿工件外形輪廓分布（不中斷），則較為理想。一般，如流線沿工件外形輪廓分布（不中斷），則較為理想。 本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：成形成形、變化變化 材料從液態(tài)材料從液態(tài)固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為凝固凝固（固化），如果凝固后為（固化），如果凝固后為晶態(tài)即為晶態(tài)即為結(jié)晶結(jié)晶。過冷度過冷度是金屬結(jié)晶的必要條件。是金屬結(jié)晶的必要條件。 晶體的形成：晶體的形成：形核形核和和長(zhǎng)大長(zhǎng)大兩個(gè)過程，兩個(gè)過程， 金屬結(jié)晶時(shí)一般是金屬結(jié)晶時(shí)一般是非自發(fā)形核非

10、自發(fā)形核，晶核呈，晶核呈樹枝狀長(zhǎng)大樹枝狀長(zhǎng)大。 通過增大過冷度、加入形核劑和攪拌、振動(dòng)等機(jī)械方法可以控通過增大過冷度、加入形核劑和攪拌、振動(dòng)等機(jī)械方法可以控制形核率和長(zhǎng)大速率，控制晶粒的大小，實(shí)現(xiàn)制形核率和長(zhǎng)大速率，控制晶粒的大小，實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒的效果的效果了解結(jié)晶的基本規(guī)律，對(duì)分析諸如鑄造和焊接等成形過程中材了解結(jié)晶的基本規(guī)律，對(duì)分析諸如鑄造和焊接等成形過程中材料的行為與性能變化規(guī)律很有意義。料的行為與性能變化規(guī)律很有意義。 如分析如分析金屬鑄錠組織金屬鑄錠組織：由外至里由：由外至里由細(xì)等軸晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中細(xì)等軸晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)心等軸晶區(qū)共三個(gè)晶區(qū)組成。共三個(gè)晶區(qū)組成。

11、塑性變形是材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的一種行為，不僅改塑性變形是材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的一種行為，不僅改變材料的外形和尺寸，而且使其內(nèi)部的組織、結(jié)構(gòu)及性能發(fā)生變材料的外形和尺寸，而且使其內(nèi)部的組織、結(jié)構(gòu)及性能發(fā)生了一系列的變化。了一系列的變化。 最重要的就是冷變形時(shí)的最重要的就是冷變形時(shí)的加工硬化加工硬化（形變強(qiáng)化）和隨后加熱時(shí)（形變強(qiáng)化）和隨后加熱時(shí)的的回復(fù)，再結(jié)晶回復(fù)，再結(jié)晶現(xiàn)象。現(xiàn)象。 熱塑性加工可改善鑄態(tài)組織、形成熱塑性加工可改善鑄態(tài)組織、形成流線組織流線組織，提高材料的力學(xué)，提高材料的力學(xué)性能。性能。 討論冷、熱塑性變形給材料帶來的行為與性能的變化規(guī)律為制討論冷、熱塑性變形給材料

12、帶來的行為與性能的變化規(guī)律為制定合理的冷、熱加工提供正確依據(jù)，也為探討材料在外力作用定合理的冷、熱加工提供正確依據(jù)，也為探討材料在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能，如強(qiáng)度、塑性等的本質(zhì)，強(qiáng)化材料等都下所表現(xiàn)出來的性能，如強(qiáng)度、塑性等的本質(zhì)，強(qiáng)化材料等都具有重大的理論與實(shí)際意義。具有重大的理論與實(shí)際意義。 高分子材料三種物理狀態(tài)：高分子材料三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)，有助于，有助于對(duì)高分子材料本性和使用狀態(tài)特征的了解。對(duì)高分子材料本性和使用狀態(tài)特征的了解。 本章作業(yè)本章作業(yè)：3、4、6、7、8； 進(jìn)一步閱讀材料進(jìn)一步閱讀材料：陶瓷的成型（自學(xué)）：陶瓷的成型（自學(xué)） 返返 回回圖圖3-2 純金屬結(jié)晶過程示意圖純金屬結(jié)晶過程示意圖金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶