金屬塑性成形原理第一次課

1、主講：倪成員衢州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 1 金屬塑性成形 2 金屬塑性成形方法 3 塑性加工理論的發(fā)展概況 4 本課程的任務(wù) 5 金屬材料加工的主要方向臥式擠壓機(jī)臥式擠壓機(jī)25 m(c)ND/001幾個基本概念幾個基本概念彈性、塑性變形的力學(xué)特征彈性、塑性變形的力學(xué)特征彈性彈性(Elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性。塑性塑性(Plasticity)：固體金屬在外力作用下能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力 屈服屈服(Yielding)：開始產(chǎn)生塑性變形的臨界狀態(tài)損傷損傷(Damage)：材料內(nèi)部缺陷產(chǎn)生及發(fā)展的過程斷裂斷裂(Fracture)：宏觀裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展到變形體破斷的

2、過程 變形方式變形方式彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形可逆性可逆性可逆可逆不可逆不可逆 - - 關(guān)系關(guān)系線性線性非線性非線性與加載路徑的關(guān)系與加載路徑的關(guān)系無關(guān)無關(guān)有關(guān)有關(guān)對組織和性能的影響對組織和性能的影響無影響無影響影響大影響大變形機(jī)理變形機(jī)理原子間距的變化原子間距的變化位錯運(yùn)動為主位錯運(yùn)動為主彈塑性共存彈塑性共存 整體變形中包含彈性變形和塑性變形；整體變形中包含彈性變形和塑性變形；塑性變形的發(fā)生必先經(jīng)歷彈性變形。塑性變形的發(fā)生必先經(jīng)歷彈性變形。金屬冷變形時可以產(chǎn)生加工硬化（強(qiáng)度、硬度增加，塑金屬冷變形時可以產(chǎn)生加工硬化（強(qiáng)度、硬度增加，塑性降低）。性降低）。金屬塑性變形時，可以使晶粒得到

3、細(xì)化（冷變形使晶粒金屬塑性變形時，可以使晶粒得到細(xì)化（冷變形使晶粒破碎，熱變形使晶粒動態(tài)再結(jié)晶）破碎，熱變形使晶粒動態(tài)再結(jié)晶）塑性變形可以使位錯密度增加。塑性變形可以使位錯密度增加。金屬塑性變形時，可以產(chǎn)生變形織構(gòu)。金屬塑性變形時，可以產(chǎn)生變形織構(gòu)。1 金屬的塑性 2 金屬多晶體塑性變形的主要機(jī)制 3 影響金屬塑性的因素 4 金屬的超塑性1. 1 1. 1 塑性的基本概念塑性的基本概念 1. 2 1. 2 塑性指標(biāo)及其測量方法塑性指標(biāo)及其測量方法 1. 3 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

4、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。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)量概概 念：念： 金屬在破壞前產(chǎn)生的最大金屬在破壞前產(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（

5、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(yàn)法拉伸試驗(yàn)法壓縮試驗(yàn)法壓縮試驗(yàn)法扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法軋制模擬試驗(yàn)法軋制模擬試驗(yàn)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 簡單加載條件下，壓縮試驗(yàn)法測定的塑性指標(biāo)用下簡單加載條件下，壓縮試驗(yàn)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

6、；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)。

7、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概念：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

8、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

9、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)

10、行為佳。2.1 2.1 多晶體變形的特點(diǎn)多晶體變形的特點(diǎn) 2.2 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) 2.3 2.3 合金的塑性變形合金的塑性變形 2.4 2.4 變形機(jī)構(gòu)圖變形機(jī)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，

11、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

12、，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

13、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

14、晶粒內(nèi)，則稱為并且彌散地分布在基體晶粒內(nèi)，則稱為彌散分彌散分布型兩相合金布型兩相合金。在這種情況下，第二相質(zhì)點(diǎn)可。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。 3.1 3.1 影響塑性的內(nèi)部因素影響塑性的內(nèi)部因素 3.2 3.2 影響金屬塑性的外部因素影響金屬塑性的外部因素 3.3 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)）

15、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、晶界的特征包括組元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。等。 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

16、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?yàn)闇囟鹊纳呙鞫玫礁纳?。金屬的塑性可能因?yàn)闇囟鹊纳呙鞫玫礁纳啤?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

17、，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。 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

18、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

19、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)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，

20、可使金屬塑性變形能力增加?？墒菇饘偎苄宰冃文芰υ黾?。 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。 4. 1 超塑性的基本概念超塑性的基

21、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。 4. 2 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)

22、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

23、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

24、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

25、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。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。 4. 3 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(yàn)中已發(fā)現(xiàn)細(xì)晶超塑性又稱為組織超塑性，在試驗(yàn)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

26、性金屬由于沒有（或很?。┘庸び不?，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，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

27、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?yàn)榈诙嗟容S、雙相及穩(wěn)定的組織。要求雙相，是因?yàn)榈诙嗄茏柚鼓赶嗑ЯｉL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

28、因素中，晶粒尺寸是主要的影響因素。一般認(rèn)在這些因素中，晶粒尺寸是主要的影響因素。一般認(rèn)為直徑大于為直徑大于10m10m的晶粒組織是難于實(shí)現(xiàn)超塑性的。的晶粒組織是難于實(shí)現(xiàn)超塑性的。 4. 4 4. 4 細(xì)晶超塑性變形的機(jī)理細(xì)晶超塑性變形的機(jī)理 1 1擴(kuò)散蠕變理論擴(kuò)散蠕變理論 19731973年年M. F. AshbyM. F. Ashby和和R. A. VerrallR. A. Verrall提出了一個由提出了一個由晶內(nèi)晶內(nèi)- -晶界擴(kuò)散蠕變過程共同調(diào)節(jié)的晶界滑動模型。晶界擴(kuò)散蠕變過程共同調(diào)節(jié)的晶界滑動模型。 擴(kuò)散蠕變理論應(yīng)用于超塑性變形時，有兩種現(xiàn)象不擴(kuò)散蠕變理論應(yīng)用于超塑性變形時，有兩種現(xiàn)象

29、不能解釋：能解釋：1 1）在蠕變變形中，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，）在蠕變變形中，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，m=1m=1，而在超塑性變形中，而在超塑性變形中，m m值總是處于值總是處于0.50.80.50.8之間。之間。2 2）在蠕）在蠕變變形中，晶粒沿著外力方向被拉長，但在超塑性變形變變形中，晶粒沿著外力方向被拉長，但在超塑性變形中，晶粒仍保持等軸狀。因此，經(jīng)典的擴(kuò)散蠕變理論不中，晶粒仍保持等軸狀。因此，經(jīng)典的擴(kuò)散蠕變理論不能完全說明超塑性變形時的基本物理過程，也解釋不了能完全說明超塑性變形時的基本物理過程，也解釋不了它的主要力學(xué)特征。所以該理論能否作為超塑性變形的它的主要力學(xué)特征。所以該理論能否作為超塑性

30、變形的一個主要機(jī)理，還不十分清楚。一個主要機(jī)理，還不十分清楚。 2 2晶界滑動理論晶界滑動理論 超細(xì)晶粒材料的晶界有異乎尋常大的總面積，因超細(xì)晶粒材料的晶界有異乎尋常大的總面積，因此晶界運(yùn)動在超塑性變形中起著極其重要的作用。晶此晶界運(yùn)動在超塑性變形中起著極其重要的作用。晶界運(yùn)動分為滑動和移動兩種，前者為晶粒沿晶界的滑界運(yùn)動分為滑動和移動兩種，前者為晶粒沿晶界的滑移，后者為相鄰晶粒間沿晶界產(chǎn)生的遷移。移，后者為相鄰晶粒間沿晶界產(chǎn)生的遷移。 在研究超塑性變形機(jī)理的過程中，曾提出了許多在研究超塑性變形機(jī)理的過程中，曾提出了許多晶界滑動的理論模型。晶界滑動的理論模型。 3 3動態(tài)再結(jié)晶理論動態(tài)再結(jié)晶理

31、論 晶界移動（遷移）與再結(jié)晶現(xiàn)象密切相關(guān)，這種晶界移動（遷移）與再結(jié)晶現(xiàn)象密切相關(guān)，這種再結(jié)晶可使內(nèi)部有畸變的晶粒變?yōu)闊o畸變的晶粒，從再結(jié)晶可使內(nèi)部有畸變的晶粒變?yōu)闊o畸變的晶粒，從而消除其預(yù)先存在的應(yīng)變硬化。在高溫變形時，這種而消除其預(yù)先存在的應(yīng)變硬化。在高溫變形時，這種再結(jié)晶過程是一個動態(tài)的、連續(xù)的恢復(fù)過程，即一方再結(jié)晶過程是一個動態(tài)的、連續(xù)的恢復(fù)過程，即一方面產(chǎn)生應(yīng)變硬化，一面產(chǎn)生再結(jié)晶恢復(fù)（軟化）。如面產(chǎn)生應(yīng)變硬化，一面產(chǎn)生再結(jié)晶恢復(fù)（軟化）。如果這種過程在變形中能繼續(xù)下去，好象變形的同時又果這種過程在變形中能繼續(xù)下去，好象變形的同時又有退火，就會促使物質(zhì)的超塑性。有退火，就會促使物質(zhì)的

32、超塑性。 1 1幾種典型超塑性合金的制備幾種典型超塑性合金的制備 （1 1）Z n-22%AlZ n-22%Al合金的制備及超塑性獲得的方法合金的制備及超塑性獲得的方法 （2 2）Al-Zn-MgAl-Zn-Mg系合金系合金 2 2超塑性的應(yīng)用超塑性的應(yīng)用 （1 1）真空成形法）真空成形法 （2 2）氣壓成形）氣壓成形 （3 3）超塑性模鍛和擠壓）超塑性模鍛和擠壓 （4 4）無模拉拔）無模拉拔 1 1何謂金屬的塑性？塑性高低如何度量？有哪些常用測何謂金屬的塑性？塑性高低如何度量？有哪些常用測定方法？定方法？2 2多晶體金屬塑性變形的主要特點(diǎn)和主機(jī)制有哪些？多晶體金屬塑性變形的主要特點(diǎn)和主機(jī)制有

33、哪些？3 3改善金屬材料的工藝塑性有哪些途徑？怎樣才能獲得改善金屬材料的工藝塑性有哪些途徑？怎樣才能獲得金屬材料的超塑性？金屬材料的超塑性？4 4何謂超塑性？超塑性變形的基本特點(diǎn)有哪些？何謂超塑性？超塑性變形的基本特點(diǎn)有哪些？5 5細(xì)晶超塑性產(chǎn)生的基本條件是什么？它有何重要變形細(xì)晶超塑性產(chǎn)生的基本條件是什么？它有何重要變形力學(xué)和組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？力學(xué)和組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？6 6細(xì)晶超塑性的主要機(jī)制是什么？細(xì)晶超塑性的主要機(jī)制是什么？7 7m m值的物理意義是什么？值的物理意義是什么？3.1 3.1 塑性加工中金屬的組織與性能塑性加工中金屬的組織與性能 3.2 3.2 金屬塑性變形的溫度金屬塑性變形的溫度

34、速度效應(yīng)速度效應(yīng) 3.3 3.3 形變熱處理形變熱處理1. 1 1. 1 冷變形冷變形 1. 2 1. 2 熱變形熱變形 1. 3 1. 3 塑性變形對固態(tài)相變的影響塑性變形對固態(tài)相變的影響 1 1冷變形的概念冷變形的概念 2 2冷變形時金屬顯微組織的變化冷變形時金屬顯微組織的變化 3 3冷變形時金屬性能的變化冷變形時金屬性能的變化 變形溫度低于回復(fù)溫度，在變形中只有加工硬化作用變形溫度低于回復(fù)溫度，在變形中只有加工硬化作用而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，通常把這種變形稱為冷變形或冷而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，通常把這種變形稱為冷變形或冷加工。冷變形時金屬的變形抗力較高，且隨著所承受的變加工。冷變形時金屬的變

35、形抗力較高，且隨著所承受的變形程度的增加而持續(xù)上升，金屬的塑性則隨著變形程度的形程度的增加而持續(xù)上升，金屬的塑性則隨著變形程度的增加而逐漸下降，表現(xiàn)出明顯的硬化現(xiàn)象。增加而逐漸下降，表現(xiàn)出明顯的硬化現(xiàn)象。 抗力 塑性 冷加工率 變形抗力與塑性 （1 1）纖維組織）纖維組織 多晶體金屬經(jīng)冷變形后，原來等軸的晶粒沿著主變多晶體金屬經(jīng)冷變形后，原來等軸的晶粒沿著主變形的方向被拉長。變形量越大，拉長的越顯著。當(dāng)變形的方向被拉長。變形量越大，拉長的越顯著。當(dāng)變形量很大時，各個晶粒已不能很清楚地辨別開來，呈形量很大時，各個晶粒已不能很清楚地辨別開來，呈現(xiàn)纖維狀，故稱現(xiàn)纖維狀，故稱纖維組織纖維組織。被拉長的

36、程度取決于主變。被拉長的程度取決于主變形圖和變形程度。形圖和變形程度。 （2 2）亞結(jié)構(gòu)）亞結(jié)構(gòu) 隨著冷變形的進(jìn)行，位錯密度迅速提高。經(jīng)強(qiáng)烈冷變形后，隨著冷變形的進(jìn)行，位錯密度迅速提高。經(jīng)強(qiáng)烈冷變形后，可由原來退火狀態(tài)的可由原來退火狀態(tài)的10106 610107 7/cm/cm2 2增至增至1010111110101212/cm/cm2 2。經(jīng)透射電。經(jīng)透射電子顯微鏡觀察，這些位錯在變形晶粒中的分布是很不均勻的。子顯微鏡觀察，這些位錯在變形晶粒中的分布是很不均勻的。只有在變形量比較小或者在層錯能低的金屬中，由于位錯難只有在變形量比較小或者在層錯能低的金屬中，由于位錯難以產(chǎn)生交滑移和攀移，在位錯

37、可動性差的情況下，位錯的分以產(chǎn)生交滑移和攀移，在位錯可動性差的情況下，位錯的分布才是比較分散和比較均勻的。在變形量大而且層錯能較高布才是比較分散和比較均勻的。在變形量大而且層錯能較高的金屬中，位錯的分布是很不均勻的。紛亂的位錯糾結(jié)起來，的金屬中，位錯的分布是很不均勻的。紛亂的位錯糾結(jié)起來，形成位錯纏結(jié)的高位錯密度區(qū)（約比平均位錯密度高五倍），形成位錯纏結(jié)的高位錯密度區(qū)（約比平均位錯密度高五倍），將位錯密度低的部分分隔開來，好像在一個晶粒的內(nèi)部又出將位錯密度低的部分分隔開來，好像在一個晶粒的內(nèi)部又出現(xiàn)許多現(xiàn)許多“小晶粒小晶?！彼频模皇撬鼈兊娜∠虿畈淮螅◣锥鹊綆姿频?，只是它們的取向差不大（幾度到

38、幾分），這種結(jié)構(gòu)稱為分），這種結(jié)構(gòu)稱為亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)。 （3 3）變形織構(gòu)）變形織構(gòu) 多晶體塑性變形時，各個晶?；频耐瑫r，也伴隨著晶多晶體塑性變形時，各個晶?；频耐瑫r，也伴隨著晶體取向相對于外力有規(guī)律的轉(zhuǎn)動，使取向大體趨于一致叫做體取向相對于外力有規(guī)律的轉(zhuǎn)動，使取向大體趨于一致叫做“擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向”。具有擇優(yōu)取向的物體，其組織稱為。具有擇優(yōu)取向的物體，其組織稱為“變形織變形織構(gòu)構(gòu)”。 金屬及合金經(jīng)過擠壓、拉拔、鍛造和軋制以后，都會金屬及合金經(jīng)過擠壓、拉拔、鍛造和軋制以后，都會產(chǎn)生產(chǎn)生變形織構(gòu)變形織構(gòu)。塑性加工方式不同，可出現(xiàn)不同類型的織構(gòu)。塑性加工方式不同，可出現(xiàn)不同類型的織構(gòu)。通常，變形

39、織構(gòu)可分為通常，變形織構(gòu)可分為絲織構(gòu)絲織構(gòu)和和板織構(gòu)板織構(gòu)。 （4 4）晶內(nèi)及晶間的破壞）晶內(nèi)及晶間的破壞 在冷變形過程中不發(fā)生軟化過程的愈合作用，在冷變形過程中不發(fā)生軟化過程的愈合作用，因因滑移滑移（位錯的運(yùn)動及其受阻、雙滑移、交叉滑移（位錯的運(yùn)動及其受阻、雙滑移、交叉滑移等），雙晶等過程的復(fù)雜作用以及各晶粒所產(chǎn)生的相等），雙晶等過程的復(fù)雜作用以及各晶粒所產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動與移動，造成了在對轉(zhuǎn)動與移動，造成了在晶粒內(nèi)部及晶粒間界處出現(xiàn)晶粒內(nèi)部及晶粒間界處出現(xiàn)一些顯微裂紋、空洞等缺陷一些顯微裂紋、空洞等缺陷使金屬密度減少，是造成使金屬密度減少，是造成金屬顯微裂紋的金屬顯微裂紋的根源根源。 （1 1

40、）物化性能）物化性能a. a. 密度密度金屬經(jīng)冷變形后，晶內(nèi)及晶冷變形后密度降至金屬經(jīng)冷變形后，晶內(nèi)及晶冷變形后密度降至8. 8868. 886克克/ /厘米厘米3 3。相應(yīng)的銅的密度是由。相應(yīng)的銅的密度是由8. 9058. 905克克/ /厘米厘米3 3，降至，降至8. 898. 89克克/ /厘米厘米3 3。 8.92 8.91 8.90 8.89 8.88 8.87 20 40 60 80 100 1 2 密度，克/厘米3 b. b. 電阻電阻晶間物質(zhì)的破壞使晶粒直接接觸、晶粒位向有序化、晶間物質(zhì)的破壞使晶粒直接接觸、晶粒位向有序化、間出現(xiàn)了顯微裂紋、裂口、空洞等缺陷致使間出現(xiàn)了顯微裂紋

41、、裂口、空洞等缺陷致使金屬的導(dǎo)金屬的導(dǎo)電性降低電性降低，如圖，如圖6-66-6所示。所示。c. c. 化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 冷變形后，金屬的殘余應(yīng)力和內(nèi)能增加，從而使化學(xué)冷變形后，金屬的殘余應(yīng)力和內(nèi)能增加，從而使化學(xué)不穩(wěn)定性增加，耐蝕性能降低。不穩(wěn)定性增加，耐蝕性能降低。 除此之外，冷變形還可能改變磁性。如鋅和銅，冷變除此之外，冷變形還可能改變磁性。如鋅和銅，冷變形后可減少其抗磁性。高度冷加工后，形后可減少其抗磁性。高度冷加工后，銅可以變?yōu)轫樸~可以變?yōu)轫槾判缘慕饘俅判缘慕饘?，對順磁性金屬冷變形會降低磁化敏感性，對順磁性金屬冷變形會降低磁化敏感性等等。等等?（2 2）力學(xué)性能）力學(xué)性能 由于發(fā)

42、生了晶內(nèi)及晶間破壞，晶格產(chǎn)生了畸變由于發(fā)生了晶內(nèi)及晶間破壞，晶格產(chǎn)生了畸變以及出現(xiàn)以及出現(xiàn)第二、三類殘余應(yīng)力第二、三類殘余應(yīng)力等，故經(jīng)受冷變等，故經(jīng)受冷變形后的金屬及合金，其塑性指標(biāo)隨所承受的變形后的金屬及合金，其塑性指標(biāo)隨所承受的變形程度的增加而下降，在極限情況下可達(dá)到接形程度的增加而下降，在極限情況下可達(dá)到接近于完全脆性的狀態(tài)。另外，由于晶格畸變、近于完全脆性的狀態(tài)。另外，由于晶格畸變、晶粒的長大、細(xì)化以及出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)等，金屬的晶粒的長大、細(xì)化以及出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)等，金屬的抗力指標(biāo)則隨變形程度的增加而提高。金屬力抗力指標(biāo)則隨變形程度的增加而提高。金屬力學(xué)性能與變形程度的曲線稱硬化曲線。學(xué)性能與變形

43、程度的曲線稱硬化曲線。 200 150 100 50 100 200 300 400 500 -196 室溫 真應(yīng)變% 15 10 5 20 15 10 5 0 10 20 30 40 畸變能 畸變能占總 功能分?jǐn)?shù) 畸變能分?jǐn)?shù)，% 圖6-8 Au-Ag合金拉拔加工時的儲存能 圖6-9 純銅冷加工后畸變能及畸變能 虛線測量值；實(shí)線計(jì)算值 分?jǐn)?shù)隨變形量的變化關(guān)系 （3 3）織構(gòu)與各向異性）織構(gòu)與各向異性 金屬材料經(jīng)塑性變形以后，在不同加工方式下，會出金屬材料經(jīng)塑性變形以后，在不同加工方式下，會出現(xiàn)不同類型的織構(gòu)。由于織構(gòu)的存在而使金屬呈現(xiàn)各現(xiàn)不同類型的織構(gòu)。由于織構(gòu)的存在而使金屬呈現(xiàn)各向異性。向異

44、性。 105MPa 軋冷橫0.8 0.8 1.6 1.2 0.4 0.4 1.2 1.6 再結(jié)晶 （a） （b） 冷軋和再結(jié)晶銅片的彈性模量值冷軋和再結(jié)晶銅片的彈性模量值 深沖件上的制耳深沖件上的制耳 1 1熱變形的概念熱變形的概念 2 2熱變形對金屬組織性能的影響熱變形對金屬組織性能的影響 3 3熱變形過程中的回復(fù)與再結(jié)晶熱變形過程中的回復(fù)與再結(jié)晶 所謂熱變形（又稱熱加工）是指變形金屬在完全所謂熱變形（又稱熱加工）是指變形金屬在完全再結(jié)晶條件下進(jìn)行的塑性變形。一般在熱變形時金屬再結(jié)晶條件下進(jìn)行的塑性變形。一般在熱變形時金屬所處溫度范圍是其熔點(diǎn)絕對溫度的所處溫度范圍是其熔點(diǎn)絕對溫度的0. 75

45、0. 950. 750. 95倍，在倍，在變形過程中，同時產(chǎn)生軟化與硬化，且軟化進(jìn)行的很變形過程中，同時產(chǎn)生軟化與硬化，且軟化進(jìn)行的很充分，變形后的產(chǎn)品無硬化的痕跡。充分，變形后的產(chǎn)品無硬化的痕跡。 與其它加工方法相比，如冷加工，具有自己一系列的優(yōu)點(diǎn)，與其它加工方法相比，如冷加工，具有自己一系列的優(yōu)點(diǎn)，諸如：諸如：（1 1）金屬在熱加工變形時，）金屬在熱加工變形時，變形抗力較低，消耗能量較少變形抗力較低，消耗能量較少。（2 2）金屬在熱加工變形時，）金屬在熱加工變形時，其塑性升高其塑性升高，產(chǎn)生斷裂的傾向性，產(chǎn)生斷裂的傾向性減小。減小。 （3 3）與冷加工相比較，熱加工變形一般）與冷加工相比較

46、，熱加工變形一般不易產(chǎn)生織構(gòu)不易產(chǎn)生織構(gòu)。 （4 4）在生產(chǎn)過程中，不需要像冷加工那樣的中間退火，從而）在生產(chǎn)過程中，不需要像冷加工那樣的中間退火，從而可可使生產(chǎn)工序簡化，生產(chǎn)效率提高使生產(chǎn)工序簡化，生產(chǎn)效率提高。 （5 5）熱加工變形可引起組織性能的變化熱加工變形可引起組織性能的變化，以滿足對產(chǎn)品某些，以滿足對產(chǎn)品某些組織與性能的要求。組織與性能的要求。 同其他加工方法相比也有如下的不足：同其他加工方法相比也有如下的不足：（1 1）對薄或細(xì)的軋件，由于散熱較快，在生產(chǎn)中保持熱加）對薄或細(xì)的軋件，由于散熱較快，在生產(chǎn)中保持熱加工的溫度條件比較困難。因此，目前對生產(chǎn)工的溫度條件比較困難。因此，目

47、前對生產(chǎn)薄的或細(xì)薄的或細(xì)的的金屬材料來講，一般仍采用金屬材料來講，一般仍采用冷加工冷加工（如冷軋、冷拉）的（如冷軋、冷拉）的方法。方法。（2 2）熱加工后軋件的表面不如冷加工生產(chǎn)的尺寸精確和光熱加工后軋件的表面不如冷加工生產(chǎn)的尺寸精確和光潔。潔。因?yàn)樵诩訜釙r，由于軋件表面生成氧化皮和冷卻時因?yàn)樵诩訜釙r，由于軋件表面生成氧化皮和冷卻時收縮的不均勻。收縮的不均勻。（3 3）熱加工后產(chǎn)品的組織及性能不如冷加工時均勻。熱加工后產(chǎn)品的組織及性能不如冷加工時均勻。因?yàn)橐驗(yàn)闊峒庸そY(jié)束時，工件各處的溫度難于均勻一致。熱加工結(jié)束時，工件各處的溫度難于均勻一致。（4 4）不依賴熱加工提高材料強(qiáng)度。）不依賴熱加工提

48、高材料強(qiáng)度。（5 5）有些金屬具有）有些金屬具有熱脆熱脆的不進(jìn)行熱加工。的不進(jìn)行熱加工。 確定熱變形的溫度范圍，最少需要該確定熱變形的溫度范圍，最少需要該合金的相圖合金的相圖、塑塑性圖性圖（圖（圖6-126-12）及）及變形抗力隨溫度而變化的圖形變形抗力隨溫度而變化的圖形（圖（圖6-136-13）等資料。）等資料。 根據(jù)合金相圖及塑性圖，可這樣來選擇熱變形溫度范根據(jù)合金相圖及塑性圖，可這樣來選擇熱變形溫度范圍：圍： （1 1）溫度的上限，大致取該合金熔點(diǎn)絕對溫度（）溫度的上限，大致取該合金熔點(diǎn)絕對溫度（TmTm）的）的0.950.95倍，即應(yīng)比液相線低倍，即應(yīng)比液相線低5050左右。左右。 （

49、2 2）溫度的下限，是要求保證在變形的過程中再結(jié)晶能）溫度的下限，是要求保證在變形的過程中再結(jié)晶能充分迅速地進(jìn)行，并且整個變形過程是在單相系統(tǒng)內(nèi)充分迅速地進(jìn)行，并且整個變形過程是在單相系統(tǒng)內(nèi)完成。完成。 T熔 0.95 T 0.75 T熔 100 300 500 700 900 9 7 5 3 1 沖擊韌性，公斤/毫米2 圖圖6-12 6-12 確定熱變形溫度的必需資料確定熱變形溫度的必需資料（a a）相圖；（）相圖；（b b）塑性圖（）塑性圖（HPb59-1HPb59-1）60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 100 200 300 400 500 600

50、 700 800 900 1000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 溫度， 強(qiáng)度極限，10MPa 圖6-13 各種有色金屬、合金加熱溫度對強(qiáng)度極限的影響銅鎳合金；2鎳；3錫青銅QSn70.4；4LY11；5銅；6錳銅；7鋅；8鉛；9H68；10H62；11H59；12LY12；13MB5；14鋁（1 1）熱變形對鑄態(tài)組織的改造）熱變形對鑄態(tài)組織的改造 一般來說，金屬在高溫下塑性高、抗力小，加之一般來說，金屬在高溫下塑性高、抗力小，加之原子擴(kuò)散過程加劇，伴隨有完全再結(jié)晶時，更原子擴(kuò)散過程加劇，伴隨有完全再結(jié)晶時，更有利于有利于組織的改善組織的改善。故熱變形多作為鑄態(tài)組

51、織初次加工的方。故熱變形多作為鑄態(tài)組織初次加工的方法。法。 熱變形能最有效地改變金屬和合金的鑄錠組織，可以使熱變形能最有效地改變金屬和合金的鑄錠組織，可以使鑄態(tài)組織發(fā)生下述有利變化。鑄態(tài)組織發(fā)生下述有利變化。 a.a.一般熱變形是通過一般熱變形是通過多道次多道次的反復(fù)變形來完成。的反復(fù)變形來完成。 b.b.由于應(yīng)力狀態(tài)中由于應(yīng)力狀態(tài)中靜水壓力靜水壓力分量的作用，可使錠中存在的分量的作用，可使錠中存在的氣泡焊合，縮孔壓實(shí)，疏松壓密，變?yōu)檩^致密的結(jié)構(gòu)。氣泡焊合，縮孔壓實(shí)，疏松壓密，變?yōu)檩^致密的結(jié)構(gòu)。 c.c.由于高溫下原子熱運(yùn)動能力加強(qiáng)，在應(yīng)力作用下，借助由于高溫下原子熱運(yùn)動能力加強(qiáng)，在應(yīng)力作用下

52、，借助原子的原子的自擴(kuò)散和互擴(kuò)散自擴(kuò)散和互擴(kuò)散，可使鑄錠中化學(xué)成分的不均勻，可使鑄錠中化學(xué)成分的不均勻性相對減少。性相對減少。 上述三方面綜合作用的結(jié)果，可使上述三方面綜合作用的結(jié)果，可使鑄態(tài)組織改造成變形鑄態(tài)組織改造成變形組織（或加工組織），它比鑄錠有較高的密度、均勻細(xì)組織（或加工組織），它比鑄錠有較高的密度、均勻細(xì)小的等軸晶粒及比較均勻的化學(xué)成分，因而塑性和抗力小的等軸晶粒及比較均勻的化學(xué)成分，因而塑性和抗力的指標(biāo)都明顯提高。的指標(biāo)都明顯提高。 （2 2）熱變形制品晶粒度的控制）熱變形制品晶粒度的控制 在熱變形過程中，為了保證產(chǎn)品性能及使用在熱變形過程中，為了保證產(chǎn)品性能及使用條件對熱加工

53、制品晶粒尺寸的要求，控制熱變形產(chǎn)品條件對熱加工制品晶粒尺寸的要求，控制熱變形產(chǎn)品的的晶粒度晶粒度是很重要的。是很重要的。 熱變形后制品晶粒度的大小，取決于熱變形后制品晶粒度的大小，取決于變形變形程度和變形溫度程度和變形溫度（主要是加工終了溫度）。第二類再（主要是加工終了溫度）。第二類再結(jié)晶全圖，是描述晶粒大小與變形程度及變形溫度之結(jié)晶全圖，是描述晶粒大小與變形程度及變形溫度之間關(guān)系的。如圖間關(guān)系的。如圖6-146-14所示。根據(jù)這種圖即可確定為了所示。根據(jù)這種圖即可確定為了獲得均勻的組織和一定尺寸晶粒時，所需要保持的加獲得均勻的組織和一定尺寸晶粒時，所需要保持的加工終了溫度及應(yīng)施加的變形程度。

54、工終了溫度及應(yīng)施加的變形程度。 0 10 20 90 80 70 60 50 40 200 300 350 400 450 500 0 20 30 90 80 70 50 40 10 60 200 250 350 400 450 500 300 300 200 100 300 200 100 0 晶粒直徑，微米 變形程度，% 變形程度，% 變形溫度， 變形溫度， 30 250 0 （a） （b） 圖圖6-14 6-14 第二類再結(jié)晶全圖（第二類再結(jié)晶全圖（LY2LY2）（a a）在壓力機(jī)上壓縮）在壓力機(jī)上壓縮 （b b）在鍛錘下壓縮）在鍛錘下壓縮（3 3）熱變形時的纖維組織）熱變形時的纖維組織

55、 金屬內(nèi)部所含有的雜質(zhì)、第二相和各種缺陷，在熱變形過程中，金屬內(nèi)部所含有的雜質(zhì)、第二相和各種缺陷，在熱變形過程中，將將沿著最大主變形方向被拉長、拉細(xì)而形成纖維組織或帶狀結(jié)沿著最大主變形方向被拉長、拉細(xì)而形成纖維組織或帶狀結(jié)構(gòu)。構(gòu)。這些帶狀結(jié)構(gòu)是一系列平行的條紋，也稱為這些帶狀結(jié)構(gòu)是一系列平行的條紋，也稱為流線流線。 纖維組織一般只能在變形時纖維組織一般只能在變形時通過不斷地改變變形的方向來避免通過不斷地改變變形的方向來避免，很難用退火的方法去消除。當(dāng)夾雜物（或晶間夾雜層）數(shù)量不很難用退火的方法去消除。當(dāng)夾雜物（或晶間夾雜層）數(shù)量不多時，可用長時高溫退火的方法，依靠成分地均勻化，和組織多時，可用

56、長時高溫退火的方法，依靠成分地均勻化，和組織不均勻處的消失以去除。在個別情況下，當(dāng)這些晶間夾雜物能不均勻處的消失以去除。在個別情況下，當(dāng)這些晶間夾雜物能溶解或凝聚溶解或凝聚時，纖維組織也可以被消除。時，纖維組織也可以被消除。 金屬中的空穴（包括凝固時的縮孔和氣眼等），金屬中的空穴（包括凝固時的縮孔和氣眼等），在變形時也會被拉長，當(dāng)變形量很大、溫度足夠高時，在變形時也會被拉長，當(dāng)變形量很大、溫度足夠高時，這些孔穴可能被這些孔穴可能被壓緊、焊合壓緊、焊合，如果變形量不夠大，這，如果變形量不夠大，這些孔穴就形成了頭發(fā)狀的裂紋稱為些孔穴就形成了頭發(fā)狀的裂紋稱為“發(fā)裂發(fā)裂”。 顯著的纖維組織也能引起分層

57、，使變形金屬得到顯著的纖維組織也能引起分層，使變形金屬得到層狀或板狀的斷口，例如層狀或板狀的斷口，例如HPb59-1HPb59-1，QA10-3-1.5QA10-3-1.5的層狀的層狀斷口，消除的方法是斷口，消除的方法是鑄造時細(xì)化晶粒鑄造時細(xì)化晶粒，改善鉛、，改善鉛、AlAl2 2O O3 3分布狀況，防止氧化吸氣以減少分布狀況，防止氧化吸氣以減少AlAl2 2O O3 3的生成。的生成。 一般將熱變形過程中，在應(yīng)力狀態(tài)作用下所發(fā)生一般將熱變形過程中，在應(yīng)力狀態(tài)作用下所發(fā)生的的回復(fù)與再結(jié)晶過程稱為動態(tài)的回復(fù)與再結(jié)晶過程稱為動態(tài)的，以區(qū)別冷變形后退，以區(qū)別冷變形后退火過程中、熱變形的各道次之間以

58、及熱變形后在空氣火過程中、熱變形的各道次之間以及熱變形后在空氣中冷卻時所發(fā)生的、屬于靜態(tài)的回復(fù)與再結(jié)晶過程。中冷卻時所發(fā)生的、屬于靜態(tài)的回復(fù)與再結(jié)晶過程。 （a a）圖為高層錯能金屬在熱軋加工率比較小時（）圖為高層錯能金屬在熱軋加工率比較小時（50%50%），），只發(fā)生動態(tài)回復(fù)只發(fā)生動態(tài)回復(fù)；（b b）圖表示低層錯能金屬，由于熱軋變形程度小（）圖表示低層錯能金屬，由于熱軋變形程度?。?0%50%），），熱軋時，只發(fā)生動態(tài)回復(fù)，隨后發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再熱軋時，只發(fā)生動態(tài)回復(fù)，隨后發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶；結(jié)晶；（c c）圖表示高層錯能金屬在擠壓變形程度大（）圖表示高層錯能金屬在擠壓變形程度大（9

59、9%99%）時，）時，在擠壓中發(fā)生動態(tài)回復(fù)，出模孔后，發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜在擠壓中發(fā)生動態(tài)回復(fù)，出?？缀螅l(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶；態(tài)再結(jié)晶；（d d）圖表示低層錯能金屬，在擠壓變形程度大（）圖表示低層錯能金屬，在擠壓變形程度大（99%99%）時，）時，在擠壓中發(fā)生動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶。出?？缀?，發(fā)生在擠壓中發(fā)生動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶。出?？缀?，發(fā)生靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶。靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶。靜態(tài)再結(jié)晶（1 1）動態(tài)回復(fù)）動態(tài)回復(fù)金屬在熱變形時，若只發(fā)生金屬在熱變形時，若只發(fā)生動態(tài)回復(fù)的軟化過程動態(tài)回復(fù)的軟化過程，其應(yīng)力，其應(yīng)力- -應(yīng)變曲線，如圖應(yīng)變曲線，如圖6-17a

60、6-17a所示。曲線明顯地分為三個階段。所示。曲線明顯地分為三個階段。第一階段為微變形階段。此時，試樣中的應(yīng)變速率從零增第一階段為微變形階段。此時，試樣中的應(yīng)變速率從零增加到試驗(yàn)所要求的應(yīng)變速率，其應(yīng)力加到試驗(yàn)所要求的應(yīng)變速率，其應(yīng)力- -應(yīng)變曲線呈直線，應(yīng)變曲線呈直線，當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力以后，變形進(jìn)入了第二階段，加工硬化率當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力以后，變形進(jìn)入了第二階段，加工硬化率逐漸降低。逐漸降低。最后進(jìn)入第三階段，為穩(wěn)定變形階段。此時，最后進(jìn)入第三階段，為穩(wěn)定變形階段。此時，加工硬化被加工硬化被動態(tài)回復(fù)所引起的軟化過程所抵消動態(tài)回復(fù)所引起的軟化過程所抵消。即由變形所引起的位。即由變形所引起的位錯增加的