第三節(jié)金屬的塑性加工

上砥鐵下砥鐵坯料現(xiàn)在是1頁\一共有37頁\編輯于星期四

又稱為金屬塑性成形。金屬坯料外力塑性變形產(chǎn)生改變形狀改變尺寸改善性能達(dá)到毛坯零件得到壓力加工的定義現(xiàn)在是2頁\一共有37頁\編輯于星期四壓力加工方式

（1）軋制主要有：軋制、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓現(xiàn)在是3頁\一共有37頁\編輯于星期四（2）擠壓

使金屬坯料從擠壓?？讛D出而成形為各種型材、管材、零件等。擠壓的方法：正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓現(xiàn)在是4頁\一共有37頁\編輯于星期四（3）鍛造

將金屬坯料置于上下砧或鍛模內(nèi)，用沖擊力或壓力使金屬成形為各種型材和鍛件等鍛造的種類有：

自由鍛、模鍛、胎模鍛現(xiàn)在是5頁\一共有37頁\編輯于星期四（5）拉拔將金屬坯料從拉模的模孔中拉出而成形為各種線材、薄壁管材、特殊截面型材等現(xiàn)在是6頁\一共有37頁\編輯于星期四一、金屬的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。(一)、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片現(xiàn)在是7頁\一共有37頁\編輯于星期四1.滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

滑移變形的特點(diǎn)：⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力.現(xiàn)在是8頁\一共有37頁\編輯于星期四⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。

一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系?，F(xiàn)在是9頁\一共有37頁\編輯于星期四⑶滑移時，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍.滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。

銅拉伸試樣表面滑移帶⑷滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動和滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在是10頁\一共有37頁\編輯于星期四總結(jié)：滑移的實(shí)質(zhì)滑移的過程就是位錯運(yùn)動的過程，并非剛性整體運(yùn)動，所以實(shí)際需要的剪切應(yīng)力遠(yuǎn)小于理論剪切應(yīng)力?，F(xiàn)在是11頁\一共有37頁\編輯于星期四理論上，整體剛性滑移——滑移困難實(shí)際上，位錯移動——滑移容易現(xiàn)在是12頁\一共有37頁\編輯于星期四近代物理學(xué)證明，實(shí)際晶體內(nèi)部存在大量缺陷。其中，以位錯(圖3-2a)對金屬塑性變形的影響最為明顯。由于位錯的存在，部分原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在比理論值低得多的切應(yīng)力作用下，處于高能位的原子很容易從一個相對平衡的位置上移動到另一個位置上(圖3-2b)，形成位錯運(yùn)動。位錯運(yùn)動的結(jié)果，就實(shí)現(xiàn)了整個晶體的塑性變形(圖3-2c)。現(xiàn)在是13頁\一共有37頁\編輯于星期四㈡孿生孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱?，F(xiàn)在是14頁\一共有37頁\編輯于星期四與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大得多,變形速度極快,接近聲速;孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距.現(xiàn)在是15頁\一共有37頁\編輯于星期四多晶體的塑性變形

工業(yè)中實(shí)際使用的金屬大多是多晶體。

1、多晶體的特征：

a）晶體形狀和大小不等

b）相鄰晶粒的位向不同

c）多晶體內(nèi)存在大量晶界

現(xiàn)在是16頁\一共有37頁\編輯于星期四(二)、多晶體金屬的塑性變形1.不均勻的塑性變形過程單個晶粒變形與單晶體相似,多晶體變形比單晶體復(fù)雜?，F(xiàn)在是17頁\一共有37頁\編輯于星期四2、晶粒位向的影響由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個晶粒發(fā)生塑性變形時，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高?，F(xiàn)在是18頁\一共有37頁\編輯于星期四Cu-4.5Al合金晶界的位錯塞積3.晶界阻礙位錯的運(yùn)動當(dāng)位錯運(yùn)動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來,稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高?，F(xiàn)在是19頁\一共有37頁\編輯于星期四多晶體的塑性變形

工業(yè)中實(shí)際使用的金屬大多是多晶體。

1、多晶體的特征：

a）晶體形狀和大小不等

b）相鄰晶粒的位向不同

c）多晶體內(nèi)存在大量晶界

2、實(shí)際塑性變形：

a）各個晶粒內(nèi)部滑移和孿生的總和，構(gòu)成整體塑性變形。

b）各個晶粒間的變形，是產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和開裂的原因。現(xiàn)在是20頁\一共有37頁\編輯于星期四變形有先有后

各晶粒相對于外力軸的取向不同，位向有利的晶粒先變形，且不同晶粒變形量也不同。一般變形度達(dá)到20%，幾乎所有晶粒都可參加變形。

各個晶粒的變形必須協(xié)調(diào)

晶粒不能自由地、均勻地滑移，它要受到相鄰晶粒的牽制，故晶粒之間要互相配合、協(xié)調(diào)。如果協(xié)調(diào)不好，將會導(dǎo)致塑性下降（晶界處開裂）。理論分析指出，要能協(xié)調(diào)變形，每個晶粒至少能在5個獨(dú)立的滑移系上進(jìn)行滑移。這樣，多晶體變形就比單晶體更復(fù)雜，應(yīng)變硬化率也大得多。

變形不均勻?qū)е聝?nèi)應(yīng)力不均勻

現(xiàn)在是21頁\一共有37頁\編輯于星期四1.塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響纖維組織形成金屬發(fā)生塑性變形時，外形發(fā)生變化，其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。當(dāng)變形量很大時，晶粒將被拉長為纖維狀。（三）塑性變形對金屬組織與性能的影響現(xiàn)在是22頁\一共有37頁\編輯于星期四(3)形變織構(gòu)的產(chǎn)生由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時，會使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。各向異性導(dǎo)致的銅板“制耳”有無

(2)亞結(jié)構(gòu)形成塑性變形還使晶粒破碎為亞晶?！，F(xiàn)在是23頁\一共有37頁\編輯于星期四（1）產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。2.塑性變形對金屬性能的影響（2）使金屬的性能產(chǎn)生各向異性形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時，易產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。現(xiàn)在是24頁\一共有37頁\編輯于星期四(4)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時,內(nèi)部變形不均勻而引起的。內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力。第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間,(微觀內(nèi)應(yīng)力)。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。(3)影響金屬的物理、化學(xué)性能現(xiàn)在是25頁\一共有37頁\編輯于星期四二、塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化金屬經(jīng)冷變形后,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大?，F(xiàn)在是26頁\一共有37頁\編輯于星期四㈠回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。由于位錯運(yùn)動使其由冷塑性變形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植迹纬蓙喚Ы?，這一過程稱多邊形化?，F(xiàn)在是27頁\一共有37頁\編輯于星期四在回復(fù)階段，金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火?，F(xiàn)在是28頁\一共有37頁\編輯于星期四㈡再結(jié)晶1.再結(jié)晶冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱再結(jié)晶也是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。現(xiàn)在是29頁\一共有37頁\編輯于星期四T再與ε的關(guān)系2.影響再結(jié)晶溫度的因素為：金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔其中T再、T熔為絕對溫度.金屬熔點(diǎn)越高,T再也越高.現(xiàn)在是30頁\一共有37頁\編輯于星期四(3)再結(jié)晶加熱速度和加熱時間提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生,延長加熱時間,使原子擴(kuò)散充分,再結(jié)晶溫度降低。生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100~200℃。黃銅580oC保溫8秒后的組織黃銅580oC保溫15分后的組織(2)金屬的純度金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高.現(xiàn)在是31頁\一共有37頁\編輯于星期四㈢晶粒長大再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織現(xiàn)在是32頁\一共有37頁\編輯于星期四影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素

1、加熱溫度和保溫時間加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響現(xiàn)在是33頁\一共有37頁\編輯于星期四預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響.當(dāng)變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.當(dāng)變形達(dá)到2~10%時，只有部分晶粒變形，變形極預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響2、預(yù)先變形度不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨界變形度?，F(xiàn)在是34頁\一共有37頁\編輯于星期四三、金屬的熱加工

1.冷加工與熱加工的區(qū)別在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。2.熱加工對金屬組織與性能的影響

1）熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合。2）使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高?，F(xiàn)在是3