文档介绍：三、金属塑性成形的基本理论——“三度”“五图”
三度:变形温度、变形速度、变形程度。
“三度”构成了金属塑性加工的热力学条件。
五图:相图、两类再结晶全图、变形力学图、变形抗
力图、塑性图。
“五图”是制定“三度”的理论依据。
绪论
变形温度
塑性变形时金属所具有的实际温度,称为变形温度,它与加热温度是有区别的。变形温度既取决于金属变形前的加热温度,又与变形中能量转化而使金属温度提高的温度有关,同时又与变形金属同周围介质进行热交换所损失的温度有关。
一般情况下,随着温度升高,
塑性增加,变形抗力降低。
绪论
变形速度
变形速度为单位时间内变形程度的变化或单位时间内的相对位移体积,即:
式中——变形速度;
——变形程度;
V ——变形物体的体积;
绪论
相图
(1)提供合金系任一组成的合金在各温度下所存在的相态、相成分和各个相的含量,温度变化时发生的相转变,转变温度等信息;
(2)为制订合金的熔铸、热加工和热处理工艺,研究某合金元素的作用和存在状态,研究合金的性能与组织的关系提供理论依据。
概念:合金相图是用图的形式表明一个合金系的成分、温度和相态之间的关系。
应用:
再结晶全图
第一类再结晶全图是描述晶粒大小与变形程度和退火温度之间的关系图像(主要针对冷变形);
第二类再结晶全图是描述晶粒大小与与变形温度(主要是加工终了温度)和变形程度之间的关系的图像(主要针对热变形) 。
变形体内一点的主应力图与主应变图结合构成变形力学图。
根据再结晶全图即可确定为了获得均匀的组织与一定的晶粒尺寸晶粒时,所需要施加的变形程度、保持的加工终了温度或退火温度,是制定金属冷热变形和退火工艺规程的重要参考依据。
变形抗力图
变形抗力是指材料在一定温度、速度和变形程度下,保持原有状态而抵抗塑性变形的能力。
变形抗力图是描述变形抗力与变形程度之间的关系图像。
塑性(状态)图
概念:表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形,简称塑性图。
应用:合理选择加工方法
制定冷热变形工艺
超塑性成形
1 定义: 超塑性是指金属或合金在特定条件下,即低的形变速率(έ=10-2/s~10-4/s)、一定的变形温度T≥(Tm为材料熔点温度)和均匀的细晶粒度(~5μm),其相对延伸率超过100%以上的特性。如钢超过500%、纯钛超过300%、锌铝合金超过1000%。
2 超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象,变形应力可比常态下金属的变形应力降低几十倍。因此该金属极易成形,可采用多种工艺方法制出复杂零件。
3 目前常用的超塑性成形材料主要是锌铝合金、铝基合金、钛合金及高温合金。
超塑性成形工艺的应用
(1)板料冲压
如图1-20所示,零件直径较小,但很高。选用超塑性材料可以一次拉深成形,质量很好,零件性能无方向性。图1-20(a)为拉深成形示意图。
图1-20 超塑性板料拉深
1-冲头(凸模);2-压板;3-凹模;4-电热元件;
5-坯料;6-高压油孔;7-工件
图1-21 板料气压成形
1-电热元件;2-进气孔;3-板料;4-工件;5-凹(凸)模;6-模框;7-抽气孔
超塑性成形工艺的应用
(2)板料气压成形。如图1-21所示。超塑性金属板料放于模具中,把板料与模具一起加热到规定温度,向模具内充人压缩空气或抽出模具内的空气形成负压,板料将贴紧在凹模或凸模上,获得所需形状的工件。~4mm。
超塑性成形工艺的应用
(3)挤压和模锻。高温合金及钛合金在常态下塑性很差,变形抗力大,不均匀变形引起各向异性的敏感性强,通常的成形方法较难成形,材料损耗极大,致使产品成本很高。如果在超塑性状态下进行模锻,就完全克服了上述缺点,节约材料,降低成本。
超塑性模锻工艺特点:
(1)扩大了可锻金属材料种类。如过去只能采用锻造成形的镍基合金,也可以进行超塑性模锻成形。
(2)金属填充模膛的性能好,可锻出尺寸精度高、机械加工余量小甚至不用加工的零件。
(3)能获得均匀细小的晶粒组织,零件力学性能均匀一致。
(4)金属的变形抗力小,可充分发挥中、小设备的作用。