(材料成型技术基础)第三章固态材料塑性成型过程.ppt

文档介绍：第三章
固态材料塑性
成型过程
一、概述
锻造是在加压设备及工（模）具作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。由于金属塑性和变形抗力方面的要求，锻造通常是在高温（再结晶，对于各种纯金属，因原子间相互作用不同，变形抗力也不同。同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。组织状态不同，抗力值也有差异，如退火态与加工态，抗力明显不同。合金成分对可锻造性的影响；杂质对可锻造性的影响。
（2）内部组织：
纯金属及固溶体(如奥氏体)组成的单相组织比多相组织的塑性好，变形抗力低；均匀细小的晶粒比铸态柱状晶组织和粗晶组织的可锻性好。
２、变形的加工条件
（1）变形温度的影响
就大多数金属材料而言，提高金属塑性变形时的温度，金属的塑性指标(伸长系数δ和断面收缩率ψ)增加，变形抗力降低，是改善或提高金属可锻性的有效措施，故热变形中，都要将金属预先加热到一定的温度。　　金属在加热过程中，随着温度的升高，其性能变化很大。
图1所示为低碳钢的力学性能与温度变化的关系。由图1可知，在300℃以上，随着温度的升高，低碳钢的塑性指标δ和ψ上升，变形抗力下降。原因之一是金属原子在热能作用下，处于极活跃的状态，很容易进行滑移变形；其二是低碳钢在加热温度位于AESG区（奥氏体区） (见图2)时，其组织为单一奥氏体，塑性很好，故很适宜于进行塑性成形加工。
确定始锻温度与终锻温度
塑性成形应避免脆性区：（蓝脆区与热脆区）
（2）变形速度
（3）应力状态
应力状态对变形抗力的影响
（二）金属塑性变形的基本规律
塑性变形的实质：是在切应力的作用下，金属内部晶体沿某一平面产生滑移，实现了晶体的塑性变形。
１、体积不变定理
２、最小阻力定理
3、塑性变形对材料组织与性能的影响：
（1）冷变形与热变形：　　
冷变形：
冷变形的概念
变形温度低于回复温度，在变形中只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象，通常把这种变形称为冷变形或冷加工。
冷变形时金属显微组织的变化
纤维组织、亚结构、变形织构[多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴随着晶体取向相对于外力有规律的转动。尽管由于晶界的联系，这种转动受到一定的约束，但当变形量较大时，原来为任意取向的各个晶粒也会逐渐调整，使取向大体趋于一致叫做“择优取向”。具有择优取向的物体，其组织称为“变形织构”。
冷变形时金属性能的变化
物化性能（密度、 电阻、化学稳定性）、力学性能、织构与各向异性
热变形：
热变形的概念
所谓热变形（又称热加工）是指变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。一般在热变形时金属所处温度范围是其熔点绝对温度的0. 75-0. 95倍。
热变形对金属组织性能的影响
1）热变形对铸态组织的改造
2）热变形制品晶粒度的控制
3）热变形时的纤维组织
金属压力加工最原始的坯料是铸锭。其内部组织很不均匀，晶粒粗大，且存在着许多其他缺陷：如气孔、缩松、偏析、非金属夹杂物等。将这种铸锭经热变形，粗大的铸状晶粒被打碎后，经过再结晶，就可形成细晶粒，同时在热变形过程中还可以将气孔、缩松等压合在一起，使金属的致密性提高。～2倍，塑韧性提高得更多。
分布在晶界上的非金属夹杂物，在变形过程中随着晶粒的拉长也被拉成长形。当变形程度足够大时，这些夹杂物被拉成线条状。
但是拉长的晶粒可经再结晶又变成等轴细粒状，而这些夹杂物不能改变，就以细长线条状保留下来，形成了所谓的纤维组织。纤维组织的化学稳定性很高，只有经过锻压才能改变其分布方向，用热处理是不能消除或改变纤维组织形态的。
纤维组织使金属的力学性能具有明显的方向性，即锻件在纵向上（平行纤维方向）塑性和韧性增加，而在横向上（垂直纤维方向）塑性和韧性降低。但强度在不同方向上的差别不大。
下图为曲轴的纤维组织分布：
三、锻造方法
（一）自由锻造
1、自由锻成形的过程特征
自由锻是利用冲击力使坯料在上、下砧座之间产生自由流动，以获得锻件的方法。
特征：
成形过程中坯料的整体或局部发生塑性成形，金属坯料在水平方向可自由流动，不受限制。自由锻要求被成形材料(黑色金属或有色金属)在成形温度下具有良好的塑性。自由锻锻件的形状取决于操作者的技术水平，但锻件质量不受限制。
但是，自由锻存在生产率低、金属损耗大和劳动条件较差等缺点。
经自由锻成形所获得的锻件，精度和表面品质差，故自由锻适用于形状简单的单件小批量毛坯成形，特别是重、大型锻件的生产。
锻压设备
　　
自由