塑性成形理论基础ppt培训课件

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1、金属塑性成形理论基础西安交通大学机械工程学院郭成教授主要参考文献[1]邢建东，陈金德主编.材料成形技术基础（第2版），机械工业出版社，2007.6[2]余汉清，陈金德编.金属塑性成形原理，机械工业出版社，1999.10[3]汪大年主编.金属塑性成形原理，机械工业出版社，1986.11企业工程师提出的问题(1)不同头型的冷镦力计算方法和公式。(2) 冷镦时金属变形的规律和遵循准则。(3)模具外径、钨钢外径、与产品外径在设计中如何匹配才能保证模具达到最好寿命。(4)金属材料塑性变形(5) 冷挤压原理(6) 冷镦件设计（工位）(7) 冷锻模结构类型（多工位连续模）(8) 冷挤压的摩

2、擦系数知识塑性成形是利用金属的塑性，在外力作用下使金属发生塑性变形，从而获得所需要形状和性能工件的一种加工方法；因此，又称为塑性加工或压力加工。1.塑性成形的物理冶金学基础1.1塑性变形机理1）冷塑性变形机理多晶体的塑性变形包括晶内变形和晶界变形（晶间变形）两种。在冷态条件下，由于晶界强度高于晶内，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变形机制相协调。晶内变形方式有滑移和孪生。由于滑移所需临界切应力小于孪生所需临界切应力，故多晶体塑性变形的主要方式是滑移变形，孪生变形是次要的，一般仅起调节作用。对于密排六方金属，孪生变形起着重要作用。图1-1晶体滑移时

3、的应力分析晶体的滑移过程，实质上是位错的移动和增殖的过程。由于在这个过程中位错的交互作用，位错反应和相互交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错难以越过这些障碍。要使金属继续变形，就需要不断增加外力，便产生了加工硬化。图1-2刃型位错运动造成晶体滑移变形的示意图1-3螺型位错运动造成晶体滑移变形的示意图1-4面心立方晶体孪生变形示意冷塑性变形时，多晶体主要是晶内滑移变形;实质上是位错的移动和增殖的过程;由于位错的交互作用,塑性变形时产生了加工硬化。2）热塑性变形机理变形机理主要有：晶内滑移与孪生、晶界滑移和扩散蠕变。高温时原子间距加大，热振动和扩散速度增加，位错滑移、攀移、交

4、滑移及节点脱锚比低温容易；滑移系增多，滑移灵便性提高，各晶粒之间变形更加协调；晶界对位错运动阻碍作用减弱。因此，其主要机理仍然是晶内滑移。热塑性变形时，由于晶界强度降低，使得晶界滑动易于进行；温度越高，原子动能和扩散能力就越大，扩散蠕变既直接为塑性变形作贡献，也对晶界滑移其调节作用。热塑性变形的主要机理仍然是晶内滑移；由于晶界滑动和扩散蠕变作用的增加，再加之变形时会产生动态回复和再结晶。因此，热态下金属塑性变形能力比冷态下高，变形抗力较低。图1-5动、静回复和再结晶示意图1-6扩散蠕变示意a）空位和原子的移动方向b）晶内扩散c）晶界扩散1.2塑性变形对组织与性能的影响a、冷塑性变

5、形对组织和性能的影响1）对金属组织的影响（1）在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织（2）形成了纤维组织冷加工变形后，金属晶粒形状发生了变化，变化趋势大体与金属宏观变形一致。轧制变形时，原等轴晶粒沿变形方向伸长。变形程度大时，晶粒呈现为一片如纤维状的条纹，称为纤维组织。当有夹杂或第二相质点时，则它们会沿变形方向拉长成细带状或粉碎成链状。（3）变形织构多晶体塑性变形时伴随着晶粒的转动，当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这种由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为“变形织构”。图1-7丝织构示意图a）拉拔前b）拉拔后图1-8板织构示意a

6、)轧制前b）轧制后（4）晶粒内产生胞状亚结构塑性变形主要是位错运动的结果。大变形后，位错密度可从退火状态106～107cm-2增加到1011～1012cm-2。位错运动及交互作用结果，其分布是不均匀的。它们先是纷乱地纠缠成群，形成“位错缠结”。变形量增大，就形成胞状亚结构。2）对金属性能的影响随着变形程度的增加，金属强度、硬度增加，而塑性、韧性降低。金属的性能将显示各向异性。图1-945号钢力学性能与变形程度的关系曲线图1-10因板织构所造成的“制耳”a)无制耳b)有制耳b、热塑性变形对组织和性能的影响1）对组织的影响（1）改善晶粒组织，细化晶粒铸态金属，粗大树枝状晶塑性变形及

7、再结晶而变成等轴（细）晶粒组织；对于经轧制、锻造或挤压的钢坯或型材，在热加工中通过塑性变形与再结晶，其晶粒组织一般也可得到改善。（2）锻合内部缺陷铸态金属中疏松、空隙和微裂纹等缺陷被压实，提高金属致密度。锻合经历两个阶段：缺陷区发生塑性变形，空隙两壁闭合；在压应力作用下，加上高温，使金属焊合。没有足够大的变形，不能实现空隙闭合，很难达到宏观缺陷焊合。足够大三向压应力，能实现微观缺陷锻合。（3）形成纤维组织热变形过程中，变形程度增加，钢锭内粗大树枝晶沿变形方向伸长，与此