金属加工工艺学 第三篇 金属塑性加工

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1、第三篇　金属塑性加工1972年在河北藁(gao)城台西村商代(公元前14世纪)遗址中出土了一件铁刃铜钺。外刃部断失，残存刃部包入铜内约1厘米，已全部氧化。经鉴定，残刃中没有人工冶铁的特征；镍的分布表明,该刃为陨铁(陨石的一种，含铁80%以上，常含镍。)制成，不可能用人工冶铁获得,陨铁器虽然不是从矿石冶炼的铁，但它的出现表明中国在公元前14世纪前后已能识别金属铁，并能锻打成兵刃使用。陨石是来自地球之外的“客人”。含石量大的陨星称为陨石，含铁量大的陨星称为陨铁。根据陨石本身所含的化学成分的不同，大致可分为三种类型：1.铁陨石，也叫陨铁，它的主要成分是铁和镍；铁的含量一般在98%以上,

2、镍的含量在4%~20%之间,所以很容易鉴别.因为地球上没有那种矿石能够通过直接熔炼提供含量这么高而且成分均匀的镍2.石铁陨石，也叫陨铁石，这类陨石较少，其中铁镍与硅酸盐大致各占一半；3.石陨石，也叫陨石，主要成分是硅酸盐，这种陨石的数目最多。一、金属的塑性成形(塑性加工)1.塑性成形的概念是利用金属在外力的作用下所产生的塑性变形，使之获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称——塑性成形（塑性加工）2、条件1）塑性材料，低碳钢、铝、铜合金最好；2）受力作用（冲击力、静压力），即内部应力大于屈服强度。满足屈服条件：σ>σs（材料屈服强度）。３、方法(锻造、冲压

3、、挤压、轧制、拉拔等）１）锻造自由锻造和模膛锻造自由锻造自由锻造——金属坯料在上下抵铁间受冲击力或压力而变形的加工方法。上砥铁下砥铁坯料模膛锻造模锻锻造——金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受力而变形的加工方法。２）板料冲压（又称薄板冲压和冷冲压）板料冲压——金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。一般在室温条件下进行，也叫冷冲压。采用的金属型材、板材、钢材和线材等原材料，大都通过轧制、挤压、冷拔等方法制成。凡承受重载荷的机械零件通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车制造、电器、仪表及日用品工业。３）拉拔将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。金属坯料在一对回转的轧

4、辊的空隙中受压变形，从而获得各种相应形状和尺寸的产品。4）轧制金属材料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。5）挤压正挤压——坯料流动方向与凸模运动方向一致。反挤压——坯料流动方向与凸模运动方向相反。挤压产品截面形状图压力加工的特点:1）机械性能好；组织致密，2）节省材料；3）生产效率高；4）设备投资大；5）对材料的要求严格。晶体内部产生滑移，晶体间也产生滑移和晶粒间发生转动。即晶体在切向力的作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移，从而引起晶体变形。二、金属塑性变形实质①单晶体的塑性变形晶体的塑性变形主要是滑移和孪晶滑移——在切应力的作用下，晶体产生剪切变

5、形，即发生晶格歪扭。晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，从而产生塑形变形。单晶体在切应力的作用下的变形孪晶也叫双晶。它是晶体在外力作用下，晶格的一部分相对另一部分沿着孪晶面发生转动的结果。转动后以孪晶面为界面，形成镜像对称。单晶体的转动过程②多晶体塑性变形主要的变形方式仍是滑移和转动。可以看成是组成多晶体的许多单个晶粒产生变形的综合效果。晶间也有滑动和转动。③晶界的存在会带来变形抗力（阻碍）三、塑性变形对金属组织性能影响（1）冷变形、热变形、温变形的定义冷变形是指在再结晶温度以下的变形。变形后具有明显的加工硬化现象(冷变形强化)。如冷挤压、冷轧、冷冲压等。热变形是指

6、在再结晶温度以上的变形。在其变形过程中，其加工硬化随时被再结晶所消除。因而，在此过程中表现不出加工硬化现象。如热轧、热锻、热挤压等。温变形是指介于冷、热变形之间的变形，加工硬化和再结晶同时存在，如：温锻、温挤压等。（2）冷变形后的组织与性能钢铁、铝、铜合金室温下的塑性加工属于冷加工。组织变化的特征：①晶粒沿变形最大方向伸长；②晶粒与晶粒均发生扭曲,产生内应力③晶粒间产生碎晶。性能变化的特征：加工硬化(冷变形强化)：随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。有利：强化金属材料不利：进一步的塑性变形带来困难常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响回复冷变形强化是一种不

7、稳定的现象,将冷变形的金属加热到一定的温度,因原子的活动能力增强,使原子回到平衡位子,晶内残余应力大大减小----回复由于加热温度不高，原子所获热能较少，其活动能力不强，只能使晶格的畸变程度减轻，应力明显下降，晶粒的形状、大小、强度、塑性等力学性能也变化不大。T回=（0.25~0.3）T溶（1538+273）T回——金属的绝对回复温度T溶——金属的绝对熔点温度如碳钢弹簧在冷卷加工后加热到250ºC~300ºC进行回复处理。如：工业纯铁的T回为453ºC。再结晶当加热温度达到某一值