飞机钣铆工艺学

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1、上篇钣金工艺第一章钣金基础知识§1－1金属的变形及其影响 一、金属的变形金属在外力的作用下，产生形状和尺寸的变化称为变形。在金属的变形过程中，大部分金属都呈现出明显的弹性变形阶段和塑性变形阶段。弹性变形时，金属原子的位置发生相对变化，表现为原子之间的间距有微小的改变，从而引起体积的变化。弹性变形时，原子的稳定平衡状态遭到破坏，作用在物体上的外力与力图使原子恢复到最小势能位置的原子之间的反作用力相平衡，这种反作用力就是内力。单位面积上的内力称为应力。弹性变形是可逆的，当外力去除后，变形体就完全恢复它原来

2、的尺寸和形状。当物体受力较大，使原子偏离其稳定平衡位置超过某一数值，而达到邻近原子的稳定平衡位置时，外力去除后原子就不会再回到其原来位置，而是停留在邻近的稳定平衡位置上，于是变形就表现为不能恢复的，这种变形称为塑性变形。钣金工作就是利用金属材料塑性变形的特性，通过弯曲、压延、拉伸等手段来成形零件的。由于塑性变形在钣金工艺中的重要性，所以有必要了解金属塑性变形的现象和本质。大家知道，常用金属和合金为多晶体。多晶体材料是由许多小的单晶体组合而成各小晶体之间由边界分开。构成多晶体材料中的小晶体称为晶粒。晶粒

3、与晶粒之间的边界称为晶界。晶体中，由原子组成的平面称为晶面。由原子组成的直线称为晶向。晶体的特点是组成晶体物质的基本质点(原子或离子)在空间作有规律的排列。为了便于研究，将晶体中原子按一定规则排列出来的空间格式称为晶格。金属主要的塑性变形方式是晶内滑移和孪动。晶内滑移又称滑移，是指晶体的一部分沿一定的晶面和该晶面的一定方向相对于晶体的另一部分作有规律的移动。移动后，在金属内部和表面出现的痕迹称为滑移线。滑移线实际上是滑移后在晶体表面留下的小台阶。相互靠近的一组小台阶宏观上反映一个大台阶，称为滑移带，如

4、图1－1所示。滑移带说明滑移所引起的变形是不均匀的，即在滑移带内发生了剧烈的滑移，而在两个滑移带之间则没有发生或只发生了极少的滑移。金属塑性变形后，在显微镜下可观察到其表面出现的一些很细且平行的滑移线。与此同时，还可以观察到变形金属的晶粒呈现出不同程度沿变形方向伸长。在最强烈变形的情况下，晶粒被拉成细长条，呈纤维状。而晶粒的伸长就表现在金属外形尺寸的改变。因滑移而产生的塑性变形，原则上不产生体积变化。而金属的破坏则起因于原子结合的分离及其造成的微小裂纹的成长和传播。垂直应力若为拉应力，则会促进破坏，若

5、为压应力，则会抑制破坏。孪动又称为双晶，是晶格绕着一定晶面转动，从而使该面的两侧部分互成镜像对称形状，如图1－2所示。孪动所能提供的塑性变形较小，但滑移变形量则很大。如，镉单晶体，靠孪动只能获得7.39％的变形量，而靠滑移则可以达到300％的变形量。实验证实，孪动会在晶体内部造成空隙，使晶体提早破裂。孪动虽然不能提供较大的塑性变形，但在滑移发生困难时，能够起到调整晶体取向和增加位错的作用，以使滑移能够继续进行。当晶体受外力作用发生滑移时，在已滑移区和未滑移区之间总存在一个过渡区。这个过渡区称为位错区，

6、或简称为位错。区域内晶格畸变最严重的点的连线称为位错线。二、塑性变形对金属组织和性能的影响会发生：显微组织的变化机械性能的改变产生内应力物理、化学性能的改变1.显微组织的变化晶粒及金属内的夹杂物将沿变形方向被拉伸长，晶粒取向也不断改变，不断形成有规则排列，形成纤维组织，引起变形体的各向异性。晶粒伸长而形成的纤维组织可用退火消除。金属或合金内部含有第二相或夹杂物时，塑性变形后会引起这些夹杂物或碳化物集聚区因变形伸长而生成带状组织。夹杂物或碳化物集聚区因变形而产生的带状组织虽经高温退火也经常不能完全消除。

7、钢的组织是由铁素体和渗碳体构成的，铁素体可以产生很大的变形，而渗碳体和杂质则硬而脆，不易变形，会成为变形的障碍，这些组织的附近还会积累起过多的应变能，这就是引起断裂的原因。2.机械性能的改变塑性降低强度和硬度增高。金属的塑性变形主要是通过晶粒内部原子层间的相互滑移来实现的。金属一旦发生滑移，会（1）发生晶格畸变，即晶格发生歪扭；（2）形成许多碎晶块。从而使继续滑移发生困难。另外，由于金属内部有大量的晶粒，各个晶粒的原子排列方位不同，因此，各晶粒的变形程度不可能完全一致，晶粒之间造成相互的牵制作用，这也

8、不利于继续滑移。由于这些原因，表现在金属上就为塑性降低。如果一定要再发生滑移，就要增加外力，这就表现为强度增高。金属经过塑性变形表现出的塑性降低，强度和硬度增高的现象称为加工硬化（或称冷作硬化）。冷加工后，金属材料的强度指标(弹性极限、屈服应力、强度极限和硬度)增加，而塑性指标(延伸率和断面收缩率)降低，同时韧性下降。冷加工是通过塑性变形改变材料性能的重要手段之一，特别是对于热处理不能强化的金属材料，常采用冷加工工艺提高于提高其强度和硬度。3.产生内应力