材料及其加工工藝(10)

1、山東理工大學(xué)山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 一 什么是壓力加工靠外力使金屬材料產(chǎn)生塑性變形而得到預(yù)定形狀與性能的制件（毛坯或零件）的加工方法。外力 沖擊力：錘類(lèi) 靜壓力：壓力機(jī)各類(lèi)鋼和大多數(shù)有色金屬及其合金都具有一定的塑性，因此，都能在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行壓力加工。應(yīng)用廣泛：運(yùn)輸工具96%； 汽車(chē)拖拉機(jī)95%；航天、航空90%； 農(nóng)用機(jī)械工業(yè)80%。 二 分類(lèi)1 軋制：金屬坯料在兩個(gè)回轉(zhuǎn)軋輥的縫隙中受壓變形以獲得各種產(chǎn)品的加工方法?？磕Σ亮?，坯料連續(xù)通過(guò)軋輥間隙而受壓變形。 主要產(chǎn)品：型材、圓鋼、方鋼、角鋼、鐵軌等。2 擠壓：金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？锥冃蔚募庸し椒?。 正擠：金屬流

2、動(dòng)方向與凹模運(yùn)動(dòng)方向相同。 反擠：金屬流動(dòng)方向與凹模運(yùn)動(dòng)方向相反。3 拉拔：將金屬坯料拉過(guò)拉拔模的模孔而變形的加工方法。產(chǎn)品尺寸精度、表面光潔度較高，所以，常用于軋制件的再加工，提高產(chǎn)品質(zhì)量。坯料：低碳鋼、有色金屬及合金。外力：拉力。4 自由鍛：金屬坯料在上、下抵鐵間受沖擊力或壓力而變形。 外力：壓力。5 模鍛：金屬坯料在具有一定形狀的模膛內(nèi)受沖擊力或壓力而變形的加工方法。6 沖壓：金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或成形。 15 立體變形（三維）； 6 平面變形（二維）； 16 可沖擊力、可靜壓力。 三 特點(diǎn)：（與鑄造比） 1 優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)致密、組織改善、性能提高、強(qiáng)、硬、韌（2）少無(wú)切削加

3、工，材料利用率高。（3）可以獲得合理的流線分布（金屬塑變是固體體積轉(zhuǎn)移過(guò)程）。（4）生產(chǎn)效率高。（如：曲軸 、螺釘） 2 缺點(diǎn)：（1）一般工藝表面質(zhì)量差（氧化）。（2）不能成型形狀復(fù)雜件（相對(duì)）（3）設(shè)備龐大、價(jià)格昂貴。（4）勞動(dòng)條件差（強(qiáng)度、噪音） 一 晶體：1 晶體：物質(zhì)中的原子按一定規(guī)律在三維空間周期重復(fù)排列。2 單晶體：具有一個(gè)晶粒的晶體（由一個(gè)晶核生長(zhǎng)而成的晶體）。3 多晶體：大量晶粒組成的晶體。二 變形：1 彈性變形：（暫時(shí)的變形）e 力未去除。 彈性塑性變形：（暫時(shí)變形）s 力未去除。 純塑性變形：永久變形 外力去除。2 變形機(jī)制：?jiǎn)尉w塑性變形：滑移。多晶體塑性變形：滑移+晶粒

4、轉(zhuǎn)動(dòng)。 三 滑移：1 單晶體：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分與另一部分沿著一定的晶面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，叫滑移。這個(gè)晶面滑移面。 與滑移面垂直的應(yīng)力不引起滑移，只會(huì)彈性變形，大到一定程度引起脆斷。（上面所描述的滑移運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于兩部分晶體彼此進(jìn)行的剛性運(yùn)動(dòng)，是由外力作用下發(fā)生的，而且所需力較大，但使實(shí)際測(cè)的力卻小得多。近代塑性理論研究認(rèn)為滑移變形是由于位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)引起的。）理想晶體結(jié)構(gòu)：鋅單晶理論計(jì)算：s=350kg/mm2 實(shí)測(cè) s=0.1kg/mm2晶體內(nèi)部存在缺陷：點(diǎn)缺陷：缺一個(gè)原子。線缺陷：缺一行原子、位錯(cuò)。面缺陷：滑移逐步在滑移面上傳播，直至晶體表面。 2 多晶體塑性變形先在晶面方向有利于滑

5、移的晶粒內(nèi)開(kāi)始，然后不利于滑移的晶粒向有利變形的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，協(xié)調(diào)變形，使滑移繼續(xù)進(jìn)行。 2）再結(jié)晶：溫度再增加，金屬原子獲得更多能量，則以碎晶和雜質(zhì)為核心結(jié)晶）再結(jié)晶：溫度再增加，金屬原子獲得更多能量，則以碎晶和雜質(zhì)為核心結(jié)晶成新的晶粒。成新的晶粒。 實(shí)質(zhì)：無(wú)畸變組織代替畸變組織，完全消除加工硬化。實(shí)質(zhì)：無(wú)畸變組織代替畸變組織，完全消除加工硬化。T再再0.4T熔熔 T再再金屬絕對(duì)再結(jié)晶溫度。金屬絕對(duì)再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火加熱加熱再結(jié)晶再結(jié)晶金屬再次獲得良好塑性金屬再次獲得良好塑性高溫下受力，塑性變形高溫下受力，塑性變形硬化與再結(jié)晶同時(shí)存在硬化與再結(jié)晶同時(shí)存在 ，此時(shí)變形中的強(qiáng)化和硬化隨

6、，此時(shí)變形中的強(qiáng)化和硬化隨即被再結(jié)晶過(guò)程所消除。即被再結(jié)晶過(guò)程所消除。四、冷變形、熱變形冷變形T再以下發(fā)生的變形。熱變形T再以上發(fā)生的變形。* 1、冷變形后具有加工硬化組織，能獲得較高的表面光潔度及硬度，但變形程度不宜過(guò)大，避免破裂。 2、熱變形可得到再結(jié)晶組織，變形程度大，無(wú)加工硬化，獲得良好的機(jī)械性的組織。冷變形后的件若繼續(xù)加工，要再結(jié)晶退火。金屬壓力加工主要采用熱變形來(lái)進(jìn)行，變形后金屬具有再結(jié)晶組織、無(wú)加工硬化痕跡。金屬只有在熱變形情況下，才能以較小的功達(dá)到加大的變形，同時(shí)獲得高的力學(xué)性能的再結(jié)晶組織。 五、鍛造和纖維組織五、鍛造和纖維組織 1、鍛造、鍛造(常用鍛造比表示變形程度常用鍛造

7、比表示變形程度)1鐓粗：橫截面積變大：鐓粗：橫截面積變大：Y鐓鐓H0/H12拔長(zhǎng)：橫截面積變?。喊伍L(zhǎng)：橫截面積變?。篩拔拔A0/A1 A0變形前橫截面面積，變形前橫截面面積， A變形后橫截面面積變形后橫截面面積Y2 組織細(xì)化，性能組織細(xì)化，性能Y25 具有方向性具有方向性Y5 組織緊密程度，晶粒細(xì)化，均達(dá)極限。性能方向性組織緊密程度，晶粒細(xì)化，均達(dá)極限。性能方向性 出現(xiàn)性能方向性的組織已是纖維組織。出現(xiàn)性能方向性的組織已是纖維組織。 2、纖維組織：、纖維組織： 金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，金屬的晶粒形狀和沿晶金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，金屬的晶粒形狀和沿晶 界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生變化，界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生變

8、化，它們將沿著變形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀。這種結(jié)構(gòu)叫纖維組織。它們將沿著變形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀。這種結(jié)構(gòu)叫纖維組織。 1）影響：使金屬材料的機(jī)械性能出現(xiàn)方向性）影響：使金屬材料的機(jī)械性能出現(xiàn)方向性 平行纖維方向：塑、韌性平行纖維方向：塑、韌性 垂直纖維方向：塑、韌性垂直纖維方向：塑、韌性 2） 利用：因流線穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法消除，只有經(jīng)過(guò)鍛壓使金屬利用：因流線穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法消除，只有經(jīng)過(guò)鍛壓使金屬變形，才能改變方向和形狀。因此，為提高零件機(jī)械性能，盡量做到：變形，才能改變方向和形狀。因此，為提高零件機(jī)械性能，盡量做到： a) 使纖維方向與零件的輪廓相符合，而不被切斷

9、。使纖維方向與零件的輪廓相符合，而不被切斷。 b) 使零件受使零件受max拉應(yīng)力與纖維方向一致。拉應(yīng)力與纖維方向一致。max與纖維垂直。與纖維垂直。 可鍛性：是衡量材料在經(jīng)受壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工可鍛性：是衡量材料在經(jīng)受壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能。藝性能。 是在力作用下穩(wěn)定改變自身形態(tài)或尺寸，而其各質(zhì)點(diǎn)間聯(lián)系不是在力作用下穩(wěn)定改變自身形態(tài)或尺寸，而其各質(zhì)點(diǎn)間聯(lián)系不破壞的能力。破壞的能力。 包括方面：包括方面：1塑性塑性：變形時(shí)金屬不易開(kāi)裂。：變形時(shí)金屬不易開(kāi)裂。、k 2變形抗力變形抗力：省力，不易磨損模具，小設(shè)備，消耗能：省力，不易磨損模具，小設(shè)備，消耗能量小。量小。

10、 2 變形速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的變形程度。變形速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的變形程度。 VC：V回、回、V再來(lái)不及完全消除加工硬化。再來(lái)不及完全消除加工硬化。VC： 熱效應(yīng)，明顯提高變形溫度，但只在高速錘上才能有熱效熱效應(yīng)，明顯提高變形溫度，但只在高速錘上才能有熱效應(yīng)。應(yīng)。高速錘：高速錘：1225m/s， 普通錘：普通錘：59m/s。 3 應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)： 壓應(yīng)力下變形，對(duì)塑性有利，阻止裂紋擴(kuò)展，焊合（孔、縫）壓應(yīng)力下變形，對(duì)塑性有利，阻止裂紋擴(kuò)展，焊合（孔、縫） 拉應(yīng)力下變形，對(duì)塑性不利，氣孔、裂紋等缺陷處易引起應(yīng)力集拉應(yīng)力下變形，對(duì)塑性不利，氣孔、裂紋等缺陷處易引起應(yīng)力集中，缺陷擴(kuò)展，導(dǎo)致破裂。中，缺陷擴(kuò)展，導(dǎo)致破裂。 三向不等壓應(yīng)力會(huì)使金屬塑性變形，擠壓比拉拔時(shí)塑性好，三三向不等壓應(yīng)力會(huì)使金屬塑性變形，擠壓比拉拔時(shí)塑性好，三向壓應(yīng)力不等，才能塑變，否則彈變。向壓