第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响
一、加工硬化
金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显 著提高, 塑性和韧性明显下，这种现象称为加工硬化, 也叫形变 强化。
产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时, 位错密度增 加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增 大, 引起塑性变形抗力提高。 另一方面由于晶粒破碎细化, 使 强度得以提高。
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放 射状，有利于齿轮的受力。
曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维 组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品 难易程度的工艺性能。可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属 的可锻性取决于金属的本质和加工条件。 一、 金属的本质 1.化学成分的影响
纯金属可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好。 合金元素含量越高，可锻性越差。 杂质元素可锻性差。 2.金属组织的影响 纯金属及单相固溶体的合金塑性成形性能较好；钢中有碳化 物和多相组织时，塑性成形性能变差；具有均匀细小等轴晶粒的 金属，其塑性成形性能比晶粒粗大的柱状晶粒好；网状二次渗碳 体，钢的塑性将大大下降。
二、加工条件 1.变形温度的影响 温度升高，塑性提高，变形温度升高到再结晶 温度以上时，加工硬化消除，金属的塑性成形性能 进一步提高。但温度过高将发生过热、过烧、脱碳、 氧化缺陷。 过热：加热温度过高，会使晶粒急剧长大，导 致金属塑性减小，塑性成形性能下降，这种现象称 为“过热”。 过烧：如果加热温度接近熔点，会使晶界氧化 甚至熔化，导致金属的塑性变形能力完全消失，这 种现象称为“过烧”，坯料如果过烧将报废。 脱碳：钢表面的碳被烧掉。 氧化：钢加热时，表面形成一层氧化皮。
3. 应力状态的影响 在三向应力状态下，压应力的数目越多，则其
塑性越好；拉应力的数目越多，则其塑性越差。
第二章 锻造
❖ 第一节 锻造方法 ❖ 第二节 锻造工艺规程的制订 ❖ 第三节 锻件结构的工艺性
第一节 锻造方法
一、自由锻 自由锻：利用冲击力，使金属在上、下砧铁之间，
产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件 的一种加工方法。
锻造温度范围：始锻温度和终锻温度之间的温度区 间。
2.变形速度的影响 变形速度：单位时间内变形程度的大小。 变形速度的增大，金属在冷变形时的加工硬化严重，
可锻性差；当变形速度很大时，热能来不及散发，会使 变形金属的温度升高，可锻性变好。
在锻压加工塑性较差的合金钢或大截面锻件时，都 应采用较小的变形速度，若变形速度过快会出现变形不 均匀，造成局部变形过大而产生裂纹。
纤维组织具有各向异性。 变形程度越大，纤维组织越明显。 锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度 的大小。 拔长：Y锻=A0/A （A0、A分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）。 镦粗：Y锻=H0/H （H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。
在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向 应一致，纤维的分布与零件的外形轮廓应相符合。
冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工 称为冷加工。如低碳钢的冷轧、冷拔、冷冲等。冷加工 会产生加工硬化的现象导致强度和硬度升高，塑性和韧 性下降，工件表面质量, 晶粒发生变形, 沿形变方向被拉长或
压扁。当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹 杂物也被拉长, 形成纤维组织。
压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。
钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力加工。 可用作承受冲击或交变应力的重要零件，但不能加 工脆性材料（如铸铁）。
二、单晶体塑性变形 单晶体的塑性变形的基本方式：滑移和孪生。
位借运动造成滑移 (3)滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面) 和其上密度最大的晶向(密排方向)进行。 (4)滑移必伴随着晶体向外力方向转动。
三、多晶体的塑性变形 1.金属晶粒越细，强度就越大,塑韧性越好。
因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。 2.多晶体塑性变形不均匀。
多晶体中每个晶粒位向不一致。 一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方 向(称晶粒处于软位向),另一些晶粒的滑移面和滑移方 向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。在 发生滑移时，软位向晶粒先开始，同时位向转动变为硬 位向，停止滑移，促进另一批晶粒滑移。
1. 滑移 滑移是晶体在切应力的作用下, 晶体的一部分
沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相 对于另一部分发生滑动。
滑移的观察
2.滑移特点 (1)滑移只能在切应力作用下才会发生。 (2)滑移是通过位错的运动来实现的。
切应力作用下,一个多余半原子面从晶体一侧到另 一侧运动, 即位错自左向右移动时, 晶体产生滑移。
在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。
二、热加工与冷加工 金属塑性变形的加工方法有热加工和冷加工两种。 热加工:在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工
称为热加工,例如钢材的热锻和热轧。 由于温度处于再结晶温度以上，发生再结晶过程。
因此加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除， 使材料保持良好的塑性状态。由于热变形是在高温下进 行的，金属在加热过程中表面易产生氧化皮，使精度和 表面质量较低。自由锻、热模锻、热轧、热挤压等工艺 都属于热变形加工。
自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到 约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动， 不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。
金属工艺学压力加工上课
第三篇 金属压力加工
❖ 第一章 金属的塑性变形 ❖ 第二章 锻造 ❖ 第三章 板料冲压
第一章 金属的塑性变形
❖ 第一节 金属塑性变形的实质 ❖ 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 ❖ 第三节 金属的可锻性
第一节 金属塑性变形的实质
一、金属的压力加工
图3-1 常用的压力加工方法 a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）模锻 f）板料冲压