2-2 金属热态下的塑性变形
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金属塑性成形理论基础(一)金属塑性变形机制参考讲义前言金属塑性加工是利用金属的塑性,在外力的作用下,通过模具(或工具)使简单形状的坯料成形为所需形状和尺寸的工件(或毛坯)的技术。
它也被称之为塑性成形或压力加工。
金属塑性加工方法主要包括锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等几种类型。
为何采用塑性成形技术?⏹金属经过塑性成形后能改善其组织结构和力学性能。
铸造组织经过热塑性变形后由于金属的变形和再结晶,会使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织,使钢锭内原有的偏析、缩松、气孔、夹渣等压实和焊合,其组织变得更加紧密,提高了金属的塑性和力学性能。
因此铸件的力学性能低于同材质的锻件的力学性能。
⏹塑性成形能保证金属纤维组织的连续性,使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致,金属流线完整,可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。
什么是塑性变形?当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后,金属就会产生变形。
当外力停止作用后,金属的变形并不消失。
这种变形称为塑性变形。
(当外力作用在金属上时,如受拉,金属内的原子间距变大,如果这种变化是弹性范围内的,当外力去除后,原子还能恢复到原来的状态;如果外力较大,这种变化就达到了塑性阶段了,当外力去除之后,有一部分变化就不能恢复了,金属就发生了塑性变形。
作为一种极限,当外力大到一定程度,原子间的结合力被打破,那么金属就断了。
)塑性是指金属材料在载荷外力的作用下,产生永久变形(塑性变形)而不被破坏的能力。
塑性不仅与材料本身的性质有关,还与变形有方式和变形条件有关。
材料的塑性不是固定不变的,不同的材料在同一变形条件下会有不同的塑性,而同一材料,在不同的变形条件下,会表现不同的塑性。
塑性是反映金属的变形能力,是金属的一咱重要的加工性能。
塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工,如冲压、冷弯、冷拔、校直等。
金属材料通过冶炼、铸造,获得铸锭后,可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材,以及零件毛坯或零件。
塑性变形(3)1.冷变形金属在退火过程中显微组织的变化:在回复阶段,由于不发生大角度晶界的迁移,所以晶粒的形状和大小与变形态的相同,仍保持着纤维状或扁平状,从光学显微组织上几乎看不出变化。
在再结晶阶段,首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心,然后逐渐消耗周围的变形基体而长大,直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。
最后,在晶界表面能的驱动下,新晶粒互相吞食而长大,从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸,这称为晶粒长大阶段。
2.回复:是指冷变形后金属在加热温度较低时,原子活动能力不在,金属中的一些点缺陷和位错的迁移,使得晶格畸变逐渐减少,内应力逐渐降低的过程。
回复的驱动力:弹性畸变能(特征:1.金属的晶粒大小和形状尚无明显的变化,因而其强度,硬度和塑性等机械性能变化不大;2.内应力及电阻率等物理性能显著不为降低。
(宏观内应力))3.回复机制:a.低温回复:回复主要与点缺陷的迁移有关。
b.中温回复:温度稍高时,会发生位错运动和重新分布。
机制主要与位错滑移和位错密度降低有关。
c.高温回复(~0.3Tm),刃型位错可获得足够能量产生攀移,位错密度下降,位错重排成较稳定的组态----亚晶结构。
4.再结晶:将冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况,这个过程称之为再结晶。
再结晶的驱动力:是变形金属经回复后未被释放的储存能(相当于变形总储能的90%)5.储存能:塑性变形中外力所作的功除去大部分转化为热之外,还有一小部分以畸变能的形式储存在形变材料内部,这部分能量叫做储存能。
6.残余应力:一种内应力。
它在工件中处于自相平衡状态,其产生是由于工件内部各区域变形不均匀性,以及相互间的牵制作用所致。
7.再结晶温度:冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。
》》通常,把对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为“临界变形度”,一般金属的临界变形度约为2%~10%。