金属材料的塑性成形

第一章金属材料的塑性成形

1.1 概述

金属材料的塑性成形又称金属压力加工，它是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。

金属材料固态成形的基本条件：一是成形的金属必须具备可塑性；二是外力的作用。

一、金属塑性成形的方法：

（1）轧制将金属材料通过轧机上两上相对回转轧辊之间的空隙，进行压延变形成为型材的加工方法。如图所示：压机开坯、轧板、轧圆钢等。

图1.1 轧制

（2）挤压将金属置于一封闭的挤压模内，用强大的挤压力将金属从模孔中挤出成形的方法。

图1.2 挤压

（3）拉拔将金属坯料拉过拉拔模模孔，而使金属拔长、其断面与模孔相同的加工方法。

图1.3 拉拔

（4）自由锻造将加热后的金属坯料置于上下砧铁之间受冲击力或压力而变形的加工方法。

图1.4 自由锻造

（5）模型锻造（模锻）将加热后的金属坯料置于具有一定形状的锻造模具模膛内，金属毛坯受冲击力或压力的作用而变形的加工方法。

图1.5 模锻

（6）板料冲压金属板料在冲压模之间受压产生分离或变形而形成产品的加工方法。

图1.6 板料冲压

按金属固态成形时的温度，其成形过程分为两大类：

（1）冷变形过程金属在塑性变形时的温度低于该金属的再结晶温度。

冷变形的特征——金属变形后产生加工硬化。

（2）热变形过程金属在塑性变形时的温度高于该金属的再结晶温度。

热变形的特征——金属变形后会再结晶，塑性好，消除内部缺陷，产生纤维组织。

金属塑性加工的特点：

（1）材料利用率高

（2）生产效率高

（3）产品质量高，性能好，缺陷少。

（4）加工精度和成形极限有限。

（5）模具、设备费用高。

利用金属固态塑性成形过程可获得强度高、性能好的产品，生产率高、材料消耗少。但该方法投资大，能耗大，成形件的形状和大小受到一定限制。

二、金属塑性成形过程的理论基础

1、金属塑性变形的能力

金属塑性变形的实质——金属塑性变形是金属晶体每个晶粒内部的变形（晶内变形）和晶粒间的相对移动、晶粒的转动（晶界变形）的综合结果。

金属塑性变形的能力又称为金属的可锻性，它指金属材料在塑性成形加工时获得毛坯或零件的难易程度。

可锻性用金属的塑性指标（延伸系数δ和断面减缩率Ψ）和变形抗力来综合衡量。

影响金属塑性的因素：

（1）金属本身的性质——纯金属塑性优于合金；铁、铝、铜、镍、金、银塑性好；金属内部为单相组织塑性好；晶粒均匀细小塑性好。

（2）变形的加工条件

1）变形温度↑，塑性↑；

2）变形速度的影响；

3）压状态为三向压应力时塑性最好。

图1.7 低碳钢力学性能与温度变化

图1.8 变形速度对塑性及变形抗力的影响

2、金属塑性变形的基本规律

（1）体积不变定理

金属固态成形加工中金属变形后的体积等于变形前的体积。

根据体积不变定律，在金属塑性变形的每一工序中，坯料一个方向尺寸减少，必然在其他方向尺寸有所增加，在确定各中间工序尺寸变化时非常方便。

（2）最小阻力定律

金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。

一般来说，金属内某一质点塑性变形时移动的最小阻力方向就是通过该质点向金属变形部分的周边所作的最短法线的方向。应用最小阻力定律可以事先判定锻造时金属截面的变化。

1.2 金属的锻造

锻造是塑性加工的重要分支。它是利用材料的可塑性，借助外力的作用产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和一定组织性能的锻件。锻造属于二次塑性加工，变形方式为体积成形。

锻造的分类：

锻造分为自由锻造和模锻两大类。

锻造材料：

锻造用材料涉及面很宽，既有多种牌号的钢及高温合金，又有铝、镁、钛、铜等有色金属；既有经过一次加工成不同尺寸的棒材和型材，又有多种规格的锭料。

锻造前的准备：

1．算料与下料

算料与下料是提高材料利用率，实现毛坯精化的重要环节之一。过多材料不仅造成浪费，而且加剧模膛磨损和能量消耗。下料若不稍留余量，将增加工艺调整的难度，增加废品率。此外，下料端面质量对工艺和锻件质量也有影响。

2．金属加热

加热目的锻造和模锻前金属的加热目的是：提高金属的塑性，降低变形抗力，以利于金属的变形和获得良好的锻后组织。因此金属加热是热锻生产中不可缺少的重要工序之一。

金属锻造温度范围的确定锻造温度范围时至始锻温度和终缎温度间的一段温度间隔。始锻温度主要受到过热和过烧的限制，它一般应低于熔点100～200℃。

对于碳钢，由状态图可看出，始锻温度应该随含碳量的增加而降低。对于合金钢，通常始锻温度随含碳量的增加降低得更多。

钢锭由于液态凝固时得到的原始组织比较稳定，过热的倾向小，因此钢锭的始锻温度可比同种钢的钢坯和钢材高20～50℃。

终锻温度主要应保证在结束锻造之前金属还具有足够的塑性以及锻件在锻后获得再结晶组织。但过高的锻造温度也会使锻件在冷却过程中晶粒继续长大，因而降低了力学性能，尤其是冲击韧度。

一、自由锻造

只用简单的通用工具，或在锻造设备的上、下铁砧间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需几何形状及内部质量的锻件的加工方法，称为自由锻造。

（一）自由锻造的基本工序

1．镦粗使毛坯高度减小、横断面积增大的锻造工序叫做镦粗，在坯料上某一部分进行的镦粗叫做局部镦粗。

镦粗用于由横断面积较小的毛坯得到横断面积较大而高度较小的锻件。例如：冲孔前增大毛坯横断面积和平整毛坯端面；提高下一步拔长时的锻造比；提高锻件的力学性能和减少力学性能的异向性等。反复进行镦粗和拔长可以破碎合金工具钢中的碳化物，并使其均匀分布。

镦粗时的注意事项：

1）为防止镦粗时产生纵向弯曲，圆柱体毛坯高度与直径之比不应超过2.5～3，在2～2.2的范围内更好。对于平行六面体毛坯，其高度与较小的基边之比应小于3.5～4。

镦粗前毛坯端面应平整，并与轴心线垂直。

镦粗前毛坯加热温度应均匀，镦粗时要把毛坯围绕着它的轴心线不停的转动，毛坯发生弯曲时必须立即校正。

2）镦粗较高的毛坯（H/D≈3）时，常常先要产生双鼓形（图1-1-5），上部和下不变形大，中部变形小。毛坯更高（H/D＞3）时，镦粗时容易失稳而弯曲，尤其当毛坯端面与轴线不垂直，或毛坯有初弯曲，或毛坯各处温度和性能不均，或砧面不平时更易产生弯曲。弯曲了的毛坯如不及时校正而继续镦粗则要产生折迭。

图1.9 高毛坯镦粗时形成双鼓形

2．拔长使毛坯横断面积减小而长度增加的工序叫拔长。有矩形断面毛坯的拔长和圆断面毛坯的拔长。拔长的主要问题是生产率和质量，主要的工艺参数时送进量（l）和压下量(Δh)，如图所示。

图1.10 拔长

1）矩形断面毛坯的拔长

矩形断面毛坯拔长时，送进量和压下量对质量的影响是很大的。送进量(l/h)过大时易产生外部横向裂纹、交裂和对角线裂纹。但当送进量过小，如l/h=0.25时，上部和下部变形大，中部变形小，变形主要集中在上、下部分，中间部分锻不透，而且轴心部分沿轴向受附加拉

应力，在拔长锭料和大截面的低塑性坯料时，易产生内部横向裂纹。综上所述，可以看出送进量过大和过小都是不好的，因此，正确的选择送进量极为重要。根据试验和生产实践，一般认为l/h=0.5～0.8虽然较为合适，但由于工具摩擦和两端不变形部分的影响，一次压缩后沿轴向的变形分布仍然是不均匀的。为了获得较为均匀的变形，使锻件和锻后的组织和性能均匀，在拔长操作使，应使前后各遍压缩时的进料位置相互错开。

2）圆断面毛坯的拔长

用平砧拔长圆断面毛坯时，若压下量较小，则接触面积较窄较长，金属多作横向流动，不仅生产效率低，而且常易在锻件内部产生纵向裂纹，如图所示。

图1.11 平砧、小压下量拔长圆形断面毛坯

图1.12 平砧、小压下量拔长圆形断面毛坯时产生的纵裂

拔长圆断面毛坯通常采用下述两种方法：

（1）在平砧上拔长时先将圆断面毛坯压成矩形断面，再将矩形断面毛坯拔长到一定尺寸，然后再压成八角形，最后锻成圆形，其主要变形阶段是矩形断面毛坯在平砧上拔长（2）在型砧（或摔子）内进行拔长，利用工具的侧面压力限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长。与平砧比可提高拔长生产效率20%～40%。在型砧内（或摔子内）拔长似的应力状态，也能防止内部纵向裂纹产生。拔长用型砧有圆型砧和V形砧两类，如图所示。

图1.13 型砧拔长圆断面毛坯

3．芯轴拔长

芯轴拔长是一种减小空心毛坯外径（壁厚）而增加其长度的锻造工序，用于锻制长筒类锻件，如图所示。

图1.14 用芯轴拔长

4．冲孔在坯料中冲出透孔或不透孔的锻造工序叫做冲孔。

（二）自由锻造工艺过程的制定

制定自由锻工艺过程的主要内容是：

1）根据零件图作出锻件图；

2）确定毛坯的重量和尺寸；

3）决定变形工艺和工具；

4）选择设备；

5）确定火次、锻造温度范围、加热和冷却规范；

6）确定热处理规范；

7）对锻件提出技术要求和检验要求；

8）编制工时定额。

1．锻件图的绘制

锻件图是根据零件图绘制的，在零件图的基础上考虑余块、机械加工余量和锻造公差三个因素而形成的。

锻件图上的锻件形状用粗实线描绘。为了便于了解零件的形状和检查锻造后的实际余量，在锻件图上用假象线（一线两点的点画线）或细实线画出零件的简单形状。锻件的公称尺寸和公差注在尺寸线上面，而机械加工后的零件工称尺寸注在尺寸线下面的括号内，加放余块的部分在尺寸线之间的括号内注上零件尺寸。在锻件图上还应注明锻件的总长和各部分的长度。

2 确定毛坯的重量和尺寸

1）毛坯重量的计算

锻制锻件所需毛坯重量为锻件重量与锻造时金属损耗的重量之和，计算重量的公式如下：

G毛坯=G锻件+G切头+G烧损

式中G毛坯——所需原毛坯重量；

G锻件——锻件的重量；

G切头——锻造过程中切掉的料头等的重量；

G烧损——烧损的重量。

当用钢锭作原毛坯时，上式中还应加上冒口重量G冒口和底部重量G底部。

锻件重量G锻件根据锻件图决定。对于复杂形状的锻件，一般先将锻件分成形状简单的几个单元体，然后按公称尺寸计算每个单元体的体积，G锻件可按下式求得：

G锻件=γ（V1+V2+…+V n）

式中γ——金属的密度；

V1、V2、…V n——各单元体体积。

2）毛坯尺寸的确定

毛坯尺寸的确定与所采用的第一个基本工序（镦粗或拔长）有关，所采用的工序不同，确定的方法也不一样。

（1）采用镦粗法锻制锻件时，毛坯尺寸的确定

对于钢坯，为避免镦粗时产生弯曲，应使毛坯高度H不超过其直径D（或方形边长A）的2.5倍，但为了在截料时便于操作，毛坯高度H不应小于1.25D（或A），即

1.25D（A）≤H≤

2.5D（A）

对圆毛坯：

金属塑性成性原理考试资料

1、塑性：在外力的作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。 2、塑性成形：金属材料在一定的外力作用条件下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形也称塑性加工或压力加工。 3、塑性成形分为块料和板料成形，块料成型又分为一次加工和二次加工。 4、一次加工：生产原材料，加工方法包括轧制、挤压、和拉拔。 5、二次加工：生产零件或坯料，加工方法包括自由锻和模锻。 6、滑移：所谓滑移是指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向，相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。 7、就金属的塑性变形能力来说，滑移方向的作用大于滑移面的作用。 8、滑移面对温度具有敏感性。 9、设拉力P 引起的拉伸力为σ，则在此滑移方向上的切应力分量为τ=σcos Φcos λ,令u=cos Φcos λ，若Φ=λ=45o，则u=u ax m =0.5 τ=τmax =σ/2 10、位错增值：由于晶体产生一个滑移带的位移量

需要上千个位错的移动，且当位错移至晶体表面产生一个原子间距的位移后，位错便消失，这样，为使塑性变形能不断进行，就必须有大量的位错出现，这就是在位错理论中所说的位错的增值。11、晶体中的滑移过程，实质就是位错的移动和增值过程，加工硬化的原因就是位错增值。 12、孪生：是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）发生均匀切变。 13、晶间变形：晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。…………晶间变形小，主要是因为晶间变形强度低。 14、塑性变形的特点：（1）各晶粒变形的不同时性（2）各晶粒变形的相互协调性（3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 (屈服强度)越大，δ越大，金属A晶粒越细，σ B 的塑性也越好。 15、冷塑性变形对金属组织和性能的影响：（一）组织的变化：1、晶粒形状的变化；2、晶粒内产生亚结构；3、晶粒位向改变；4、晶粒内部出现滑移带和孪生带。（二）性能的变化：金属的力学性能

金属材料的塑性成形

第3章金属材料的塑性成形 概述 3.1金属塑性成形基础 3.2 常用的塑性成形方法 3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料

概述 金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性， 在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。 塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。 金属塑性成形的基本生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。

塑性成形的特点及应用： （1）消除缺陷，改善组织，提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。 （4）零件精度较高。应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。 但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。 塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。例如，飞机上的塑性成形零件约占85%；汽车、拖拉机上的锻件占60%～80%。

3.1 金属塑性成形基础 3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形 3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和 性能的变化 3.1.4 金属的塑性成形工艺基础

3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性 变形 金属塑性变形最常 见的方式是滑移。 滑移是晶体在 切应力的作用下， 一部分沿一定的晶 面（亦称滑移面） 和晶向（也称滑移 方向）相对于另一 部分产生滑动。 晶体滑移变形示意图

金属材料的塑性

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。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，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。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。字串2 编辑本段 金属材料的硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度（HB） 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度（HR） 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。 3 维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。

金属塑性成型原理

第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。

金属材料弹塑性参数测定(E、U、G等)

实验名称：金属材料弹塑性参数测定(E、U、G等） 传感器是一种测量装置，用来把有关的物理量转变成具有确定对应关系的电量输出，以满足对于信息的记录、显示、传输、存储、处理以及控制的要求。传感器是实现自动测量与控制的第一个环节，在生产实践和科学研究的各个领域中发挥着十分重要的作用。本实验要进行分析、设计、制作电阻应变式传感器，并利用电桥作为基本的测量电路，利用静态电阻应变仪作为放大与输出仪器。标定制作好的电阻应变式传感器。 一、实验目的 1．学习并掌握电阻应变式传感器的结构、原理和设计方法。 2．理解并掌握电阻应变式传感器的标定方法，建立标定的概念，学会相关仪器的使用方法。 3．复习掌握电阻应变片的筛选、粘贴、焊接、检验等操作方法。 4.测定材料的弹性模量E和泊松比u 二、实验设备与仪器等 1．静态电阻应变仪。 2．标定器、计算器、数字式万用表、游标卡尺、电烙铁、剥线钳等。 3．弹性元件等传感器母体。 4．电阻应变片、接线端子、导线、502胶、丙酮、焊锡、砂纸等。 5. 金属筒（R=48mm，r=40mm） 三．原理与方法 电阻应变测量法是实验应力分析中应用最广的一种方法。电阻应变测量方法测出的是构件上某一点处的应变，还需通过换算才能得到应力。根据不同的应力状态确定应变片贴片方位，有不同的换算公式。 测量电桥的基本特性和温度补偿 构件表面的应变测量主要是使用应变电测法，即将电阻应变片粘贴在构件表面，由电阻应变片将构件应变转换成电阻应变片的电阻变化，而应变片所产生的电阻变化是很微小的，通常用惠斯顿电桥方法来测量，惠斯顿电桥是由应变片作为桥臂而组成的桥路，作用是将应变片的电阻变化转化为电压或电流信号，从而得到构件表面的应变。在测量时，将应变片粘贴在各种弹性元件上，组成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或从复杂的受力构件中测出某一内力分量(如轴力、弯矩等)。利用电桥的基本特性正确地组成测量电桥。 测量电桥的基本特性 A B C D R1R 2 R4R3 U BD U

浅谈金属材料的塑性

浅谈金属材料的塑性 什么是金属材料的塑性? 塑性是材料在某种给定载荷下产生永久变形而不破坏的能力。对大多数的工程材料,当其应力低于弹性极限时, 产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状。这种情况下，应力的应变关系是线性的，表现为弹性行为。而应力超过弹性极限后，发生的变形包括弹性变形和塑性变形两部分，塑性变形不可逆。 而金属材料的塑性是指金属在载荷外力的作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）两个指标来衡量。延伸率计算公式为δ=[(L1-L0)/L0]x100%；断面收缩率计算公式为ψ=[(F0-F1)/F0]x100%。金属材料在锻压、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法，统称为塑性加工。金属材料的塑性有什么用? 在前面两个公式中不难看出δ与ψ值越大，金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，则该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。同时起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定了金属材料硬度值，塑性变形抗力越高，材料的强度越高，硬度值也就越高。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，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。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。

金属塑性

1、什么是金属塑性？什么是塑性成型？塑性成型有何特点？ 塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。利用金属在一定的外力作用下产生塑性变形，并获得具有一定形状、尺寸和机械性能的材料、毛坯或零件的加工方法，称为金属的塑性成形（也称压力加工）。塑性成型特点：1组织、性能好2材料利用率高3尺寸精度高4生产率高，易实现连续化、自动化、高速、大批量生产 不足：设备较庞大，相对能耗较高，成本较高2试述塑性成型的一般分类？ 一、板料成型：1、一次加工：1）轧制2）挤压3）拉拔2、二次加工：1）自由锻2)模锻二、块料成型：1、分离工序:1)冲裁2）落料2、成型工序：1）弯曲2）拉深三、按温度分：热成型、冷成型、温成型3、试简述滑移和孪生两种变形机理的主要区别？滑移与孪生的比较相同点：通过位错运动实现；两者都不改变晶体结构类型区别：1）晶体中的位向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同孪生：已孪生部分（孪晶）和未孪生部分(基体)的位向不同，两部分之间具有特定的位向关系（镜面对称）2）变形机制：滑移是全位错运动的结果；孪生是部分位错3）对塑性变形的贡献：总变形量大；孪生（小）4）变形应力：近似临界分切应力；高于临界分切应力5）变形条件：一般情况下，先发生滑移变形；滑移变形难以进行时，或晶体对称度很低、变形温度较低、加载速率较高，发生孪生变形4、试分析多晶体塑性变形的特点？（1）各晶粒变形的不同时性首先在位向有利、滑移系上切应力分量已优先达到临界值的晶粒内发生2）各晶粒变形的相互协调性晶粒的变形需要相互协调配合，才能保持晶粒之间的连续性，即变形不是孤立和任意的。（3）变形的不均匀性软位向的晶粒先变形，硬位向的晶粒后变形，其结果必然是各晶粒变形量的差异，这是由多晶体的结构特点所决定的。5、什么是加工硬化？加工硬化产生的原因？加工硬化对塑性加工有何利弊？1）加工硬化：塑性变形时，随着内部组织结构变化，金属金属强度、硬度增加，而塑性、韧性降低的现象。2）加工硬化是位错与交互作用有关，随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶、位错纠缠等障碍。以致形成细胞亚状结构，是位错难以越过这些障碍而被限制在一定的范围内运动。金属要继续变形，就要不断外力，才能克服强大的交互作用。3）有利的方面：1、是金属强化的重要途径2、对不能用热处理方法强化的材料，借助冷塑性变形来提高其力学性能。3、对改善板料成型性能有积极的意义。不利的一面：金属塑性下降、变形抗力升高、继续变形越来越困难；对高硬化速率的多道次成形，需增加中间退火来消除加工硬化，降低了生产效率、提高成本6、什么是动态再结晶？影响动态再结晶的因素有哪些？1）动态在结晶：是在热塑性变形过程发生的再结晶。2）影响因素：位错能的高低，晶界迁移的难易程度、应变速率、变形温度等有关。7、什么是动态回复？为什么说动态回复是热塑变形的主要软化机制？动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复。原因: 层错能高，变形时扩展位错的宽度窄、集束容易，位错的交滑移和攀移容易进行，位错容易在滑移面间转移，而使异号位错互相抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平8、与常规塑性变形相比，超塑性变形具有哪些主要特征？1、大伸长率，高达百分之几千2、无缩颈，拉伸时变现均匀的截面缩小，断面收缩率甚至可接近100%3、低流动应力，仅（几个—几十个）N/mm，对应变速率非常敏感4、具有极好的流动性和充填性，加工复杂精确的零件。9、什么是细晶超塑性？什么是相变超塑性？细晶超塑性：一定恒温，应变速率和晶粒度都满足要求，呈现的超塑性相变超塑性：要求具有相变或同素异构转变，一定的外力下，金属或合金在相变温度附近反复加热和冷却，经过一定的循环次数后，获得很大的伸长率。10、超塑性变形的力学方程中的m的物理意义是什么？m值指的是应变速率敏感指数：反应材料抗局部收缩或产生均匀拉深变形的能力。 11、什么是塑性？什么是塑性指标？为什么说塑性指标只具有相对意义？1）塑性：是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。2）塑性指标：金属在破坏前产生的

金属材料的塑性成形

第一章金属材料的塑性成形 1.1 概述 金属材料的塑性成形又称金属压力加工，它是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。 金属材料固态成形的基本条件：一是成形的金属必须具备可塑性；二是外力的作用。 一、金属塑性成形的方法： （1）轧制将金属材料通过轧机上两上相对回转轧辊之间的空隙，进行压延变形成为型材的加工方法。如图所示：压机开坯、轧板、轧圆钢等。 图1.1 轧制 （2）挤压将金属置于一封闭的挤压模内，用强大的挤压力将金属从模孔中挤出成形的方法。 图1.2 挤压 （3）拉拔将金属坯料拉过拉拔模模孔，而使金属拔长、其断面与模孔相同的加工方法。 图1.3 拉拔 （4）自由锻造将加热后的金属坯料置于上下砧铁之间受冲击力或压力而变形的加工方法。 图1.4 自由锻造

（5）模型锻造（模锻）将加热后的金属坯料置于具有一定形状的锻造模具模膛内，金属毛坯受冲击力或压力的作用而变形的加工方法。 图1.5 模锻 （6）板料冲压金属板料在冲压模之间受压产生分离或变形而形成产品的加工方法。 图1.6 板料冲压 按金属固态成形时的温度，其成形过程分为两大类： （1）冷变形过程金属在塑性变形时的温度低于该金属的再结晶温度。 冷变形的特征——金属变形后产生加工硬化。 （2）热变形过程金属在塑性变形时的温度高于该金属的再结晶温度。 热变形的特征——金属变形后会再结晶，塑性好，消除内部缺陷，产生纤维组织。 金属塑性加工的特点： （1）材料利用率高 （2）生产效率高 （3）产品质量高，性能好，缺陷少。 （4）加工精度和成形极限有限。 （5）模具、设备费用高。 利用金属固态塑性成形过程可获得强度高、性能好的产品，生产率高、材料消耗少。但该方法投资大，能耗大，成形件的形状和大小受到一定限制。 二、金属塑性成形过程的理论基础 1、金属塑性变形的能力 金属塑性变形的实质——金属塑性变形是金属晶体每个晶粒内部的变形（晶内变形）和晶粒间的相对移动、晶粒的转动（晶界变形）的综合结果。 金属塑性变形的能力又称为金属的可锻性，它指金属材料在塑性成形加工时获得毛坯或零件的难易程度。 可锻性用金属的塑性指标（延伸系数δ和断面减缩率Ψ）和变形抗力来综合衡量。 影响金属塑性的因素： （1）金属本身的性质——纯金属塑性优于合金；铁、铝、铜、镍、金、银塑性好；金属内部为单相组织塑性好；晶粒均匀细小塑性好。 （2）变形的加工条件 1）变形温度↑，塑性↑； 2）变形速度的影响； 3）压状态为三向压应力时塑性最好。