5.1.2 锻压基础知识（课件）·高一《金属加工基础》同步精品课堂(机工版·第2版）

《金属加工基础》（第1版）机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 锻压 锻压基础知识（第1课时） 知识目标 熟悉金属的塑性变形，金属多晶体的塑性变形和金属的冷变形强化。 能力目标 了解回复、再结晶和晶粒长大，锻造流线与锻造比和坯料加热。 情感目标 提供对基础知识的学习和运用，乐于探索机械专业的学习规律，培养学生综合学习的能力。 三维目标 第一章 绪论 导入情景 01 思考：锻压加工原理是什么？ 新知学习 02 五、锻压加工原理简介 可锻性是金属在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。一般来说，金属的塑性好， 变形抗力小，则金属的可锻性就好；反之，金属的塑性差，变形抗力大，则金属的可锻性 就差。 新知学习 02 1.金属的塑性变形 金属在外力的作用下会产生塑性变形，而塑性变形会导致金属的组织和性能发生变化。 因此，了解金属的塑性变形规律对于认识金属压力加工的原理具有重要的指导意义。(1)金属单晶体的塑性变形 金属单晶体的变形方式主要有滑移和孪晶两种，在大多数情况下金属塑性变形的主要方式是滑移。如图5-1所示，在切应力的作用下，金属单晶体 的一部分会相对于另一部分沿着一定晶面上的某一方向产生运动，这种现象称为滑动。产生 滑动的晶面称为滑移面，产生滑移的方向称为滑移方向。 一般来说，滑移面是原子排列密度 最大的平面，滑移方向是原子排列密度最大的方向。 新知学习 02 新知学习 02 从理论上分析，理想的金属单晶体产生滑移运动时需要很大的变形力，但实验测定的金 属单晶体滑移时的临界变形力却只有理论计算数值的百分之一。这说明金属的滑移并不是晶 体的一部分沿滑移面相对于另一部分作刚性的整体位移，而是通过晶体内部的位错运动实现 的，如图5-2所示。 新知学习 02 拓展知识 金属在滑移变形过程中，部分旧的位错逐渐消失，同时产生大量新的位错，但金属内 部总的位错数量是增加的。金属内部大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变形过程。 位错运动观点认为：金属内部的晶体缺陷会与位错相互纠缠并阻碍位错运动，从而导致金属产生强化，即产生冷变形强化现象。 新知学习 02 (2)金属多晶体的塑性变形 实际的金属材料是由多晶体杂乱地组 合而成的，因此，金属多晶体的塑性变形过程可以看成许多单晶体塑性 变形的总和。另外，金属多晶体塑性变形过程还存在着晶粒与晶粒之间 的滑移和转动，即晶间变形，如图5-3所示。 新知学习 02 但金属多晶体的塑性变形 一般以晶内变形为主，晶间变形很小。由于金属多晶体内部存在晶界， 而晶界处的原子排列紊乱，各个晶粒的位向也不同，因此，位错在晶界 处的运动较难。所以，金属内部的晶粒越细，晶界面积越大，金属的变 形抗力就越大，金属的强度也越高；另外，金属内部的晶粒越细，金属 的塑性变形也就更容易分散在更多的晶粒内进行，应力集中较小，金属的塑性变形能力也越好。因此，生产中都希望金属材料尽量获得细晶粒组织。 新知学习 02 (3)金属的冷变形强化 随着金属冷变形程度的增加，金属的强度和硬度指标逐渐提 高，而塑性和韧性指标逐渐下降的现象称为冷变形强化。金属经冷变形后，其晶格结构会产 生严重畸变，形变金属内部的晶粒会被压扁或拉长，形成纤维组织(图5-4)。 新知学习 02 此时金属内 部的位错密度提高，变形抗力增大，变形难度加大，导致金属的可锻性恶化。图5-5所示是 低碳钢塑性变形时力学性能的变化规律，从图中可以看出，低碳钢的强度与硬度会随着变形 量的增大而提高，塑性与韧性则明显下降。 新知学习 02 2. 回复、再结晶和晶粒长大 冷变形金属是不稳定的组织状态，它具有自发地向稳定组织状态转变的趋势。但在室温 下，由于多数金属原子的活动能力很差，这种转化趋势难以实现，因此，生产中常采用加热的方式促使这种转变趋势发生。对冷变形后的金属进行加热时，金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大三个变化，如图5-6所示。 新知学习 02 (1)回复 它是将冷变形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶粒内的残留应力大大减少的现象。冷变形金属经过回复后，其强度和硬度基本保持不变，但塑性和韧性略有提高，残留内应力被部分消除。例如，采用冷拔弹簧钢丝绕制弹簧后常进行低温退火处理(或定形处理),这就是利用回复过程保持冷拔钢丝的高强度，同时消除冷卷弹簧时产生的内应力。 新知学习 02 (2)再结晶 它是指当加热温度较高时，塑性变形后的金属中被拉长了的晶粒重新生核、结晶、变为等轴晶粒的过程。再结晶提高了金属的塑性与韧性，降低了金属的硬度和强度，恢复了变形 金属的可锻性。再结晶是在一定的温度范围内进行的，开始产生再结晶现象的最低温度称为 再结晶温度。纯金属的再结晶温度与其熔点的关系是T再≈0.4T熔式中 T辩——纯金属的热力学温度熔点 (K)。 再