第四讲钛的压力加工原理.doc

1第四讲第四讲 钛的压力加工原理钛的压力加工原理一、金属压力加工一、金属压力加工施加外力，迫使金属改变形状、尺寸及性能的工艺过程压力加工形式多样压力加工形式多样：锻造、轧制、拉拔、挤压、旋压等轧制有：轧板、轧棒、轧管、轧环、轧型材本节讨论它们的共性问题！本节讨论它们的共性问题！ 二、金属变形条件二、金属变形条件（（1）外力）外力：拉应力、压应力、切应力分切应力是直接产生金属变形的力（（2）温度）温度：它影响金属的变形能力热加工：热加工：T再以上加工，可产生动态再结晶温加工：温加工：T再以下一定温度，可产生“恢复”的加工冷加工冷加工：室温下加工，可产生严重加硬化（（3）设备）设备：施加外力的设备，如锻锤、轧板机、挤压机（（4）模具）模具：它约束金属的变形行为如“弧形砧” 、拉丝模、挤压模等（（5）外摩擦）外摩擦：它影响金属表面的变形行为涉及摩擦系数，工具摩损及润滑问题它是易被忽视的因素磨擦力大小，有利也有弊如：动轧机轧辊表面刻痕，可增大磨擦力，咬入角2冷轧机轧辊抛光，可降低薄板轧制力，提高产品精度三、金属结构三、金属结构多层次微观结构（1）晶粒、孔洞、夹杂、裂纹肉眼 、放大镜可见3（（2）显微组织、第二相、晶界）显微组织、第二相、晶界 显微镜观察显微镜观察等轴、魏氏、网篮、双态组织、带状组织等轴、魏氏、网篮、双态组织、带状组织（（3）亚晶、亚晶界）亚晶、亚晶界 电镜观察电镜观察4（（4）空位、溶质原子）空位、溶质原子 X 射线分析、超高倍电镜射线分析、超高倍电镜（（5）晶体线缺陷（位错））晶体线缺陷（位错） X 射线分析、超高倍显微镜射线分析、超高倍显微镜四、金属变形的宏观表现四、金属变形的宏观表现（（1）形状与尺寸的改变）形状与尺寸的改变，板、带、棒、线等产品形成（（2）材料性能的变化）材料性能的变化，包括力学、物理、化学性能变化力性：强度升高，塑性下降，内应力物性：电阻升高，导电率下降化性：耐蚀性下降变化的本质变化的本质：原子的移动，晶体结构变化，5晶格畸变，微观结构改变。

五、金属变形的微观机制五、金属变形的微观机制1、金属晶体金属晶体 是金属原子依靠金属键结合而成的是依靠各正离子与“电子气”间的相互引力结合起来的2、金属塑性变形、金属塑性变形 是晶体中原子发生相对位移的结果是晶体中原子发生有序移动的结果3、变形从局部滑移开始、变形从局部滑移开始（相对错动而不是正面分离）4、滑移滑移从最有利的位相开始65、滑移滑移从滑移阻力最小的晶面开始6、滑移滑移从最密排面（面间距最大的面开始） 7、滑移滑移从最密排方向开始8、滑移滑移通过位错运动而进行的位错主要是刃型位错，是结晶时天然形成的9、位错易动位错易动，滑移所需的临界分切应力很小7高纯钛：棱柱面 τb=20MPa 基面 τb=85MPa10、多个滑移系参与滑移多个滑移系参与滑移，大量位错运动，产生宏观变形六、加工硬化六、加工硬化（1）加工硬化加工硬化是指随着塑性变形程度的增加，金属材料张度、硬度增加而塑性、韧性下降的现象例如：：TA2、TC4加工硬化曲线（2）加工硬化加工硬化是由于位错密度增加，发生位错的大量塞积和缠绕，位错相互作用，位错与溶质原子作用，位错与第二作用8（3）加工硬化加工硬化是晶体缺陷大量增加的结果。

4）通过退火通过退火，原子回到平衡位置，减少或消除晶格畸变，可以消除加工硬化5）位错在障碍物（如晶界）前塞积，可形成微裂纹微裂纹长大，扩展成裂纹，造成金属断裂6）金属断裂形式有多样9七、影响金属变形的因素七、影响金属变形的因素107.1 加工温度加工温度（1）温度升高，原子间结合力下降，位错运动阻力减小，变形抗力下降，塑性提高2）加工工艺塑性图）加工工艺塑性图表征变形抗力，塑性与温度关系（3）钛的开坯锻造，都在 β 区高温下进行主要是为降低锻造抗力降低设备吨位，减小投资7.2 应变速率应变速率11应变速率越高，变形抗力越大TC6变形抗力与应变速率及温度关系不同应变速率下变形抗力 MPa变形温度℃10-21101027002904995135278009001000110016446482应变速率体现在挤压速度，拉抗速度，轧制速度，锻造速度等板材轧制速度 1~5m/秒管、棒材挤压速度 50~120mm/秒12线材轧制速度 Ф12mm 4~6 m/秒Ф5.5mm 55 m/秒速度过低，冷却降温快，不能连续轧制；速度过高，产生“过热组织” ，恶化产品性能。

7.3 设备与变形方式设备与变形方式设备不同，变形方式方式不同，变形速率不同以锻造为例：自由锻造（常规锻造） ，热模锻造，等温锻造，锻造的加工温度（相对温度）与变形速率（加压时间）的比较137.4 模具模具模具影响金属的受力与金属的流动塑性变形的三大基本规律1））体积不变形定律体积不变形定律（（2））最小阻力定律最小阻力定律（（3））不均匀变形不均匀变形模具材质和技术参数锻造砧：砧面长宽比轧辊：直径、辊型（凸度）挤压模：进出口及定径带尺寸7.5 摩擦力与润滑摩擦力与润滑自由锻造时，摩擦力造成变形不均摩擦力造成变形不均，四个变形区1.2 难变形区 3.4 自由变形区 5 易变形区14玻璃润滑可显著降低摩擦系数玻璃润滑可显著降低摩擦系数无润滑剂时 摩擦系数 ~0.5玻璃润滑时 摩擦系数 0.04~0.06钛挤压采用钢、铜做包套，有润滑与保温双速作用钛挤压采用钢、铜做包套，有润滑与保温双速作用不同工模具和不同加工温度要选择不同润滑剂不同工模具和不同加工温度要选择不同润滑剂八、钛合金的动态再结晶与超塑性八、钛合金的动态再结晶与超塑性（（1）动态再结晶）动态再结晶在高温下变形，一方面产生晶体缺陷，产生加工硬化，另一方面会产生恢复和再结晶，使材料软化。

如果变形速度比较慢， （如等温模锻）再结晶得以充分进行在适当条件下，加工硬化与再结晶达到平衡，这种再结晶称为动态再结晶动态再结晶降低材料变形抗力等温锻造所需的锻造力只需有普通锻造的 1/5~1/102）超塑性）超塑性超塑性就是特别高的塑性，延伸率可达 200%—2000%TC4合金产生超塑性的条件：合金产生超塑性的条件：①具有 α＋β 等轴细晶组织②在 920℃—940℃范围内变形③采用低的应变速率利用超塑性变形可生产出形状复杂的薄壁钛合金模锻件15。