1、绪 论,0.1 材料加工在国民经济中的地位特点0.2 材料加工的内涵0.3 金属塑性加工0.4 塑性加工理论的发展概况0.5 本课程的任务0.6 金属材料加工的主要方向,0.1 材料加工在国民经济中的地位特点,金属采用塑性加工方法成材，不仅以其原材料消耗少、生产效率高、产品质量稳定，而且能有效地改善和控制金属的组织与性能，在国民经济与国防建设中占有十分重要的地位。,1、航空航天,2、武器装备,3、交通运输,4、建筑,金属塑性加工原理,主讲：张新明 教授中南大学 材料科学与工程学院,5、家用电器,0.2 材料加工的内涵,1.材料加工,采用一定的加工方法和技术，使材料达到与原材料不同的状态(化学成
2、分上完全相同),使其具有更优良的物理性能、化学性能和力学性能。,2.材料的可加工性,材料对加工成形和工艺所表现出来的特性，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。,3.材料加工需考虑的基本原则,使用性能：高强、高韧、耐蚀等 工艺性能：轧、挤、拉、锻、焊等 环保性能：放射性、毒气、“三废”等 经 济 性：成本、性价比等,4.金属材料加工所涉及的内容,(1) 液态金属的熔炼与铸造； (2) 金属塑性加工与热处理； (3) 复合材料与层状复合材料加工； (4) 材料连接； (5) 材料切削加工； (6) 粉末冶金； (7) CVD(chemical vapour deposit
3、ion),PVD(phsical vapour deposition)等,5.小结,金属材料在国民经济、国防军工建设中占有极其重要战略地位，金属塑性加工原理这门课程旨在讲述有关高性能材料设计、成形制备、性能表征与评价以及应用方面的重要专业基础知识。,金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。,0.3 金属塑性加工,1.材料加工,钢、铝、铜、钛等及其合金。,2.适用范围,3. 主要加工方法,(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧。,举例：汽车车身板、烟箔等；
4、 其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。,3. 主要加工方法,(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取各种断面金属材料的加工方法。,举例：管、棒、型； 其它：异型截面。,正挤,反挤,3. 主要加工方法,卧式挤压机,3. 主要加工方法,(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而产生塑性变形的加工,我国自行研制的万吨级水压机,3. 主要加工方法,B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲 击力或压力而产生塑性变形的加工。举例：飞机大梁，火箭捆挷环等,万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环,3. 主要加工方法,(5) 冲压：金属坯料在冲
5、模之间受压产生分离或 变形的加工方法。,4. 特点,(1)质量比铸件好(尺寸精度高，表面质量好、性 能好)；a. 细化晶粒；b.消除微观缺陷。 (2)不产生切削，金属利用率高； (3)易实现连续化、自动化、高速、大批量生产； (4)设备较庞大，相对铸造能耗较高。,金属塑性加工力学：连续介质力学晶体力学 CMTP (Continuum Mechanics of Textured Polycrystals) 塑性变形材料学 : 1）塑性变形组织控制2）织构控制 塑性加工摩擦学 ： 干摩擦、湿摩擦、边界摩擦、混合摩擦润滑剂,0.4 塑性加工理论的发展概况,是随塑性力学(塑性理论)在金属塑性加工中的应
6、用而发展起来的一个分支。,1. 金属塑性加工力学(力学冶金),1864年Tresca首次提出最大剪切屈服准则；1925年Karman将塑性力学应用于塑性加工；Sachs和Siebel提出工程法(主应力法)；20世纪中期建立滑移线法研究平面变形；20世纪50年代发展变形功平衡法；现代，塑性有限元法。,2. 金属塑性加工材料学,运用物理冶金原理研究塑性变形过程中金属的组织演变及性能变化的规律。 运用位错理论解释金属塑性变形过程，如滑移、机械孪生、加工硬化、裂纹形成、扩展和断裂。 胞状结构、剪切带、过渡带、形变带以及晶粒取向演变与分布。,25 m,(c),ND/001,用电子背散射衍射（EBSD）技
7、术获得的微取向分布上图,3. 塑性加工摩擦学,机械摩擦理论： 阿芒顿库仑定律； 粘着摩擦理论： 1、F.P.鲍D.泰伯焊合摩擦理论 2、.B克拉盖尔斯基理论 磨损 润滑,塑性加工过程中接触表面间的相对运动引 起摩擦，发生一系列物理、化学和力学变化，对金属塑性变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。,0.5 本课程的任务,增量理论 ： 1、Levy-Mises增量理论 2、Prandtl-Reuss理论 磨损全量理论： Hencky全量理论,学习塑性力学的基础知识，掌握应力应变分析、 塑性变形物性方程等变形力学知识，为塑性加工过 程中变形体的应力、应变分析及变形力与功的计算 奠定力学基础。,0.
8、5 本课程的任务,学习金属塑性变形的物理冶金知识，掌握塑性变形时金属流动和变形不均匀分布规律，分析影响金属塑性流动和变形不均匀的影响因素、金属塑性变形的微观机理和组织性能变化规律，为确定塑性加工的温度、速度等条件，获得最佳塑性状态和制品组织性能奠定材料学基础。,0.5 本课程的任务,学习塑性加工过程中摩擦与润滑的基本知识，掌握摩擦基本的特点与规律；摩擦对塑性加工过程的影响与作用；塑性加工工艺润滑的基本理论，为合理选择润滑剂及润滑工艺奠定物理化学基础。,0.6 金属材料加工的主要方向,常规材料加工工艺的短流程化和高速、高效 化连铸连轧 发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制热连轧，冷连轧 材料设计、制备与成形加工一体化整体构件,0.6 金属材料加工的主要方向,开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新制品快速冷凝、喷射沉积 发展计算机数值模拟、仿真模拟及神经网络技 术，构筑完善的材料数据库。 材料的智能制备与成形加工技术。,
