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第二篇塑性成型复习题概述1.什么是塑性变形理论中的最小阻力定律和塑性变形前后体积不变的假设？金属受外力作用发生塑性变形时，如果金属内部颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向上移动，这就叫最小阻力定律。在塑性变形时，变形前物体的体积等于变形后的体积。2．何谓金属塑性变形件的“纤维组织”？具有“纤维组织”的金属有何特性？何谓“纤维组织”利用原则。纤维组织:铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形的方向被拉长，呈纤维形状，这种组织叫纤维组织。特性：具有纤维组织的金属各个方向的机械性能不同，顺着纤维方向的机械性能比垂直纤维方向的好，金属变形程度越大，纤维组织就越明显，纤维组织化学稳定性强,通过热处理不能消除，只能通过不同方向上的锻压能改变纤维组织的分布状况。充分利用纤维组织的方向性，利用原则：①使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断②使零件所受最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。3．何谓金属热变形时的过热、过烧现象？过热：若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属机械性能降低，这种现象称为过热。过烧：若加热温度接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为过烧。4.影响金属材料塑性的因素有哪些？材料性质的影响-(内因)(1)化学成分的影响一般地说，纯金属的可锻性比合金的可锻性好。合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。(2)金属组织的影响一般纯金属固溶体好于碳化物等析出相，晶粒细小均匀好于粗晶组织、好于柱状晶组织。加工条件的影响-外因（1）变形温度的影响：在一定范围内，温度升高，原子动能升高，塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。（2）变形速度的影响：（a）变形速度大，恢复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金塑性下降，变形抗力增大，可锻性变坏。（b）变形速度增大，热效应现象越明显，金属的塑性增高，变形抗力下降(图中a点以后)但该热效应只有在高速锤上锻造时才能实现，在一般设备上都不可能超过a点的变形速度，故一般锻件还是应采用较小的变形速度为宜。（3）应力状态的影响三向应力状态图中，压应力的数量愈多，则其塑性愈好，拉应力的数量愈多，其塑性愈差。5.什么是金属塑性加工过程中的冷变形，其变形特点是什么？变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中，只有加工硬化而无回复再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织这种变形称为冷变形。特点：①变形抗力大②变形程度小③表面质量好，尺寸精度高，机械性能好。6.什么是金属塑性加工过程中的热变形，其变形特点是什么？热变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶组织，无任何加工硬化痕迹。特点：①变形抗力小②变形程度大，可加工尺寸较大和形状复杂的工件③获得具有高机械性能的再结晶组织④表面易生成氧化皮，尺寸精度和表面质量较低。⑤劳动条件差第一章体积塑性成型工艺自由锻1．自由锻工艺镦粗圆柱形坯料时按坯料内部变形的大小不同可将其分成几个区？哪个区变形最大？哪区变形最小？变形区按变形程度大小大致可分为三个区:Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区图(2-1-4)变形程度：Ⅱ区Ⅲ区Ⅰ区称Ⅰ区为困难变形区2．自由锻镦粗圆柱形坯料时其主要质量问题是什么？说明以上缺陷产生的原因及通常采用的防止措施。（1）纵向裂纹原因：由于Ⅱ区变形程度大，Ⅲ区变形程度小，于是Ⅱ区向外流动时便对Ⅲ区金属作用有压应力，并使其在切向受拉应力，愈靠近坯料表面拉应力愈大，当切向拉应力超过材料当时的强度极限时，或切向变形超过材料允许的变形程度便引起纵向裂纹，低塑性材料的抗剪切能力弱，常在侧表面产生45°方向的裂纹。⑵上、下端面保留铸态组织由于Ⅰ区变形程度小和温度低，故镦粗锭料时此区铸态组织不易破碎和再结晶，结果仍保留粗大的铸态组织。而Ⅱ区内变形程度大、温度高，铸态组织被破碎和再结晶充分，从而形成细小晶粒的锻态组织，而且锭料中原有孔隙也被焊合了。[3]高坯料镦粗时，常由于失稳而弯曲。主要措施⑴使用润滑剂和预热工具。常用玻璃粉、玻璃棉、石墨粉。镦粗工具预热到200－300℃⑵采用凹形毛坯。锻造低塑性材料大型锻件时，镦粗前将坯料压成凹形，这时镦粗沿径向有径向压应力分量产生对侧面纵向开裂起阻止作用。（图2-1-5）⑶采用软金属垫。热镦粗大型或较大型低塑性材料时，在工具和坯料之间放置一块温度不低于坯料温度的软金属垫(一般为碳素钢)。由于软垫变形抗力低，故先变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹(图2-1-6b)，当继续镦粗时，软垫直径增大，厚度减薄，温度降低，变形抗力增大，此时坯料明显镦粗，侧面内凹消失，呈现圆柱形，再继续镦粗时可获得程度不太大的鼓形。由于镦粗过程中坯料侧面内凹，沿侧表面有压应力分量产生，因此产生裂纹的倾向显著降低，又由于坯料上、下端面有了较大的变形，故不再保留有铸态组织了。⑷铆镦、叠镦及套环内镦粗。铆镦：预先将坯料端部局部成型，再重击镦粗把内凹部分镦出。叠镦：用于扁平的圆盘锻件，将两件叠起来镦粗，然后两件上下颠倒位置继续镦粗，消除鼓形。在套环内镦粗：在坯料外圈套上一个碳钢圈，靠套环的径向压力来减少由于变形不均而引起的附加拉应力，镦粗后外套去掉。（图2-1-8）⑸反复镦粗拔长的锻造工艺：其特点是使镦粗时的困难变形区在拔长时受到变形，使整个坯料各处变形都比较均匀。3．用简图示意画出自由锻工艺拔长矩形坯料时，相对送进量与变形程度的关系，并说明之。（1）矩形截面拔长时，当相对送进量(送进长度l与宽度a之比，即l/a，也叫进料比)较小时，金属多沿轴向流动，轴向的变形程度l较大，横向变形程度εa较小。（2）随着l/a的不断增大，εl逐渐减小，εa逐渐增大，εl与εa的变化如图(2-1-11)。（3）由图中可以看出l/a=1处，εl＞εa即拔长时横向流动的金属量少于沿轴向流动的金属的量，而在自由镦粗时，二者相等，这是由于拔长时两端不变形金属的影响造成的，它阻止了变形的金属横向的变形的流动。4．自由锻拔长矩形截面坯料时，易产生哪些质量问题？提高该类锻件质量通常采取哪些措施？表面横向裂纹、角裂、内部对角线裂纹、内部横向裂纹、内部组织和性能不均匀、表面折叠、端面凹陷措施：a)前后两次压缩时进料位置相互错开。b)采用适当的操作方法和合适的工具。c)大型锻件的表面降温锻造法d)合理控制送进量和压下量防止折叠5．自由锻拔长圆形截面坯料时的变形特点是什么？易出现的质量问题、产生原因、常采取的预防措施是什么？变形特点：用平砧拔长圆截面坯料，当压下量较小时，接触面较窄较长(图2-1-21)，沿横向阻力最小，所以，金属多作横向流动，轴向流动较少，与拔长的目的正相反。质量问题：（1）生产效率低(如前所述)（2）用平砧小压下量拔长时常易在锻件内部产生纵向裂纹产生原因：（a）合力бR的产生：ABC区就如象一个刚性的楔子，继续压缩时，(但Δh还不太大时)通过AB、BC面，沿着与其垂直的方向，将应力бH传给坯料的其它部分，于是坯料中心部分便受到合力бR的作用。(b)由于作用力在坯料中沿高度方向分散地分布，上、下端的压应力大，于是变形主要集中在上、下部分，(局部加载时沿加载方向应力分布的一般规律)，轴心部分金属变形很小，因而变形金属便主要沿着横向流动，并对轴心部分金属作用以附加拉应力。附加拉应力与合力бK的方向是一致的，愈靠近轴心部分受到的拉应力愈大，在此拉应力的作用下，使坯料中心部分原有孔隙、微裂纹继续发展和扩大，当拉应力的数值大于金属当时的强度极限时，金属就开始破坏，产生纵向裂纹。预防措施：a)在平砧上拔长时，先将圆截面坯料压成矩形截面，再将矩形截面坯料拔长到一定尺寸，然后再压成八边形，最后压成圆形。其主要变形阶段是矩形截面坯料的拔长。b)采用型砧。利用砧内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。6．自由锻冲孔时的主要质量问题及采取的预防措施是什么？开式冲孔的主要质量问题是走样、裂纹和孔冲偏。⑴走样:开式冲孔时坯料高度减小，外径上小下大而且下凸上凹这种现象称为走样，D/d愈小，走样愈严重。生产中为控制走样程度，一般取D/d≈3。⑵裂纹：低塑性材料开式冲孔时常在外侧表面和内孔圆角处产生纵向裂纹。外侧表面裂纹是由于A区金属向外流时B区的外径被迫也扩大，使外层的金属受到切向拉应力，当超过强度极限，便产生裂纹，D/d愈小，最外层金属的切向伸长变形愈大，故容易产生裂纹。所以D/d太小，不仅坯料会走样，还会产生裂纹，故生产中常取D0/d=3。采取措施：1）冲子锥度不宜过大，2）当冲低塑性材料时，如Cr12型钢，不仅要求冲子锥度小，而且要经过多次加热逐步冲成。3）大型锻件在水压机上冲孔时，当孔径大于Ф450mm时，一般采用空心冲头冲孔。这样可以减小B区外层金属的切向拉应力，避免产生侧面裂纹，并能除掉锭料中心部分质量不好的金属。⑶孔冲偏：原因很多，如冲子放偏，环形部分金属性质不均，冲头各处的圆角、斜度不一致等，原坯料高度愈高，孔愈易偏，所以冲孔时一般要求H0D0，个别情况H0/D0≤1.5。冲头形状对冲孔时金属的流动有很大影响，如锥形和椭圆形冲头有助于减小走样，但易使孔冲歪，因此自由锻冲孔时，冲头一般用平头的，在转角处取不太大的圆角。7．自由锻常采用哪几种方法扩孔？常用的扩孔方法：①冲子扩孔②芯轴扩孔(又叫马杠扩孔)③辗压扩孔④楔扩孔⑤液压扩孔⑥爆炸扩孔⑴冲子扩孔8．何谓弯曲变形？变形特点是什么？锻件有数处弯曲变形时变形顺序如何？弯曲：将坯料弯成所规定的外形的锻造工序。如起重吊钩、弯曲轴杆等。变形特点：弯曲半径越小，弯曲角度越大，则愈严重。变形顺序：当锻件有数处弯曲时，一般先弯曲端部及弯曲部分与直线部交界的地方，然后再弯曲其余的圆弧部分9．按自由锻工艺特点，可将锻件分为哪几类？自由锻按工艺特点分为七类：第Ⅰ类：包括光滑的实心圆柱体和有台阶的实心圆柱体锻件。第Ⅱ类：包括各种实心的矩形断面锻件，例如方杆、砧块、锤头、模块、方铁，各类连杆、摇杆、杠杆等第Ⅲ类：包括各种曲轴和曲柄轴第Ⅳ类：包括各种带孔和不带孔的盘形锻件，如圆盘、凸缘盘、汽轮机叶轮、齿轮等第Ⅴ类：包括各种空心锻件，例如圆环、空心容器、圆筒、炮筒、汽缸、空心轴等。第Ⅵ类：包括各种弯曲的锻件如各种吊钩、弯杆、铁锚、船尾架、船架等第Ⅶ类：包括其它各种复杂形状的锻件，例如高压容器的封头、十字头、半角、吊环螺钉等10．什么叫锻造余块？如何绘制自由锻锻件图？（1）为简化锻件外形或锻造工艺需要，在零件上较小的孔、狭窄的凹挡，直径差较小而长度不大的台阶(图2-1-57)等难于锻造的地方，都需填满金属，这部分金属叫做锻造余块。（2）当余量、公差、余块等确定后，便可绘制锻件图。锻件图上的锻件形状用粗实线描绘，为了便于了解零件形状和检查锻后的实际余量，在锻件图内用虚线画出零件简单形状，锻件的尺寸和公差标注在尺寸线上面，零件的尺寸加括号，标注在尺寸线下面。如锻件带有检验试样，热处理夹头时，在锻件图上应注明其尺寸和位置，在图上无法表示的某些条件，可以技术条件方式加以说明。11．锻造对钢锭组织和性能有何影响？对大型锻件力学性能有何影响？a)改变铸态组织，细化晶粒晶粒的大小与变形程度，变形温度有关，如终锻温度很高，则晶粒有长大的趋势，如果变形量落在临界变形程度的低限，则锻件晶粒异常粗大b)降低偏析程度，改变夹杂物分布：△微观偏析：通过锻造变形击碎枝晶和其后的再结晶作用，可基本消除△宏观偏析，在锻比较大时，这些偏析的程度大大降低。在宏观偏析区域内聚集的较大夹杂物，通过锻造。再加上高温扩散和相互溶解的作用，使之较均匀地分布在金属基体内，因而改善了铸态组织，提高了锻件的使用性能。△锻造纤维组织:受到变形的作用，被破碎、拉长，改变了分布状态。这种重新分布一般沿着主变形方向进行，从而造成变形后的组织性能具有一定的方向性，称为纤维组织即流线，拔长时锻比大于2-3便会出现纤维组织。先镦粗后拔长，锻比达到4-5才能形成纤维组织。变形程度愈大，纤维方向性愈明显。c)锻合空洞类缺陷如果保证孔洞类缺陷的内