第 2章 金属塑性成形
本章主要内容
金属塑性变形基础
自由锻
模锻
板料冲压
塑性成形方法选择
实际 3部分：
1.工艺理论基础
2.工艺知识：自由锻、模锻、板料冲压
3.工艺设计
§ 1 金属塑性变形基础
定义：金属塑性变形是利用金属材料
塑性变形规律，施加外力使之产生塑
性变形而获得所需形状、尺寸和力学
性能的零件或毛坯的加工工艺。 (p66)
定义要义：
1,金属塑性变
形是有规律的。
2.工艺目的不
但包含形状和
尺寸，同时包
含力学性能。
塑性成形特点：
1.能改善金属的组织
2.可提高材料利用率
3.加工精度较高，
4.生产率较高
三不加工
脆性材料
复杂形状
特大工件
P P
P P
L0
L1
δ=（ L1 - L0 ） / L0× 100%
产生塑性变形而不断裂的性能 ----塑性
当 L1 ?2L0, δ ? （ 2L0 - L0 ） / L0× 100%= 100%
δ ? 100%称为超塑性
弹性变形 塑性变形
?
?
下砥铁
上砥铁
自 由 锻 原 理
比较模锻原
理,P66，
图 2-1,b）
凹模
压板
凸模
板料冲压原理
塑性成形性的衡量：塑性
1.塑性与材料性质、变形方式和变形条件有关。
2.塑性指标：伸长率与断面收缩率。
3.金属塑性变形基本规律。
1,最小阻力定律
金属质点在塑性变形中总是力图向
最小阻力的方向移动。
推论：任何形状的具有足够塑性的
物体，都可以在平锤头下镦粗成圆
形。
2,加工硬化规律
加工硬化 定义：金属在常温下随变
形量增加而变形抗力增大、塑性和
韧性降低的现象。
注意 2点
（ 1）常温
（ 2）强度
?
?
O
硬化曲线
A?A
B
?B
?B
?B
?e?p
C
硬化曲线表达式
? =A ?n
硬化指数 n是冷变形硬
化参数，反映材料的
变形抗力。
n??? ?
3,体积不变规律
塑性变形前后的体积总保持不变。
重要推论：塑性变形只改变形状和尺寸，
体积不变。
1.1 影响塑性变形的因素
材料因素, P69
（ 1） 化学成分：
（ 2）金属组织
工艺因素, P70
（ 1） 变形温度
（ 2）变形速度
（ 3）应力状态
（ 4）其它
材料因素
化学成分
纯金属比合金
合金元素（对钢）：含碳量、碳化物形成元
素
杂质元素,P,S
金相组织
纯金属与单相固溶体
碳化物与多相组织
均匀细小等轴晶粒 — 粗大柱状晶粒
网状二次渗碳体
1.变形温度越高，塑性越好
2.再结晶温度以上，加工硬
化被再结晶软化消除
3.防止 过热 和 过烧,所以要
控制加热温度
变形速度指单位时间内变形程度的
大小。 加工硬化 与 热效应 起相反的
影响作用。因此存在一个临界值。
温度,T
碳钢 铸铁
共晶点
0,15
铁素体
工业纯铁的金相组织
共析钢室温组织为 P,组
成相为 F（ 88%） 和 Fe3C
（ 12%） 。
F
P
网状渗碳体
变形速度与塑性的关系
塑
性
变形速度
B
应力状态的影响
压应力数目越多，塑性越好；拉应力数
目越多，塑性越差；
压应力状态下塑性变形，金属内摩擦加
剧，变形抗力增大；
金属材料塑性较低时，尽量在压应力状
态下进行变形。
1.2 塑性变形对金属组织和性能的影响
变形度
纤维组织
变形度影响：
过小不能细
化晶粒；过
大产生纤维
组织和开裂
缺陷。
控制变形度的技术参数,锻造比
拔 长 Y锻 =S0/S
镦 粗 Y锻 =H0/H
铸锭坯料的锻造比设计
碳素结构钢 2-3
合金结构钢 3-4
高合金工具钢 5-12
纤维组织,P72
注 意
纤维组织不
可用热处理
消除；只能
通过锻造改
变方向与分
布。
1.3 冷热加工的划分
划分依据：再结晶温度
热变形特点,P73
热变形可使金属保持较低的变形抗力和良
好的塑性，可以用较小的力和能量产生较大的
塑性变形而不产生裂纹，同时还可获得具有较
高力学性能的再结晶组织。
但热变形产生表面氧化。
变形金属
加热至较高温
度时，形成新
的细小等轴晶
所对应的温度。
空 气 锤
压力加工设备欣赏
自由锻作业进行曲
数控锻造的发展
大制造环境下的压力加工自动线
摩擦压力机
万吨水压机
工作中的水压机
冲 床
剪床
辊 锻 机
名词解释
塑性成形性能
最小周边法则
加工硬化
过热
过烧
热效应
纤维组织
冷变形
本章主要内容
金属塑性变形基础
自由锻
模锻
板料冲压
塑性成形方法选择
实际 3部分：
1.工艺理论基础
2.工艺知识：自由锻、模锻、板料冲压
3.工艺设计
§ 1 金属塑性变形基础
定义：金属塑性变形是利用金属材料
塑性变形规律，施加外力使之产生塑
性变形而获得所需形状、尺寸和力学
性能的零件或毛坯的加工工艺。 (p66)
定义要义：
1,金属塑性变
形是有规律的。
2.工艺目的不
但包含形状和
尺寸，同时包
含力学性能。
塑性成形特点：
1.能改善金属的组织
2.可提高材料利用率
3.加工精度较高，
4.生产率较高
三不加工
脆性材料
复杂形状
特大工件
P P
P P
L0
L1
δ=（ L1 - L0 ） / L0× 100%
产生塑性变形而不断裂的性能 ----塑性
当 L1 ?2L0, δ ? （ 2L0 - L0 ） / L0× 100%= 100%
δ ? 100%称为超塑性
弹性变形 塑性变形
?
?
下砥铁
上砥铁
自 由 锻 原 理
比较模锻原
理,P66，
图 2-1,b）
凹模
压板
凸模
板料冲压原理
塑性成形性的衡量：塑性
1.塑性与材料性质、变形方式和变形条件有关。
2.塑性指标：伸长率与断面收缩率。
3.金属塑性变形基本规律。
1,最小阻力定律
金属质点在塑性变形中总是力图向
最小阻力的方向移动。
推论：任何形状的具有足够塑性的
物体，都可以在平锤头下镦粗成圆
形。
2,加工硬化规律
加工硬化 定义：金属在常温下随变
形量增加而变形抗力增大、塑性和
韧性降低的现象。
注意 2点
（ 1）常温
（ 2）强度
?
?
O
硬化曲线
A?A
B
?B
?B
?B
?e?p
C
硬化曲线表达式
? =A ?n
硬化指数 n是冷变形硬
化参数，反映材料的
变形抗力。
n??? ?
3,体积不变规律
塑性变形前后的体积总保持不变。
重要推论：塑性变形只改变形状和尺寸，
体积不变。
1.1 影响塑性变形的因素
材料因素, P69
（ 1） 化学成分：
（ 2）金属组织
工艺因素, P70
（ 1） 变形温度
（ 2）变形速度
（ 3）应力状态
（ 4）其它
材料因素
化学成分
纯金属比合金
合金元素（对钢）：含碳量、碳化物形成元
素
杂质元素,P,S
金相组织
纯金属与单相固溶体
碳化物与多相组织
均匀细小等轴晶粒 — 粗大柱状晶粒
网状二次渗碳体
1.变形温度越高，塑性越好
2.再结晶温度以上，加工硬
化被再结晶软化消除
3.防止 过热 和 过烧,所以要
控制加热温度
变形速度指单位时间内变形程度的
大小。 加工硬化 与 热效应 起相反的
影响作用。因此存在一个临界值。
温度,T
碳钢 铸铁
共晶点
0,15
铁素体
工业纯铁的金相组织
共析钢室温组织为 P,组
成相为 F（ 88%） 和 Fe3C
（ 12%） 。
F
P
网状渗碳体
变形速度与塑性的关系
塑
性
变形速度
B
应力状态的影响
压应力数目越多，塑性越好；拉应力数
目越多，塑性越差；
压应力状态下塑性变形，金属内摩擦加
剧，变形抗力增大；
金属材料塑性较低时，尽量在压应力状
态下进行变形。
1.2 塑性变形对金属组织和性能的影响
变形度
纤维组织
变形度影响：
过小不能细
化晶粒；过
大产生纤维
组织和开裂
缺陷。
控制变形度的技术参数,锻造比
拔 长 Y锻 =S0/S
镦 粗 Y锻 =H0/H
铸锭坯料的锻造比设计
碳素结构钢 2-3
合金结构钢 3-4
高合金工具钢 5-12
纤维组织,P72
注 意
纤维组织不
可用热处理
消除；只能
通过锻造改
变方向与分
布。
1.3 冷热加工的划分
划分依据：再结晶温度
热变形特点,P73
热变形可使金属保持较低的变形抗力和良
好的塑性，可以用较小的力和能量产生较大的
塑性变形而不产生裂纹，同时还可获得具有较
高力学性能的再结晶组织。
但热变形产生表面氧化。
变形金属
加热至较高温
度时，形成新
的细小等轴晶
所对应的温度。
空 气 锤
压力加工设备欣赏
自由锻作业进行曲
数控锻造的发展
大制造环境下的压力加工自动线
摩擦压力机
万吨水压机
工作中的水压机
冲 床
剪床
辊 锻 机
名词解释
塑性成形性能
最小周边法则
加工硬化
过热
过烧
热效应
纤维组织
冷变形
