金属的热加工流线组织形成机制

1.热加工与冷加工的区别

金属的热塑性变形加工与冷塑性变形加工是以金属的再结晶温度来划分的。凡是在再结晶温度以上进行的塑性变形加工称为热加工，而在再结晶温度以下进行的塑性变形加工则称为冷加工。例如，钨的再结晶温度为1 200 ℃，故钨在1 000 ℃时进行塑性变形加工，仍属于冷加工； 锡的再结晶温度为-7 ℃，在室温下对锡进行的塑性变形加工就已经属于热加工了。

金属在冷加工时，由于产生冷变形强化，使变形抗力增大，因此，对于那些要求变形量较大和截面尺寸较大的工件，冷加工将是十分困难的。热加工时，随金属温度的升高，原子间结合力减小，冷变形强化被随时消除，金属的强度、硬度降低，塑性、韧性增加，所以，热加工可用较小的能量消耗，来获得较大的变形量。一般情况下，截面尺寸较小、材料塑性较好、加工精度和表面质量要求较高的金属制品用冷加工的方法来获得； 而截面尺寸较大、变形量较大、材料在室温下硬脆性较高的金属制品用热加工的方法来获得。

2.热加工对金属组织和性能的影响

(1)消除铸态金属的某些缺陷

通过热加工，可使铸态金属毛坯中的气孔和缩松焊合，消除部分偏析，细化晶粒，改善夹杂物和碳化物的形态、大小与分布，使金属的致密度和力学性能提高，所以工程上受力较大的工件(如齿轮、轴、刃具、模具等)大多数要通过热加工来制造。

(2)形成热加工纤维组织

热加工时，铸态金属毛坯中的粗大枝晶偏析和各种夹杂物，都要沿变形方向伸长，逐渐形成纤维状，这些夹杂物在再结晶时不会改变其纤维形状。这样，在材料或工件的纵向宏观试样上，可见到沿变形方向的一条条细线，这就是热加工纤维组织，通常称为“流线”。(www.xing528.com)

热加工纤维组织的存在，会使金属材料的力学性能呈现方向性，沿纤维方向(纵向)具有较高的强度、塑性和冲击韧度，垂直于纤维方向(横向)则具有较高的抗剪强度。因此，用热加工方法制造工件时，应保证流线有正确的分布，即流线与工件工作时所受到的最大拉应力方向一致，与切应力或冲击力方向垂直。一般地，流线如能沿工件的外形轮廓连续分布，则较为理想。

生产中广泛采用模型锻造法制造齿轮及中、小型曲轴，用局部镦粗法制造螺栓，其优点之一就是流线沿工件外形轮廓连续分布，并适应工作时的受力情况。图2-31 所示为锻造曲轴和切削加工曲轴的流线分布示意图，通过两者流线分布比较可知，锻造曲轴的流线分布更为合理。

(3)形成带状组织

图2-31　曲轴的流线分布

(a)锻造； (b)切削加工

如果钢的铸态组织中存在着比较严重的偏析或热加工时温度过低，则钢中常出现沿变形方向呈带状或层状分布的显微组织，称为带状组织。带状组织是一种缺陷，它会使钢的力学性能下降。带状组织可以用热处理的方法消除。