金属塑性成形原理期末复习

绪论 第一章 塑性变形的物理基础二、塑性成形方法分类：体积成形、板料成形1. 金属变形机理分三类（按物理实质）：剪切塑性变形机理、扩散塑性变形机理、晶间塑性变形机理塑性成形——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。主要成形方法——轧制、挤压、锻造（自由锻，模锻）、冲压2.剪切塑性变形机理——滑移、孪生3.常见的变形机理及其呈现的现象：滑移孪生扩散晶间变形合金的塑性变形 第2节 塑性变形对金属组织和性能的影响一、金属冷变形，是在室温下的金属塑性变形。 ···热变形，是指发生在再结晶温度以上的金属塑性变形。···温变形，加热到高于室温，低于金属的再结晶温度的区间发生的塑性变形，常见的温变形工艺有温锻成形、温挤成形。冷变形的概念——变形温度低于回复温度，在变形中只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象，通常把这种变形称为冷变形或冷加工。2、冷变形对金属组织和性能的影响几个基本概念弹性(Elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性。塑性(Plasticity)：固体金属在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力 屈服(Yielding)：开始产生塑性变形的临界状态损伤(Damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程断裂(Fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程 第一节 塑性变形的机理一、金属塑性成形方法的特点：（1）有效改善和控制金属的组织与性能（2）原材料消耗少（3）尺寸精度高（4）生产效率高2.简述合金塑性变形的特点

静态回复

动态回复——主要通过位错的攀移、交滑移来实现。2.再结晶

静态再结晶：利用金属变形余热发生 动态再结晶：热塑性变形过程中发生

亚动态再结晶：动态再结晶晶粒在热变形停止后的长大过程(2)热塑性变形后金属组织和性能的变化 1.改善铸造组织，锻合内部缺陷 2.形成纤维组织 3产生带状组织

超塑性的分类：恒温超塑性或第一类超塑性。 相变超塑性或第二类超塑性 其它超塑性或第三类超塑性课后题答案

1.金属的塑性变形的机理有哪些，各自在什么情况下起主要作用？ 滑移，孪生，扩散

3.什么是加工硬化现象，发生加工硬化的原因是什么，加工硬化对金属性能的有利影响和不利影响有哪些，怎样消除不利影响？4.热塑性变形时的软化机制有哪些？

（一）、组织

1.晶粒形状变化——形状和尺寸会有变化，大致与金属的宏观变形一致。2.亚结构的形成

（金属的塑性变形主要是通过位错的运动进行的）

3.变形织构的产生——由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为变形织构 （常见的织构有丝织构和板织构） 丝织构变形特点：轴对称变形，主应变为两向压缩、一向拉伸，变形后各个晶粒都有一个相同的晶向与最大主应变方向几乎平行。 板织构特点：每个晶粒都有一个晶向与最大主应变方向平行，而且某一晶面趋于与轧制方向平行。 （二）、性能的影响

加工硬化——金属表现出塑性、韧性降低、强度、硬度增加，

加工硬化的原因两个方面：塑性变形量的增大，使金属内部位错增殖并运动，位错密度增加且相互作用增强，最终是金属的变形抗力增强，塑性变形难以进一步发展。金属内部的晶粒不断变形、破碎、并形成亚晶。由于亚晶的存在阻止位错的运动，使金属表现出强度、硬度增高。

3、热变形对金属的组织和性能的影响 1.回复

热塑性与冷塑性相比，最大的不同就在于回复、再结晶与加工硬化同时发生，加工硬化不断被回复、再结晶消除，使金属材料始终保持高塑性、低变形抗力的软化状态。

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第2章 金属的塑性和塑性变形

2、化学成分和组织对塑性和变形抗力的影响 （一）化学成分的影响

渗碳体具有很高的硬度，而塑性几乎为零。

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塑性指标ε= ------------- ×100%（压缩法）

塑性指标衡量金属塑性高低的指标。塑性状态图及其应用

概念：表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形，简称塑性图。应用：合理选择加工方法 制定冷热变形工艺

（2）磷 磷融入铁素体后使钢的硬度、强度显著提高，塑性、韧性显著降低，尤其在低温时，这种现象称为冷脆性。

（3）硫 钢中不溶解，而与铁形成FeS。钢中有足够的锰后，便可以消除硫的有害作用。（4）氮 时效脆性

（5）氢 氢脆现象，使钢的塑性大大降低（6）氧 在铁素体中的溶解度很小 2.合金元素的影响

（2） 变形抗力

塑性加工时，使金属发生塑性变形的外力，称为变形力。金属抵抗变形的力称为变形抗力。变形力和变形抗力数值相等，方向相反。

塑性反映材料的变形的能力，变形抗力则反映材料变形的难易程度。

第一节 金属的塑性、变形抗力及其影响因素 一、塑性和变形抗力的概念 （一）塑性、塑性指标和塑性图

塑性——指金属在外力作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。塑性是金属在一定变形条件下所呈现出的一种状态属性。

影响金属塑性的因素主要有两个方面：（1）金属本身的条件，如化学成分和组织结构；

（2）变形时的外部条件，如变形温度、变形速度、

应力状态等。塑性指标：拉伸率δ和断面收缩率Ψ。概 念： 金属在破坏前产生的最大 变形程度，即极限变形量。

0

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σ1-σ2=βS第2节 金属的流动及其影响因素变形速度3、变形温度对塑性和变形抗力的影响 就大数金属和合金来说，随着温度升高，塑性增加，变形抗力降低。 四、变形温度对塑性和变形抗力的影响 （一）、变形速度 变形速度是指单位时间内的应变。热效应——塑性变形过程中变形能转化为热能的现象。温度效应——由于塑性变形过程中产生的热量而使变形体温度升高的现象 （二）、变形速度的影响变形速度对塑性的影响，概括为：塑变形速度的增大，金属和合金的变形抗力提高。性随变形速度提高，塑性变化的一般趋势如图。指变形速度对锻压工艺也有广泛的影响。标5、应力状态对塑性和变形抗力的影响 静水压力越大，则塑性越高。为了使材料发生塑性变形必须满足塑性条件 S——材料的真实应力 ；β——考虑中间主应力σ2 影响的系数，其值为1~1.155总结：压力状态对金属和合金的塑性和变形抗力的影响——金属塑性加工时，静水压力越大，塑性越好，变形抗力也越大还有一些因素影响塑性和变形抗力，如变形体的尺寸，尺寸越大，塑性和变形抗力越低。6、提高金属塑性和降低变形抗力的主要途径（1）合理选择变形温度和变形速度（2）合理选择变形方式（3）提高材料成分与组织的均匀性（4）改进操作方法，以改善变形的不均匀性 提高塑性的主要途径有以下几个方面： (1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性； (2)采用合适的变形温度—速度制度； (3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态； (4)避免加热和加工时周围介质的不良影响 合金加入钢中，改变钢的使用性能，又改变钢的塑性成形性能。主要表现在：塑性降低，变形抗力提高。原因下： （1）合金元素融入固体中，都将使铁原子的晶体点阵发生不同程度的畸变，从而使钢的抗力提高，塑性降低。 （2）合金元素与钢中碳形成硬而脆的碳化物，使钢的硬度提高，塑性降低。 ······（P30） （二）组织结构的影响 单相组织比多相组织塑性好，的变形抗力低。第3节 金属塑性成形中的摩擦和润滑 一、塑性成形是摩擦的特点 （1）有害有益。 （2）高压作用下的摩擦。 （3）伴随着金属的流动而发生的摩擦 （4）高温下的摩擦。2、塑性成形时摩擦的分类 干摩擦、边界摩擦和流体摩擦3、塑性成形时接触表面摩擦力的计算 四种情况来考虑： 1.库伦摩擦条件 N 适用于三向压应力不太显著、变形量小的冷成形工序。 2.最大摩擦条件4、影响摩擦系数的因素 （1）、金属的种类和化学成分的影响 （2）、工具表面状态的影响 （3）变形温度的影响 （4）变形速度的影响 （5）接触面上单位压力的影响5、塑性成形时的润滑 （一）塑性成形中对润滑剂的要求（1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；（2）应有良好的耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不分解，不变质；（3）有冷却模具的作用（4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；（5）润滑剂应对人体无毒、无害、不污染环境；（6）润滑剂应使用、清理方便，来源丰富，价格便宜。（2）塑性成形中常用的润滑剂 1.液体润滑剂 2.固体润滑剂 A。干性固体润滑剂 B.软（熔）化固体润滑剂R K 3.常摩擦力条件 mK 4.反正切摩擦条件vNv2-mKarctanii2RiS热变形时常有vR （一）约定

一个角标符号带有m个角标，每个角标取n个值，则该角标符号就代表了nm个元素 （二）求和约定哑标：重复出现的自由标2、张量

所谓张量就是坐标系中的三个矢量，九个标量

第2节 应力分析

三、直角坐标系中一点的应力状态

应力分量的正负号确定：在单元体上，外法线指向坐标轴正向的微分面叫做正面，反之为反面。在正面上，指向坐标轴正向的应力分量取正号，指向负向的取负号；负面上指向坐标轴负向的为正，反之为负。

表示一点的应力状态，六个应力分量：

课后题

1.什么是金属的塑性，什么是变形抗力？

金属塑性指金属在外力作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。金属抵抗变形的力称为变形抗力。

2简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属的塑性？

一般讲，如果变形速度大，有没有足够时间完成塑性变形，金属的变形抗力会提高，塑性降低。变形速度对塑性的影响概括为变形速度的增大，金属和合金的变形抗力提高；随变形速度提高，塑性变化的一般趋势如图；变形速度对锻压工艺也有广泛的影响。

变形温度——就大多数金属和合金来说，总的趋势是：随着温度升高，塑性增加，变形抗力降低。

应力状态对金属和合金的塑性和变形抗力的影响——金属塑性加工时，静水压力越大， 塑性越好，变形抗力也越大。提高金属塑性和降低变形抗力的主要途径（1）合理选择变形温度和变形速度（2）合理选择变形方式

（3）提高材料成分与组织的均匀性

（4）改进操作方法，以改善变形的不均匀性3.什么是附加应力

附加应力——物体内各部分之间产生的相互平衡的应力，

附加应力分三类：变形体内各区域体积之间由不均匀变形所引起的互相平衡的应力各晶粒之间由于其性质、大小和方位不同，使晶粒间产生不均匀变形晶粒内部，晶粒内部各部分间的不均匀变形引起的

第3章 应力和应变

第一节 求和约定及张量

xxyxzxxyxz ijyxyyzyyzzxzy·z··z（2）任意切面上的应力 Sxxlyxmzxn SyxylymzynSyxzlyzmzn（3）主应力和应力不变量J1xyz J2()222xyyzzxxyyzzxJ32(2yz22xyzxyyzzxxyzxzxy)3J2上式写成1J2J30 （四） 主剪应力和最大剪应力1212-22-3 2323-1312122331 总应力： 123 剪应力： 正应力：2- 2-28123对于任意坐标系，则为 -八面体等效应力表达式：P8(6)、八面体应力和等效应力 在主应力空间中，每一卦限中均有一组与三个坐标轴成等倾角的平面，八个卦限共有八组，构成正八面体面。八面体表面上的应力为八面体应力。 （5）应力球张量和应力偏张量 球应力状态——在任何切面上都没有剪应力，所以它不能使物体产生形状变化和塑性变形，而只能产生体积变化；应力偏张量只能使物体产生形状变化，而不能产生体积变化。材料的塑性变形主要与应力偏张量有关。（可以判断变形的类型。）31-）3J'（（-）（-）22118(123)I13312228(12)(23)(31)322828122232312x4、应力平衡微分方程 第四章 屈服准则y2yz2zx课后题1.什么是求和约定，张量有哪些基本性质？ 2.什么是点的应力状态，表示点的应力状态有哪些方法？3.什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？xyxxzxyz0yyzyx0yzxzyzzx0yzx22xy2yz五、应力莫尔圆 应力莫尔圆，剪应力的正、负按照工程力学——顺时针方向作用在单元体上时为正；反之为负。圆的半径是主剪应力值。2zx1）（（）（）6()2 表达式：课后题1.理想弹塑性材料即 1- 2S-1s12第3节 屈服准则的几何表达 第二节 米塞斯屈服准则-2K -2K-2K （2）刚塑性材料：在研究塑性变形时不考虑弹性变形的材料（3）理想弹性材料：弹性变形时，应力与应变完全成线性关系（4）理想塑性材料：塑性变形时不产生硬化的材料（5）理想弹塑性材料：弹塑性材料塑性变形时不产生硬化的材料（6）弹塑性硬化材料：弹塑性材料塑性变形时产生硬化的材料（7）理想刚塑性材料：刚塑性材料塑性变形时不产生硬化的材料（8）刚塑性硬化材料：刚塑性材料塑性变形时产生硬化的材料 （1）弹塑性材料：在变形过程中既有弹性变形又有塑性变形的材料屈雷斯加在三个主应力大小顺序不知时使用方便；米塞斯考虑了中间应力 米塞斯屈服准则表述为：当应力偏张量的第二不变量J2’达到某定值时，材料就会屈服。 第一节 屈雷斯加屈服准则内容表述：当材料（质点）中的最大剪应力达到某一定值时，材料就屈服。 若已知σ1>σ2>σ3，则数学表达式：σ1-σ3=σs=2K (K为材料屈服时的最大剪应 力值) 若不知道主应力大小，则屈雷斯加屈服准则表达式： ε221232--C213-232 232-ss312 312s2s2 SSS ε ε 3理想刚塑性材料应力-应变曲线图2弹塑性硬化材料应力-应变曲线图 4.刚塑性硬化材料应力-应变曲线图第5章 塑性应力应变关系 ε ij ijijijij变时，相应的有'ij3、普朗特-劳斯方程d'd2第2节 塑性变形的增量理论 一、列维-米塞斯方程0。ijmij具体内容还是看课本102页。22、圣维南塑性流动方程（应力-应变速率方程）11-2 dd'd'd2GE与主应力顺序相对应，即ε1>ε2>ε3(ε1>0,ε3<0);当第一节 塑性应力应变关系1、弹性应力应变关系2、塑性应力应变关系的特点 塑性变形时全量应变与应力之间的关系有如下特点：（1）由于应力与应变之间的关系是非线性的，因此，全量应变与应力主轴不一定重合；（2）塑性变形时不可逆的，与加载历史或应变路线有关，所以应力与应变之间没有一般的单值关系；（3）塑性变形可以认为体积不变。应变球张量为零，泊松比v=0.5。 同一应力状态可以有不同的应变状态与之对应。第4节 应力应变顺序对应规律 根据增量理论及全量理论的共同点，可以确定应力应变顺序的对应规律。 塑性变形时，当主应力顺序σ1>σ2>σ3不变，且应变主轴方向不变时，则主应变的顺序122的关系保持不