金属塑性成形综述
金属塑性成形
摘要：金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。文章主要对塑性成形的基本方法、主要研究内容，发展趋势做了综合介绍。
一、引言
塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点,已成为当今先进制造技术的重要发展方向。据国际生产技术协会预测,21世纪,机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。【1】
在现代制造技术中，人们广泛的利用金属材料生产各种零件和产品。金属加工方法多种多样，包括成型、切削等。金属塑性成形是其中一种重要的加工方法，是利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，因此也称为金属塑性加工或金属压力加工。
图1 传统金属塑性成形工艺
二、金属塑性成形的主要形式
金属塑性成形工艺的种类有很多，包括轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压等基本工艺类型。随着技术的发展，也有很多新的成型方式出现，它们具备精密、高效、节能、节材、清洁等优点，得到广泛关注。
2.1 体积成型
金属体积成型是指对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，主要分为热态金属体积成型和冷温态金属体积成型。热态金属变形过程可分为热锻、轧制、挤压、拉拔、辗压等工艺技术；冷温态变形过程可分为冷锻、冷精轧、冷挤压、冷拔、冷辗扩等工艺。
2.2 板材成型
所谓板材成型是指用板材、薄壁管、薄型材等作为原材料进行塑性加工的成形方法。在忽略板厚的变化时，可视为平面变形问题来处理，板材成型可分为:冲裁、弯曲、拉延、胀形、翻边、扩孔、辊压等工艺技术。
2.3 粉末态金属成形
随着制粉技术的发展，其应用领域不断扩展，对于复杂形状的机械零件来说，它具有高效、精密成形的特点，但成本较高，机械性能不如整体金属材料。粉末态金属成形的工艺过程为制粉、造型、压实、烧结、精锻。
2.4半固态金属材料成形
70年代开发研究的新技术，原金属材料作过特殊前处理，当材料加热到一定温度时可使30%的金属材料处于融溶状态，其余70%的金属材料呈均匀细颗粒组织的固态。在此状态加压变形，其流动性特好，可成形结构形状特别复杂的零件，而变形杭力很小。
2.5 复合成形技术
现代的科学越来越相互交叉、渗透，出现许多边缘学科、交叉学科一样，材料成形技术也逐渐突破原有铸、锻、焊、粉末冶金等技术相互独立的格局，相互融合、渗透，产生了种类繁多的“复合成形技术”。【2】金属塑性的复合成型技术主要有两个方面
（1）各种成形工艺的组合优化达到优化工艺和产品的目的。
（2）铸、锻、焊、热处理等不同加工方法的组合。
三、金属塑性成形技术主要研究内容
由于压力加工中,少、无切屑的特点和精密加工技术的发展,使金属塑性成型理论的研究受到日益广泛的重视而进入工程应用的前列.一般认为,研究金属塑性科学的历史开始于Tresa在1864年提出的屈服准则,至今不过100多年,而
首次将塑性理论应用于金属加工则是VonKarman在1925年对金属薄带轧制时应力分布的研究【3】,至今才五十多年,因此,可以说这一理论是“古老的工艺,年轻的学科”.回顾发展，金属塑性研究的范围很广,主要集中于以下几个方面。
3.1 塑性变形的金属学、力学基础研究
对塑性变形的金属学、力学基础研究是改善金属塑性加工的基础，研究主要关注于以下几个方面【4】：
(l)微观变形机理的研究、塑性变形动力学的研究以及晶间变形、滑移的机理的研究；
(2)应力状态对变形行为的影响；
(3)变形材料冶金过程组织状态的影响；
(4)变形工艺的影响，比如变形速度、变形温度、变形压力等因素的影响；
(5)变形过程中摩擦条件的影响。
3.2 金属变形过程(宏观)的模拟技术
随着计算机的发展, CAD、CAE软件的广泛使用,传统的“经验法”、“试模法”逐渐被计算机模拟所代替。【5】对金属变形过程(宏观)的模拟技术的研究主要有两个方面：物理模拟技术的研究和变形过程的数值模拟技术的研究：(l)物理模拟技术:包括模拟材料、模拟方法、模拟相似理论、模拟过程的数据采集技术及模拟结果的误差分析技术的研究；
(2)变形过程的数值模拟技术:包括塑性变形的数学模型的建立(刚塑性、粘塑性、弹塑性等)，计算数学(FEM)技巧，三维网络自动划分及畸变处理技术，数据处理及误差分析技术，软件的工程化及商品化。
3.3 金属超塑性成形技术
超塑性是指在特定的条件下，即在低的应变速率(ε=10-2～10-4s-1)，一定的变形温度（约为热力学熔化温度的一半）和稳定而细小的晶粒度(0.5～5μm)的条件下，某些金属或合金呈现低强度和大伸长率的一种特性。对金属超塑性成形技术的研究主要关注于超塑性新材料，超塑性材料的前处理技术，金属超塑性变形机制，超塑性变形力学，超塑性成形工艺模具及亚超塑性高效成形技术等方面。【6】
3.4精锻成型技术
精锻成形技术即近净成形技术或净成形技术，是指零件成形后，仅需要少量加工或不再加工，就可以用作机械构件的成形技术，即制造接近零件形状的工件毛坯。【7】对精锻成型技术的研究主要分为两类：热精锻技术、冷温精锻技术的研究。
（1）热精锻成型技术：研究少无氧化加热技术、工艺模拟及优化技术，新工艺技术(多向锻造、闭寨锻造、半固态成形、液态模锻、径向锻造及粉末锻造技术等)，特种合金的等温锻造技术，锻件后处理技术及提高模具寿命，润滑等配套技术，成套生产线设计技术。
（2）冷温精锻锻成形技术：研究金属冷温精锻材料的前处理工艺，工艺模具优化设计技术，润滑技术，提高模具寿命技术、质量控制技术，成套生产线设计技术。
3.6 回转成形技术
金属回转成形是指在成形过程中,或工件回转或工具回转或两者都回转的成形机械零件及其毛坯的金属塑性加工工艺【8】。对金属回转成形的研究主要涉及辊锻、楔横轧、旋转锻造，旋压、摆辗、辗扩等成形方法的优化工艺，模具设计和制造技术。
3.7 板料冲压技术
板料冲压是指利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从而获得冲压件的加工方法。板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常在常温下冲压，故又称为冷冲压，简称冲压。板料厚度超过8～10mm时，才用热冲压。
对板料冲压的研究主要涉及各种新材料、复合材料的冲压成形加工工艺技术，冲压成形的模拟技术，虚拟试模技术，回弹预报技术，模具设计制造技术，配套技术，板材成形过程中的失稳机理研究。
3.8 金属的特种成形技术
对金属的特种成形技术研究有很多，比如对高速冲击成形，放电成形、喷射成形、无模拉拔及热应力变形等新工艺的研究。
四、金属塑性成型技术的发展趋势
目前金属塑性成形技术主要朝着轻量化、整体化、微型化、超大构件、柔性成形等几个方面发展：
（1轻量化成形是“精密成形”或“净成形”发展的新阶段，所成零件不仅要求接近零件形状、余量小或精度高，直接成型出具有轻量化特征的结构。
（2）整体化成形是将若干分别成形在连接的构件成形为一个整体化结构。整体化成形不仅解决了连接可靠性差的问题，而且是减重的的一个重要途径。该技术的最大难点是需要大吨位成形力、模块尺寸大，迫切发展省力成形技术。
（3）微成形是指加工的零件至少两个方向的尺寸小于1mm，适合大批量、低成本的制造微零件。由于尺效应、摩擦机制和晶粒尺度的影响，并非传统塑性成形的简单缩小，需要进一步研究其机理和关键技术。
（4）超大构件成形是通过先进技术利用相对小的设备或模具加工出较大的构件，解决了构件尺寸或吨位超过现有制造设备能力的问题。由于这类零件尺寸大或重量大、批量小、运输困难等问题，根据不同的结构特点采用不同的技术途径。
（5）柔性成形是适应多品种、小批量零件加工的需要。采用多点实现模具轮廓不变、数控增量加载、无模成形是柔性成形的重要途径。在薄板成形的基础上，向中厚板和复杂板型面件成形发展。
五、总结
金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。文章主要对塑性成形的基本方法、主要研究内容、发展趋势做了综合介绍。结合近代科技，金属成形技术正向轻量化、整体化、微型化、超大构件、柔性成形几个方面发展，仍然有很大的研究空间。
References:
【1】洪慎章.塑性成形技术的现状及发展趋势.Die and Mould Technology ,2003(01):54-56.
【2】王冬，王利民，李永志.金属的复合成形技术及其发展.铸造技术，2008，（03）:411-415.
【3】von Karman,Math Mech,5,135(1925).
【4】皮华春，韩静涛，薛永栋．金属塑性成形的晶体塑性学有限元模拟研究进展 [J]．机械工程学报，2006，(03).
【5】吴丽平，刘建雄，刘新胜，肖正明．基于塑性变形有限元模拟的模具结构优化．锻压技术，2006，(02):55-57.
【6】王春荣.几种金属材料超塑性研究的综述[J].金属成型工艺，2009,(2)：47-55. 【7】胡亚民.精锻成形技术60年的发展与进步.金属加工，2010，（15）：1-5.
【8】郭长武.金属回转成形技术.钢铁，1993，（10）：73-78.
(完整版)金属塑性成形原理习题及答案解析
《金属塑性成形原理》习题（2）答案 一、填空题 1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 2. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 4. 等效应力表达式：。 5.一点的代数值最大的 __ 主应力 __ 的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转所得滑移线即为线。 6. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z = 。 7．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。 9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。 10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。 11．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫添加剂。 12．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫超塑性。 13．韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。 14．硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。 15．塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。 16．应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。 17．平面应变时，其平均正应力 m 等于中间主应力 2。 18．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。
19．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为 1＝０.1，第二次的真实应变为 2＝０.25，则总的真实应变 ＝0.35 。 20．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。 21．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上 1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A 工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做 A 。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料； 3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 B 。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4．韧性金属材料屈服时， A 准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5．由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的 A 散逸，这叫最大散逸功原理。 Ａ、能量；Ｂ、力；Ｃ、应变； 6．硫元素的存在使得碳钢易于产生 A 。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7．应力状态中的 B 应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力； 8．平面应变时，其平均正应力 ｍ B 中间主应力 ２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。 Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化； 10．多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为 A 。 Ａ、纤维组织；Ｂ、变形织构；Ｃ、流线； 三、判断题 1．按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。（×） 2．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。（×）
金属塑性成形原理复习题
一、名词解释 1. 主应力：只有正应力没有切应力的平面为主平面，其面上的应力为主应力。 2. 主切应力：切应力最大的平面为主切平面，其上的切应力为主主切应力。 3. 对数应变 答：变形后的尺寸与变形前尺寸之比取对数 4. 滑移线 答：最大切应力的方向轨迹。 5. 八面体应力：与主平面成等倾面上的应力 6. 金属的塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 7. 等效应力：又称应力强度，表示一点应力状态中应力偏张量的综合大小。 8. 何谓冷变形、热变形和温变形：答度以下，通常是指室温的变形。热变形：在再结晶温度以上的变形。 温变形，高于室温的变形。 9. 何谓最小阻力定律：答，物体质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少的功，走最短的路。 10.金属的再结晶 答：冷变形金属加热到一定的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 11. π平面 答：是指通过坐标原点并垂于等倾线的平面。 12.塑性失稳 答：在塑性加工中，当材料所受的载荷达到某一临界后，即使载荷下降，塑性变形还会继续，这种想象称为塑性失稳。 13.理想刚塑性材料：在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。P139 14.应力偏张量：应力偏张量就是应力张量减去静水压力，即：σij ′ =σ－δij σm 二、填空题 1. 冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生 2. 金属塑性变形的特点：不同时性、相互协调性和不均匀性。 3. 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 。 4. 随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为：加工硬化。 5. 超塑性的特点:大延伸率、低流动应力、无缩颈、易成形、无加工硬化 。 6. 细晶超塑性变形力学特征方程式中的m 为:应变速率敏感性指数。 7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力 。 8. 塑性指标是常用的两个塑性指标是：伸长率和断面收缩率。 9. 影响金属塑性的因素主要有：化学成分、组织状态、变形温度、应变速率、应力状态(变形力学条)。 10. 晶粒度对于塑性的影响为：晶粒越细小，金属的塑性越好。 11. 应力状态对于塑性的影响可描述为：(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多，数值越大时,金属的塑性越好。 12. 通过试验方法绘制的塑性——温度曲线,称为：塑性图 。 13. 用对数应变表示的体积不变条件为: 0x y z εεε++=。 14. 平面变形时,没有变形方向(设为z 向)的正应力为： 21311=()=()=22 z x y m σσσσσσσ=++。 15. 纯切应力状态下，两个主应力数值上相等,符号相反 。
热加工材料知识点
第1章 金属材料成形基本原理 铸造是指通过熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属注入铸型中使之冷却，凝固后获得具有一定形状和性能的铸件的成型方法。 铸造按照工艺方法的不同，分为砂型铸造和特种铸造。 铸件的凝固方式：逐层凝固方式，糊状凝固方式，中间凝固方式。 金属的铸造性能：是指合金是否易于通过铸造方法成形并获得铸件的能力。它反映的是合金在铸造过程中表现出来的综合性的工艺性能，主要包括合金的流动性，收缩性，偏析性和吸气性等。 合金的流动性的影响因素：1）合金的种类，2）合金的化学成分，3）杂质含量。 合金的充型能力的影响因素：1）合金本身的流动性，2）浇注条件（包括浇注温度，浇注速度和充型压力等因素。）3 )铸型条件（铸型的蓄热能力，铸型温度，铸型中的气体）4）铸件结构。 合金收缩：铸造合金从液态到凝固直至冷却到室温的过程中发生的体积和尺寸减小的现象。收缩分为三个阶段：液态收缩，凝固收缩，固态收缩。 影响合金收缩的因素：1）合金的化学成分，2）浇注温度，3）铸型条件。 最典型的铸件断面组织由三个晶区组成：1）表面细晶区，2）柱状晶区，3）中心等轴晶区。 缩孔的形成：趋向于逐层凝固方式结晶的合金，易产生集中缩孔。 缩松的形成：结晶温度范围宽的合金，趋向于糊状凝固，易形成缩松。 缩孔和缩松的防止：1）合理确定内浇道位置及浇注工艺，2）合理使用冒口，冷铁等工艺措施。 铸造应力：热应力和收缩应力。
热应力的形成：由于铸件壁厚不均匀以及散热条件的差异，不同部位冷却速度不同，由此引起不均衡收缩所造成的应力。 收缩应力的形成：铸件在固态收缩时，因受到铸型，型芯，浇冒口，砂箱等外力的阻碍而产生的应力。 减少和消除铸造应力的方法：使铸件的凝固过程符合同时凝固原则。 铸件的裂纹 热裂：热裂是在凝固后期高温下形成的。 防止热裂的主要措施：1）合理设计铸件结构，2）设法改善铸型和型芯的退让性，3）严格限制钢和铸铁中硫的含量，4）选用收缩性小的合金。 冷裂：冷裂是铸件冷却到低温处于弹性状态时，铸造应力超过合金的抗拉强度而产生的。 防止冷裂的主要措施：减少铸造应力和降低合金的脆性 气孔大致可分为侵入性气孔，析出性气孔和反应性气孔。 防止侵入性气孔的主要措施：1）降低铸型材料的发气量，2）增强铸型的排气能力。 防止析出性气孔的主要措施：1）减少合金在熔炼和浇注时的吸气量，2）对金属液进行除气处理，3）增大铸件的冷却速度，4）使铸件在压力下凝固以阻止气体析出。 防止反应性气孔的主要措施：1）清除冷铁，芯撑表面的锈蚀和油污，2）保持干燥。 金属塑性成形：是利用金属在外力作用下所产生的塑性成形，来获得具有一定形状，尺寸和力学性能的制品的加工方法。 单晶体的塑性变形有两种基本方式：滑移和孪生。 金属塑性变形基本规律：1）体积不变规律，2）最小阻力定律。 冷变形加工件的组织与性能 冷塑性变形后金属组织的特点：1）晶粒变形，2）位错密度增加和晶粒碎化，3）形变织构。
金属材料的塑性成形
第3章金属材料的塑性成形 概述 3.1金属塑性成形基础 3.2 常用的塑性成形方法 3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料
概述 金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性， 在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。 塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。 金属塑性成形的基本生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。
塑性成形的特点及应用： （1）消除缺陷，改善组织，提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。 （4）零件精度较高。应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。 但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。 塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。例如，飞机上的塑性成形零件约占85%；汽车、拖拉机上的锻件占60%～80%。
3.1 金属塑性成形基础 3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形 3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和 性能的变化 3.1.4 金属的塑性成形工艺基础
3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性 变形 金属塑性变形最常 见的方式是滑移。 滑移是晶体在 切应力的作用下， 一部分沿一定的晶 面（亦称滑移面） 和晶向（也称滑移 方向）相对于另一 部分产生滑动。 晶体滑移变形示意图
金属塑性成型原理-知识点
名师整理精华知识点 名词解释 塑性成型：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法 加工硬化：略 动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶 超塑性变形：一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等，则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态 塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 屈服准则（塑性条件）：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，指点才开始进入塑性状态，这种关系成为屈服准则。 塑性指标：为衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指标。 晶粒度：表示金属材料晶粒大小的程度，由单位面积所包含晶粒个数来衡量，或晶粒平均直径大小。填空 1、塑性成形的特点（或大题？） 1组织性能好（成形过程中，内部组织发生显著变化）2材料利用率高（金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不切削，废料少，流线合理）3尺寸精度高（可达到无切削或少切屑的要求）4生产效率高适于大批量生产 失稳——压缩失稳和拉伸失稳 按照成形特点分为1块料成形（一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形（滑移，孪生）和晶界变形 超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性 冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变 固溶强化、柯氏气团、吕德斯带（当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹，称为吕德斯带） 金属的化学成分对钢的影响（C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆）；组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。 摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦 摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论 库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件 t=mK 塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属 常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余 影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物 常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂（干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂） 问答题 1、提高金属塑性的基本途径 1、提高材料成分和组织的均匀性 2、合理选择变形温度和应变速率 3、选择三向压缩性较强的变形方式 4、减小变形的不均匀性 2、塑性成形中的摩擦特点 1、伴随有变形金属的塑性流动 2、接触面上压强高 3、实际接触面积大 4、不断有新的摩擦面产生 5、常在高温下产生摩擦 3、塑性成形中对润滑剂的要求 1、应有良好的耐压性能 2、应有良好的耐热性能 3、应有冷却模具的作用 4、应无腐蚀作用 5、应无毒 6、应使用方便、清理方便 4、防止产生裂纹的原则措施 1、增加静水压力 2、选择和控制适合的变形温度和变形速度 3、采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。 4、提高原材料的质量 5、细化晶粒的主要途径 1、在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作为脱氧剂 2、采用适当的变形程度和变形温度 3、采用锻后正火或退火等相变重结晶的方法 6、真实应力-应变的简化形式及其近似数学表达式1、幂指数硬化曲线Y=B?n 2、有初始屈服应力的刚塑性硬化曲线Y=σs+B1?m 3、有初始屈服应力的刚塑性硬化直线Y=σs+B2?4、无加工硬化的水平直线Y=σs 7、为什么晶粒越细小，强度和塑性韧性都增加？晶粒细化时，晶内空位数目与位错数目都减少，位错与空位、位错间的交互作用几率减小，位错易于运动，即塑性好。位错数目少，塞积位错数目少，使应力集中降低。晶粒细化使晶界总面积增加，致使裂纹扩展的阻力增加，推迟了裂纹的萌生，增加了断裂应变。晶粒细小，裂纹穿过晶界进入相邻晶粒并改变方向的频率增加，消耗的能量增加，韧性增加。另外晶界总面积增加可以降低晶界上的杂质浓度，减轻沿晶脆性断裂倾向。 8、变形温度对金属塑性的影响 总趋势：随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并非简单的线性上升；在加热过程的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在一般情况下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个脆性区，包括低温的、中温的、和高温的脆性区。 9、动态回复、为什么说是热塑性变形的主要软化机制？ 动态回复是指在热塑性变形过程中发生的回复，2，动态回复，主要是通过位错的攀移，交滑移等，来实现的，对于铝镁合金、铁素体钢等，由于它们层错能高，变形时扩展位错宽度窄，集束容易，位错的攀移和交滑移容易进行，位错容易在滑移面间转动，而使异号位错相互抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平。因此这类金属在热塑性变形过程中，即使变形程度很大，变形温度远高于再结晶温度，也只会发生动态回复，而不发生动态再结晶。 10、什么是动态再结晶，其主要影响因素？（自己总结吧，课本太乱） 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶。与金属的位错能高地有关，与晶界迁移的难易有关 ，金属越纯，发生动态再结晶的能力越强。
金属塑性成形工艺
有色金属塑性加工趋势 冶金 金属塑性成形工艺有着悠久的历史，4000多年前(青铜器时代)，金属的塑性加工与金属的熔炼与铸造同时出现，可加工铜、铁、银、金、铅、锌、锡等，所采用的工艺包括热锻、冷锻、板材加工、旋压、箔材和丝材拉拨。 近代第一次技术革命开始于18世纪中叶，以蒸汽机的发明和广泛使用为标志，从而实现了手工工具到机械工具的转变。塑性加工也从手工自由锻向机械压力机(蒸汽锤、自由锻锤及蒸汽轧钢机)进步。 近代第二次技术革命以电力技术为主导，电磁理论的建立，为电力取代蒸汽动力的革命奠定了基础。金属塑性加工设备以蒸汽向电力驱动进步。机械制造业的进一步发展，提高了塑性加工设备的制造水平，出现了轧钢机、挤压机、锻造机、拉拨机和压力机。 现代科技革命开始于上世纪40年代，其主要标志为电子技术的发展，电控和电子计算机的应用，塑性加工设备和技术向全流程自动化进步。现在可以做到配料、熔炼、铸造、轧制及随后处理全线自动化。 目前，金属材料在日常生活和高科技中占有相当大的比例，其加工技术是其它加工的基础。材料加工成形工艺通常有液态金属成形、塑性成形、连接成形等。塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的体积转移因而材料的利用率高流线分布合理高了制品的强度, 可以达到较高的精度, 具有较高的生产率. 坯料在热变形过程中可能发生了再结晶或部分再结晶，粗大的树枝晶组织被打破，疏松和孔隙被压实、焊合，内部组织和性能得到了较大的改善和提高。有色金属塑性加工的基本方法：轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压等。 近年来，随着科学技术整体的飞速进步，金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到随着科学技术整体的飞速进步，金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此，材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此，材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。目前金属塑性加工技术现状与总的发展趋势是主要体现在以下一些方面：（1）生产方法、工艺技术向着节能降耗、综合连续、优化精简、高速高效的方向发展。如实行冶炼、铸造与加工的综合一体化，采用连铸连轧，连续铸轧、连续铸挤，半固态加工等新工艺技术；尽量生产最终和接近最终形状产品；利用余热变形、热变形与温变形配合，冷加工与热加工变形量之间的优化匹配，变形与热处理的配合，省略或减少加热与中间退火次数等。（2）工艺装备更新换代加快，设备更趋大型、精密、成套、连续，自动化水平更加提高。生产线更趋大型化、专业化。产品单重大大增加。（3）产品向多品种、高质量、高精度发展，产品结构不断调整，新材料新产品不断被开发。轻型薄壁材料、复合材料、镀层涂层材料等不断发展，产品注重深度加工，有色材料的产品综合性能和使用效能大大提高。（4）工模具结构、材质，加工工艺、热处理工艺和表面处理工艺不断改进和完善。模具的质量和使用效果、寿命得到极大的提高。（5）在加工辅助工序和其他环节，开发新型辅助设备，采取先进技术和多种
金属的塑性成形
利用外力使金属产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，获得型材或锻压件。锻压、挤压、轧制、拉拔…… 两个条件：外力、塑性，缺一不可 优点： 金属组织致密、晶粒细小、力学性能提高； 属于少、无切削加工，材料利用率高，生产效率高 应用：型材、板材、线材、 承受较大负荷或复杂载荷的机械零件 缺点：制件形状比铸件简单，生产条件较差 第3章金属的塑性成形 第3章金属的塑性成形 型材 线材 板材 轴 齿轮 其它 各种塑性成形产品 目录【】 第3章金属的塑性成形 3.1 金属塑性成形基础 3.2塑性成形方法3.2.1锻造1．自由锻（P99） 3.3.1 自由锻工艺设计（P122） 3.2.1 锻造2．模锻（P100） 3.3.2 锤模锻工艺设计（P125） 3.2.2 冲压（P106） 3.3.3 冲压工艺设计（P131） 3.1 金属塑性成形基础 3.1.1 金属塑性变形的机理 1．单晶体的塑性变形 滑移：金属原子沿某些特定面移动 (金属原子在外力作用下产生了位移） 理想 单晶体 无缺陷 晶格规则 滑移通过位错（晶体中的线缺陷）移动实现 结论：切应力引起塑性变形，正应力引起弹性变形 金属塑性变形的实质：原子的移动 塑性变形前后晶格类型保持不变 滑移 2．多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形＝晶内变形+晶间变形 晶内变形：滑移
晶间变形：晶粒间相对滑动和转动 各晶粒的变形是分批、逐步进行的 （低温时多为晶内变形，变形量较小；高温时多为晶间变形） 多晶体的塑性变形 3.1.2 金属的加工硬化、回复和再结晶 1．金属的加工硬化 组织变化： 晶粒沿变形方向被拉长； 滑移面附近晶格产生畸变； 出现许多微小碎晶 性能变化： 强度和硬度增加； 塑性、韧性下降 优点：强化金属，用于不能热处理强化的合金 缺点：继续塑性成形或切削加工难度加大，增大内应力 3.1.2 金属的加工硬化、回复和再结晶 金属在低于再结晶温度加工时，由于塑性应变而产生的强度和硬度增加的现象。 机设04－1，2，3 第四次课第十二周周二下午5，6节 第十一周周五下午7，8节运动会放假 标记 2．回复和再结晶 (1) 回复：减轻或消除晶格畸变，保 持较高强度、降低脆性，晶粒大小形状不变 回复温度：T回=（0.25～0.30）T熔 冷拔钢丝经冷卷成形后低温退火，可使弹簧定形且保持良好的弹性 (2) 再结晶：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生 核、结晶，变为等轴晶粒，完全消除加工硬化现象。 T再≥0.4T熔 (再结晶只是原子重新排列的过程） 线材的多次拉拔和板料的多次拉深时，在工序间穿插再结晶退火 原始组织塑性变形回复再结晶 回复和再结晶 3.1.3 金属的冷成形、热成形及温成形 冷成形: 在回复温度以下，加工硬化（冷轧、冷锻、冷冲压、冷拔） 提高强度和表面质量,用于制造半成品或成品。 (变形材料应有较好的塑性且变形量不宜过大） 热成形: 在再结晶温度以上，加工硬化+再结晶 且加工硬化被再结晶完全消除（热轧、热锻、热冲压、热拔） 综合力学性能好,变形力小，变形程度大,用于制造毛坯或半成品 温成形: 高于回复温度、低于再结晶温度, 加工硬化+回复，无再结晶 较冷成形可降低变形力且利于提高金属塑性，
《金属塑性成形原理》习题答案
《金属塑性成形原理》 习题答案 一、填空题 1.衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 2.所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 3.金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 4.请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 ＝＋ 5.对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。 ＝； ＝。 6.1864年法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为 。
7.金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。 8.变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力 不同，而各点处的最大切应力为材料常数。 9.在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。 10.设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 11、金属塑性成形有如下特 点：、、、。 12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和 三类。 13、金属的超塑性分为和两大类。 14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为和。其中变形是主要的，而变形是次要的，一般仅起调节作用。
材料成型知识点归纳总结
一、焊接部分 1.焊接是通过局部加热或同时加压，并且利用或不用填充材料，使两个分离的焊件达到牢固结合的一种连接方法。实质——金属原子间的结合。 2.应用：制造金属结构件；2、生产机械零件；3、焊补和堆焊。 3.特点：与铆接相比1 . 节省金属；2 . 密封性好；3 . 施工简便，生产率高。与铸造相比 1 . 工序简单，生产周期短；2 . 节省金属； 3 . 较易保证质量 4.焊条电弧焊：焊条电弧焊（手工电弧焊）是用电弧作为热源，利用手工操作焊条进行焊接的熔焊方法，简称手弧焊，是应用最为广泛的焊接方法。 5.焊接电弧：焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间稳定放电现象，即局部气体有大量电子流通过的导电现象。电极可以是焊条、钨极和碳棒。用直流电焊机时有正接法和反接法. 6.引弧方式接触短路引弧高频高压引弧 7.常见接头形式：对接搭接角接T型接头 8.保护焊缝质量的措施：1、对熔池进行有效的保护，限制空气进入焊接区（药皮、焊剂和气体等）。2、渗加有用合金元素，调整焊缝的化学成分（锰铁、硅铁等）。3、进行脱氧和脱磷。 9.牌号J×××J-结构钢焊条××-熔敷金属抗拉强度最低值×-药皮类型及焊接电源种类 10.焊缝由熔池金属结晶而成。冷却凝固后形成由铁素体和少量珠光体组成的柱状晶铸态组织。 11.热影响区的组织过热区正火区部分相变区熔合区 12.影响焊缝质量的因素影响焊缝金属组织和性能的因素有焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数、焊接操作方法、焊接接头形式、坡口和焊后热处理等。 13.改善焊接热影响区性能方法：1.用手工电弧焊或埋弧焊焊一般低碳钢结构时，热影响区较窄，焊后不处理即可保证使用。2.重要的钢结构或用电渣焊焊接构件，要用焊后热处理方法消除热影响区。3.碳素钢、低合金结构钢构件，用焊后正火消除。4.焊后不能接受热处理的金属材料或构件，要正确选择焊接方法与焊接工艺。 14.常见的焊接缺陷裂纹夹渣未焊透未熔合焊瘤气孔咬边 15.焊接应力的产生及变形的基本形式收缩变形弯曲变形波浪变形扭曲变形角变形 16.焊接应力与变形产生的原因焊接过程中，对焊件进行了局部不均匀的加热是产生焊接应力与变形。 17.防止和减少焊接变形的措施：可以从设计和工艺两方面综合考虑来降低焊接应力。在设计焊接结构时，应采用刚性较小的接头形式，尽量减少焊缝数量和截面尺寸，避免焊缝集中等。 18.矫正焊接变形的方法机械矫正法火焰加热矫正法 19.坡口：焊件较薄时，在焊件接头处只需留出一定的间隙，用单面焊或双面焊，就可以保证焊透。焊件较厚时，为保证焊透，需预先将接头处加工成一定几何形状的坡口。 20.焊缝位置：熔焊时，焊缝所处的空间位置称为焊接位置。它有平焊、立焊、横焊和仰焊等四种。 21.埋弧自动焊的焊接电弧是在熔剂下燃烧，其引弧，维持一定弧长和向前移动电弧等主要焊接动作都由机械设备自动完成，故称为埋弧自动焊。 22.埋弧自动焊特点：1.生产率高2.焊缝质量好3.节省焊接材料和电能4.改善了劳动条件5.焊件变形小6.设备费用一次性投资较大。但由于埋弧焊是利用焊剂堆积进行焊接的，故只适用于平焊和直焊缝,不能焊空间位置焊缝及不规则焊缝。 23.自动焊工艺：仔细下料、清洁表面、准备坡口和装配点固。 24.气体保护焊：用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。按照保护气体的不同，气体保护焊分为两类：使用惰性气体作为保护的称惰性气体保护焊，包括氩弧焊、氦弧焊、混合气体保护焊等；使用CO2气体作为保护的气体保护焊，简称CO2焊。特点：保护气体廉价，成本低；热量集中，焊速快，不用清渣，生产率高；明弧操作，焊接方便；热影响区小，质量好，尤其适合焊接薄板。主要用于30mm 以下厚度的低碳钢和部分合金结构钢。缺点是熔滴飞溅较为严重，焊缝不光滑，弧光强烈操作不当，易产生气孔。焊接工艺规范：采用直流反接，低电压（小于36V）和大电流密度。
金属塑性成型原理
塑性变形：当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形。 塑性：外力作用下使金属材料发生塑性形变而不破坏其完整性的能力。 塑性成形：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法。 软取向：μ=0.5或接近0.5 硬取向：μ=0或或接近0 金属塑性成形的特点：1组织性能好，金属材料在塑性成形过程中，其内部发生显著的变化2材料利用率高金属塑性成形主要是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不产生切屑，因此只有少量的工艺废料，并且流线分布合理3尺寸精度高不少成型方法已达到少或无切削的要求。4生产效率高，适于大批量生产随着塑性加工工具和设备的改进及机械化，自动化程度的提高，生产率也相应得到提高。 金属塑性成形分为板料成形和块料成形。 块料成形是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。1一次加工：轧制，挤压，拉拔2二次加工：自由锻，模锻。 板料成形一般称为冲压，是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形。这类塑性加工方法可分为分离工序和成形工序两类。 金属塑性成形原理是研究和探讨金属在各种塑性加工过程中可遵循的基础和规律的一门学科。目的在于科学地、系统地阐明这些基础和规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，也为合理制订塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。 金属塑性成形工艺应要求：1使金属具有良好的塑性2使变形抗力小3保证塑性成形件质量4能了解变形力。为达到以上要求需从塑性变形的力学基础、物理基础、塑性成形问题的工程解法、塑性成形件的质量分析等发面进行论述。 晶内变形的主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。 滑移是指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。 晶体的滑移过程实际上就是位错的移动和增殖过程。加工硬化的原因是位错增殖。 滑移系多的金属要比滑移系少的金属变形协调性好、塑性高，如面心立方金属比密排六方金属的塑性好。 临界切应力的大小取决于金属的类型、纯度、晶体结构的完整性、变形温度、应变速率和预先变形程度等因素。 孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。 晶向变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。特别的，在冷态变形条件下，由于晶界强度较高，晶间变形的较小。 多晶体塑性变形的特点：1各晶粒变形的不同时性2各晶粒变形的相互协调性3晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 晶粒的大小与应力场的关系：晶粒越细，金属屈服强度越大，金属塑性越好。 冷塑性变形对金属组织和性能的影响：一、组织的变化1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变。二、性能的变化强度、硬度增加越多，而塑性指标降低越甚，也即加工硬化越严重。纤维组织：（冷变形）轧制变形时，原来等轴的晶粒延伸长变形方向伸长，若变形程度很大则晶粒呈现为一片如纤维状的条纹。 变形织构：由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织。 冷、热、温变形的区别是再结晶温度不同。 冷变形后，对金属加热和保温会发生顺次的三个过程：回复，再结晶，晶粒长大。热塑性变形时的软化过程按性质可分为以下几种：动态回复、动态 再结晶、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶等。 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的再结晶。 热塑性变形对金属组织和性能的影响：1改善晶粒组织2锻合内部 缺陷3破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4形成纤维 组织5改善偏析。 超塑性变形状态：处于特定的条件下，如一定的化学成分、特定的 显微组织及转变能力、特定的变形温度和应变速率等，则金属会表 现出异乎寻常的高塑性状态。 超塑性：金属和合金具有超长的均匀变形能力，其伸长率达到百分 之几百，甚至百分之几千。（分为细晶超塑性和相变超塑性） 塑性指标：为了衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指 标。用伸长率和断面收缩率表示。 影响塑性的因素：金属的化学成分和组织，变形温度，应变速率， 变形力学条件。 冷脆：磷是钢中的有害物质，在铁中有相当大的溶解度，使钢的强 度、硬度提高，而塑性、韧性降低，在冷变形时影响更为严重。 热脆：（与O、S有关）钢未加热到变形温度，硫化物及其共晶体熔 化，形成裂纹的现象。 氢脆：氢溶入钢中使钢的塑性、韧性下降。白点：氢原子聚集产生 局部高压，在钢中组织应力或温度应力共同作用下产生的微裂纹。 变形温度对金属塑性的影响：随着温度上升，塑性增加，但非简单 的线性上升；在加热过程的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边 界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。 热效应：塑性变形时金属所吸收的能量，绝大部分转化为热能。温 度效应：塑性变形中的产生的热量使变形体温度升高的现象。 加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性 韧性降低的现象。 热塑性变形：在再结晶温度以上进行的塑性变形，又称热塑性加工 从工艺性能的角度看，提高应变速度会以下有利作用：1降低摩擦 系数，从而降低金属的流动阻力，改善金属的充填性及变形的不均 匀性2减少热成形时的热量损失，从而减少毛坯温度下降和温度分 布的不均匀性3出现所谓“惯性流动效应”从而改善金属的充填性 塑性图：为了具体掌握不同变形条件下，金属的塑性随温度变化的 情形，需要试验方法绘制其塑性--温度曲线，简称塑性图。 温度效应与下列因素有关：1变形温度2应变速率3变形程度。 温度升高使金属塑性增加的原因：1发生回复或再结晶2原子动能 增加3金属的组织、结构发生变化4扩散蠕变机理起作用5晶间滑 移作用增强。 1、怎样解释静水压力越大金属的塑形越高？①拉伸应力会促 进晶间变形、加速晶界的破坏；而压缩应力能阻止或减少晶 间变形，随着静水压力的增大，晶间变形越加困难，因而提 高了金属的塑形。②三向压缩应力有利于愈合塑形变形过程 中产生的各种损伤；而拉应力则相反，它促使损伤的发展。 ③当变形体内原先存在着少量对塑形不利的杂质、液态相或 组织缺陷时，三向压缩作用能抑制这些缺陷，全部或部分地 消除其危害；反之，在拉应力作用下，将在这些地方产生应 力集中，促使金属的破坏。4增大静水压力能抵消由于不均 匀变形引起的附加拉应力，从而减轻了附加拉应力所造成的 拉裂作用。 2、主应力图：受力物体内一点的应力状态，可用作用在应力单 元体上的主应力来描述，只用主应力的个数及符号来描述一 点应力状态的简图称为主应力图。 3、等效应力的特点：①等效应力是一个不变量。②等效应力在数 值上等于单向均匀拉伸（或压缩）时的拉伸（或压缩）应力?， ?=?；③等效应力并不代表着某一平面上的应力，因而不能在 某一特定的平面上表示出来；4等效应力可以理解为代表一点 应力状态中应力偏张量的综合作用。 主应变简图：用主应变的个数和符号来表示应变状态的简图称 为主应变状态图，简称主应变简图或主应变图。 4、特征应变：三个主应变中绝对值最大的主应变，反映了该工序 变形的特征，称为特征应变。 5、三种变形类型：压缩类变形、剪切类变形、伸长类变形。 6、全量变形：反应单元体在某一变形过程中的某个阶段结束时 的应变，称为全量变量。 7、应力状态：当旋转体承受的外力对称于旋转轴分布时，则旋 转体内质点所处的应力状态称为轴对称应力状态。 8、屈雷斯加屈服准则适用于脆性材料，米赛斯屈服准则适用于 韧性材料。 9、塑形成型时应力应变关系的特点：①应力与应变之间的关系 是非线性的，因此，全量应变主轴与应力主轴不一定重合。 ②塑性变形时可以认为体积不变，即应变球张量为零，泊松 比v=0.5③对于应变硬化材料，卸载后再重新加载时的屈服 应力就是卸载时的屈服应力，比初始屈服应力要高。④塑形 变形是不可逆的，与应变历史有关，即应力应变关系不再保 持单值关系。 10、金属塑形成型中摩擦的特点：①伴随有变形金属的塑形流动 ②接触面上压强高③实际接触面积大④不断有新的接触面 产生⑤常在高温下产生摩擦 11、摩擦对塑形成型的危害主要表现在：①改变变形体内应力状 态，增大变形抗力②引起不均匀变形，产生附加应力和残余 应力③降低模具寿命 12、折叠的特征：①折叠与其周围金属流线方向一致②折叠尾端 一般呈小圆角或枝杈形③折叠两侧有较重的脱碳、氧化现 象。 13、界限法包括：1上限法2下限法 14、主应力法：实质是将应力平衡微分方程和屈服方程联立求 解。 15、塑性区的应力边界条件：1.不受力的自由表面2.无摩擦的接 触表面3.摩擦切应力达到最大值K的接触表面。4.摩擦切应 力为某一中间值的接触表面。 16、常见的滑移线场有以下几种类型：1.直线滑移线场。2简单 滑移线场.3.直线滑移线场与简单滑移线场的组合。4.由两族 相互正交的光滑曲线所构成的滑移线场 17、最大散逸功原理又称第二塑形变分原理。最大散逸功原理可 表述为：对钢塑性体一定的应变增量场而言，在所有满足屈 服准则的应力场中，与该应变增量场符合应力应变关系的应 力场所做的塑性功增量为最大。 亨盖方程 σm-2kω= ξ（β）沿α线 σm+2kω= η（α）沿β线 当沿α族（或β族）中的同一条滑移线移动时，ξ（或η）为常 数，只有当一条滑移线移动到同族的另一条滑移线是ξ（或η） 值才有改变 静可容应力场σij*：用下限法计算极限载荷时，只假设塑变区内的 应力状态。 动可容速度场ui*（或位移场ui*）：用上限法计算极限载荷时，只 假设塑变区的位移状态 下限法：应力场所求得的极限载荷点是小于（最多等于）真实载荷。 上限法：速度场所求得的极限载荷总是大于（最小等于）真实载荷。
材料成型技术基础知识点含答案
知识点1 1、凝固成形的方法包括砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、熔模铸造等。 2、宏观偏析可分为正常偏析，逆偏析和密度偏析等。 3、进行铸件设计时，不仅要保证其工作性能和力学性能要求，还必须认真考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。 4、铸件的缺陷类型包括缩孔、缩松、裂纹、变形等。 5、冲压模具工作零件是指对坯料直接进行加工的零件；定位零件是指用来确定加工中坯料正确位置的零件。 6、挤压按金属的流动方向和凸模的运动方向可分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。 7、手工电弧焊焊条药皮的主要作用有保护作用、冶金作用、提高焊接工艺性能。 8、焊接残余变形总体变形分纵向收缩变形、横向收缩变形、弯曲变形和扭曲变形。 9、氩弧焊按电极可分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种. 10、形核时，仅依靠液相内部自发形核的过程，一般需要较大的过冷度才能得以完成；而实际凝固过程中，往往依靠外来质点或容器壁面形核，这就是所谓的非自发形核过程。 11、一般凝固温度间隔大的合金，其铸件往往倾向于糊状凝固,否则倾向于逐层凝固。 12、焊接接头由焊缝和热影响区两部分组成. 13、挤压成形按成形温度可分为热挤压、温挤压、冷挤压。 14、材料的体积变化是由应力球张量引起的，材料的塑性变形是由应力偏张量引起的。 15、焊接内应力按其产生的原因可分为：热应力、相变应力和机械阻碍应力。 16液态金属凝固方式一般由合金固液相线温度间隔和凝固件断面温度梯度两个因素决定。 17、晶体生长方式决定于固一液界面结构。一般粗糙界面对应于连续长大；光滑界面对应于侧面长大。 18.设计铸造模样时,要考虑加工余量，收缩余量，起模斜度和铸造圆角等四个方面. 19.焊条的选用原则是,结构钢按等强度原则选择,不锈钢和耐热钢按同成分原则选择. 20.合金的凝固温度范围越宽的合金,其铸造性能越差 ,越容易形成缩松缺陷. 21.合金在凝固过程中的收缩可分为三个阶段,依次为液态收缩，凝固收缩，固态收缩 . 22.冲压的基本工序有冲裁，弯曲，拉深，成形等. 23.常见焊接缺陷主要有焊接裂纹，未焊透，气孔，夹渣，咬边等. 24.焊缝的主要接头形式有对接接头，角接接头， T形接头，搭接接头等四种. 25.锻造加热时的常见缺陷有过热，过烧，脱碳，氧化开裂等.
塑性成形方法
第五节其它塑性成形方法 随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。 一、挤压 挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。 挤压法的特点： （1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。 （2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。 （3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μ m，从而 （4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。 （5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。 挤压方法的分类： 1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：
（１）正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2-69所示。 （２）反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。 （３）复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。 （４）径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-72所示。 图2-69 正挤压 图2-70 反挤压
材料科学基础考研知识点总结
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。
基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷； 结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的 原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核， 以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过 程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据 T R k ?∝1可知当过冷度T ?为零时临界晶核半径R k 为无穷大，临界形核功（2 1T G ?∝?）也为无穷大。临界晶核半径R k 与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。 细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。 铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从 模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。 基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下 的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。 相律：f = c – p + 1其中，f 为 自由度数，c 为 组元数，p 为 相数。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也 可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它 方法组合而成的具有金属特性的物质。 合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相 同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。