第五章--金属的塑性与变形抗力..

金属的塑性变形抗力

摘要：塑性加工时，使金属发生塑性变形的外力，称为变形力。金属抵抗变形之力，称为变形抗力。变形抗力和变形力数值相等，方向相反，一般用平均单位面积变形力表示其大小。当压缩变形时，变形抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力，故亦称单位流动压力。

关键字：塑性变形抗力

1、金属塑性的概念

所谓塑性，是指金属在外力作用下，能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力。

金属塑性的大小，可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。一般通常称压力加工时金属塑性变形的限度，或“塑性极限”为塑性指标

2、塑性和柔软性

应当指出，不能把塑性和柔软性混淆起来。不能认为金属比较软，在塑性加工过程中就不易破裂。柔软性反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易。不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或是变形抗力大的金属塑性就差。

3、塑性指标

表示金属与合金塑性变形性能的主要指标有：

（1）拉伸试验时的延伸率（δ）与断面收缩率（ψ）。（2）冲击试验时的冲击韧性αk 。

（3）扭转试验的扭转周数n 。

（4）锻造及轧制时刚出现裂纹瞬间的相对压下量。

（5）深冲试验时的压进深度，损坏前的弯折次数。

4、一些因素对塑性的影响规律

A 化学成分的影响

（1）碳

%L L l -=δ%00F F F -=ψ

随着含碳量的增加，渗碳体的数量也增加，塑性的降低

（2）磷

磷一般说来是钢中有害杂质，磷能溶于铁素体中，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。

（3）硫

硫是钢中有害杂质，它在钢中几乎不溶解，而与铁形成FeS，FeS与Fe的共晶体其熔点很低，呈网状分布于晶界上。当钢在800～1200℃范围内进行塑性加工时，由于晶界处的硫化铁共晶体塑性低或发生熔化而导致加工件开裂，这种现象称为热脆（或红脆）。另外，硫化物夹杂促使钢中带状组织形成，恶化冷轧板的深冲性能，降低钢的塑性。

（4）氮

590℃时，氮在铁素体中的溶解度最大，约为0.42％；但在室温时则降至0.01％以下。若将含氮量较高的钢自高温较快地冷却时，会使铁素体中的氮过饱和，并在室温或稍高温度下，氮将逐渐以Fe4N形式析出，造成钢的强度、硬度提高，塑性、韧性大大降低，使钢变脆，这种现象称为时效脆性。

（5）氢

对于某些含氢量较多的钢种（即每１００克钢中含氢达２毫升时就能降低钢的塑性），热加工后又较快冷却，会使从固溶体析出的氢原子来不及向钢表面扩散，而集中在晶界、缺陷和显微空隙等处而形成氢分子（在室温下原子氢变为分子氢，这些分子氢不能扩散）并产生相当大的应力。在组织应力、温度应力和氢析出所造成的内应力的共同作用下会出现微细裂纹，即所谓白点，该现象在中合金钢中尤为严重。

（6）铜

实践表明，钢中含铜量达到0.15％～0.30％时，钢表面会在热加工中龟裂。

（7）硅

含硅量在0.5％以上时，由于加强了形成铁素体的趋势，对塑性产生不良影响。在硅钢中，当含硅量大于2.0％时，使钢的塑性降低。当含硅量达到4.5％

时，在冷状态下钢已变的很脆，如果加热到100℃左右，塑性就有显著改善。一般冷轧硅钢片的含硅量都限定在3.5%左右。

（8）铝

铝对钢及低合金钢的塑性起有害作用。这可能是由于在晶界处形成氮化铝所致。铝作为合金元素加入钢中是为了得到特殊性能。含铝量较高的铬铝合金，在冷状态下塑性较低。

B 组织的影响

（1）单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织塑性好

（2）晶粒细化有利于提高金属的塑性

（3）化合物杂质呈球状分布对塑性较好；呈片状、网状分布在晶界上时，使金属的塑性下降。

（4）经过热加工后的金属比铸态金属的塑性高。

C 变形温度对不同的钢种塑性的影响

（1）温度对合金钢塑性的影响

将温度对典型合金钢塑性的影响归纳成五种基本规律，如图5-9所示。图5-9 温度对合金钢塑性的影响

曲线1 表示金属塑性随温度升高而增加，温度超过1200℃以后，其塑性直线下降。大多数工业用钢诸如各种碳素钢与合金结构钢都属于这一类型。

曲线2 表示金属的塑性随温度升高而降低，温度超过900℃以后，下降趋势更加显著。这一曲线只适用于少数高合金钢，如1Cr25Ni20Si2不锈钢属于这一类。显然对这种合金钢加工非常困难。

曲线3 表示随温度升高塑性很少变化，滚动轴承钢GCr15就属于这种类型。

曲线4 表示在某一中间温度金属的塑性下降，而温度更高些或较低时都有较好的塑性，工业纯铁属于这一类。

曲线5 表示温度升高至某—中间温度时塑性较高，继续升高温度时塑性降低，如1Cr18Ni9 Ti不锈钢就属于这种类型。

图5-9 温度对合金钢塑性的影

（2）温度对碳素钢塑性的影响规律

总的趋势是随温度的升高，塑性是增加的。但是，在温度升高的全过程中，在某一温度范围内，塑性则是下降的，如图5-10所示。为了便于分析说明，用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示塑性降低区，1、2、3表示塑性增高区。

图5-10 温度对碳素钢塑性的影响

在塑性降低区中：

Ⅰ区——钢的塑性很低，在零下200℃时塑性几乎完全丧失，这大概是由于原子热运动能力极低所致。

Ⅱ区——位于200～400℃之间，此区域亦称为兰脆区，即在钢材的断裂部分呈现兰色的氧化色，因此称为“兰脆”。

Ⅲ区——位于800～950℃之间，称为热脆区。此区与相变发生有关。

Ⅳ区——接近于金属的熔化温度，此时晶粒迅速长大，晶间强度逐渐削弱，继续加热有可能使金属产生过热或过烧现象。

在塑性增加区：

1区——位于100～200℃之间，塑性增加是由于在冷加工时原子动能增加

的缘故（热振动）。

2区——位于700～800℃之间，由于有再结晶和扩散过程发生，这两个过程对塑性都有好的作用。

3区——位于950～1250℃的范围内，在此区域中没有相变，钢的组织是均匀一致的奥氏体。

由图5-10以定性的关系说明了由低温至高温碳素钢塑性变化的过程，这对我们来说是很有参考价值的。例如热轧时我们应尽可能地使变形在3区温度范围内进行，而冷加工的温度则应为1区。

D 变形速度的影响

变形速度（表示变形的快慢程度）对塑性的影响可用图5-11所示的曲线概括之。一般认为在目前所能达到的变形速度，即变形速度不大时，随变形速度的提高塑性降低，如图中的实线部分所示。如果在很高速度下，随着变形速度的提高塑性增加，如图中的虚线部分所示。

E 应力状态的影响

在进行压力加工的应力状态中，压应力个数越多，数值越大，金属塑性越高。反之拉应力个数愈多、数值愈大，金属塑性愈低。

F 变形状态的影响

因为压缩变形有利于塑性的发挥，而延伸变形则相反。所以主变形图中压缩分量越多，对充分发挥金属的塑性越有利。

G 不连续变形的影响

实验结果表明，在不连续变形（或多次变形）的情况下，可以提高金属的塑性。这是由于不连续的变形，每次的变形量小，产生的应力小，不容易超过金属的塑性极限；同时，在各次变形的间隙时间内，可以发生软化过程，使得金属的塑性在一定程度上得到恢复。

H 尺寸（体积）因素的影响

实践证明，随着金属体积的增大，金属的塑性有所降低。

I 变形不均匀的影响

由于接触面上摩擦作用，被加工金属性能的不均匀、工具形状和坯料形状的不一致等原因造成的变形不均匀，使得在金属内部产生附加应力，其中的附加拉应力会促使裂纹产生，降低金属的塑性。

5、提高塑性的途径

（1）控制金属的化学成分，即将对塑性有害的元素含量降到最下限，加入适量有利于塑性提高的元素。

（2）控制金属的组织结构。尽可能在单相区内进行压力加工，采取适当工艺措施，使组织结构均匀，形成细小晶粒，对铸态组织的成分偏析、组织不均匀应采用合适的工艺来加以改善。

（3）采用合适的变形温度-速度制度。其原则是使塑性变形在高塑性区内进行，对热加工来说应保证在加工过程中再结晶得以充分进行。当然，对某些特殊的加工过程，如控制轧制，有的要在未再结晶区进行轧制。

（4）选择合适的变形力学状态。在生产过程中，对某些塑性较低的金属，应选用具有强烈三向压应力状态的加工方式，并限制附加拉应力的出现。

（5）降低接触面上的摩擦，减小变形的不均匀性，减小金属内部产生的附加拉应力提高金属的塑性。

金属变形抗力

（1）静变形抗力：度量物体这种抵抗变形能力的力学指标称为变形抗力，通常以单向拉伸实验时的屈服极限值来表示，因此又称为静变形抗力。

（2）真实变形抗力：在一定变形温度、变形速度和变形程度下的变形抗力指标，称为真实变形抗力，用表示。

2、金属硬度的概念

硬度实际上反映了金属材料的塑性变形抗力大小。

3、一些因素对钢变形抗力的影响规律

A 化学成分的影响 s

σ?

（1）碳钢中的碳和磷的影响

随着含碳量的增加，渗碳体的数量也就增加，变形抗力提高更大。

磷能溶于铁素体中，使得钢的强度、硬度显著提高，钢的变形抗力增加。

（2）合金元素的影响

合金元素加入钢中使变形抗力提高。

B 显微组织的影响

一般情况时，晶粒越细小，变形抗力越大；单相组织比多相组织的变形抗力要低；晶粒体积相同时，晶粒细长者较等轴晶粒结构的变形抗力为大；晶粒尺寸不均匀时，又较均匀晶粒结构时为大；金属中的夹杂物对变形抗力也有影响，在一般情况下，夹杂物会使变形抗力升高；钢中有第二相时，变形抗力也会相应提高。

C变形温度的影响

钢的变形抗力和温度的关系如下：

如1200℃时变形抗力为1.0

则1100℃时变形抗力为2.7

1000℃时变形抗力为4.0

800℃时变形抗力为6.7

常温时变形抗力为20

D 变形速度对变形抗力的影响

热变形时变形速度增加，变形抗力增加显著；而冷变形时变形速度增加，变形抗力增加不大。

E 变形程度对变形抗力的影响

冷状态时，随变形程度的增加，变形抗力显著提高。

在热状态下变形抗力与变形程度具有如下关系：变形程度在20%～30%以下，随变形程度的增加，变形抗力增加比较显著，当变形程度较高时，随变形程度增加，变形抗力增加缓慢。

F 应力状态对变形抗力的影响

同号应力图示比异号应力图示的变形抗力大。

4、热轧时真实变形抗力的确定

热轧时的真实变形抗力根据变形时的温度、平均变形速度和变形程度的值，由实验方法得到的变形抗力曲线来确定。图5-15为不锈钢1Cr18Ni9Ti 的变形抗力曲线。图中的各条曲线是在不同变形温度下，压下率为30％时的变形抗力随平均变形速度变化的曲线。在知道某个轧制道次的平均变形速度和轧制温度后，可由曲线找出ε=30％时的变形抗力，对于其他的变形程度可按图5-15中左上角的修正曲线，由实际变形程度找出修正系数C 。这样该道次的变形抗力为

式中 ——压下率为30％时的变形抗力； C ——与实际压下率有关的修正系数。

图5-15 不锈钢1Cr18Ni9Ti 的变形温度、变形速度对变形抗力的影响ε=30%）

5、冷轧时的真实变形抗力的确定

冷轧时的真实变形抗力由各个钢种的加工硬化曲线，根据该道次的平均总压下率来确定。

冷轧时以退火带坯为原料，要在一个轧程内轧制几道后才退火。一个轧程内各道次的加工硬化被积累起来。而且每道次从变形区入口到出口的变形程度

都是逐渐变化的，因而变形抗力也随之变化。一般用以下方法来计算某一道次30

，?σ30

，??σσ?=C 30，?σ

的平均变形抗力。先用下式计算该道次的平均总压下率：

或

式中 ——平均总压下率；

——该道次轧前的总压下率，即 ——该道次轧后的总压下率，即式中 H0——退火后原始带坯厚度；

H 、h ——该道次轧前、轧后的轧件厚度。

6、降低变形抗力常用的工艺措施

（1）合理的选择变形温度和变形速度

（2）选择最有利的变形方式

（3）采用良好的润滑

（4）减小工、模具与变形金属的接触面积（直接承受变形力的面积）

）（H h H εεεε-+=6.0h

H εεε6.04.0+=εH εh ε0

0H H

H H -=ε00

H h H h -=ε

金属塑性成形原理习题集与答案解析

《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σm 等于中间主应力σ2。

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ε1＝０.1，第二次的真实应变为ε2＝０.25，则总的真实应变ε＝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σｍ B 中间主应力σ２。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。

第五章金属及合金的塑性变形复习题

第五章《金属及合金的塑性变形》复习题一、名词解释： 1.滑移、临界分切应力、取向因子、滑移系统、多滑移和交滑移、孪生、软取向和硬取向、几何软化和几何硬化、弗兰克-瑞德位错源、细晶强化、霍尔佩奇（Hall-Petch）经验公式、加工硬化、纤维组织、形变织构。二、填空题： 1．一个与其上的一个组成一个。 2．加工硬化现象是指，。3．加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是，。 4．金属塑性变形是的结果，滑移是的结果。所以，金属塑性变形的实质是。一切阻碍位错运动的因素都能提高金属的。5．金属塑性变形的基本方式是和。 6．单晶体拉伸时，滑移面和滑移方向逐渐趋于平行于方向；压缩时，滑移面逐渐趋于与压力轴线方向。 7．多晶体的塑性变形过程比单晶体更为复杂，其两个主要因素是和。三、判断题： 1．金属结晶后，晶粒越粗大，其力学性能越好。（） 2．在体心立方晶格中，滑移面为｛110｝×6，而滑移方向为〈111〉×2，所以滑移系为12。（） 3．滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（） 4．因为BCC晶格与FCC晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变

形能力完全相同。（） 5．孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。（）四、选择题： 1．多晶体金属的晶粒越细小，则其:（） a．强度越高、塑性越好；b．强度越低、塑性越差； c．强度越高、但塑性变差；d．强度越低、但塑性较好。 2．能使单晶体产生塑性变形的应力为：（） a．正应力；b．切应力；c．复合应力。 3．面心立方晶格的晶体在受力时的滑移方向：（） a．〈111〉；b．〈110〉；c．〈100〉。 4．体心立方与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，但其塑性变形能力是不同的，其原因是面心立方晶格的滑移方向较体心立方晶格的滑移方向：（）a．少；b．多；c．相等。 5．加工硬化使：（） a．强度增大，塑性降低；b．强度增大，塑性增大； c．强度减小，塑性增大；d．强度减小，塑性降低。五、问答题： 1．晶粒大小对金属力学性能有何影响？常用的细化晶粒的方法有哪些？回答要点：晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性就越好。细化晶粒的方法：1）增加过冷度；2）变质处理；3）附加振动。 2．晶格结构分别为密排六方、体心立方、面心立方的Zn、α-Fe、Cu的塑性在通常情况下不同，说明谁好谁差并解释产生的主要原因。回答要点：Zn为密排六方晶格，α-Fe为体心立方晶格，Cu 为面心立方晶格，所以Zn的塑性最差，α-Fe其次，Cu的塑性最好。因为密排六方晶格的滑移系最少，而体心立方晶格与面心立方晶格虽然滑移系相同，但前者的滑移方

第五章金属合金的塑性变形 -

第五章金属及合金的塑性变形与断裂一名词解释固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构固溶强化：固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高，应力－应变曲线升高，塑性下降的现象；应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况；孪生：金属塑性变形的重要方式。晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。形成孪晶的过程称为孪生；临界分切应力：金属晶体在变形中受到外力使某个滑移系启动发生滑移的最小

分切应力；变形织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构。二填空题 1．从刃型位错的结构模型分析，滑移的移面为{111}，滑移系方向为<110>，构成12 个滑移系。P166. 3. 加工硬化现象是指随变形度的增大，金属强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降的现象，加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的

根本原因是位错密度提高，变形抗力增大。 4．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界、晶格位向差。 5．金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，冷变形后金属的强度增大，塑性降低。6．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好，而高温下使用的金属材料以粗一些晶粒为好。对于在高温下工作的金属材料，晶粒应粗一些。因为在高温下原子沿晶界的扩散比晶内快，晶界对变形的阻力大为减弱而致 7．内应力可分为宏观内应力、微观内应力、点阵畸变三种。三判断题 1．晶体滑移所需的临界分切应力实测值比理论值小得多。（√） 2 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑

第四章塑性变形(含答案)

第四章塑性变形（含答案）一、填空题（在空白处填上正确的内容） 1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。答案：滑移面、滑移方向、好（强） 2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。答案：熔点、低 3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。答案：滑移 4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异） 5、生产中消除加工硬化的方法是________。答案：再结晶退火 6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。答案：晶粒长大 7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。答案：第三类（超微观） 8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。答案：再结晶退火 9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。答案：加工硬化 10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。答案： 269℃ 11、常温下，金属单晶体塑性变形方式有________和________两种。答案：滑移、孪生 12、金属产生加工硬化后会使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。答案：提高、提高、降低、降低 13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。答案：平行（于）、垂直（于） 14、金属单晶体塑性变形有________和________两种不同形式。答案：滑移、孪生 15、经过塑性变形的金属，在随后的加热过程中，其组织、性能和内应力将发生一系列变化。大致可将这些变化分为________、________和________。答案：回复、再结晶、晶粒长大 16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。答案：再结晶温度

第九章--金属塑性变形抗力(1)

金属塑性变形抗力的影响因素学生姓名黄文博学号20130603218 班级13材控 2 学院名称机电工程学院专业名称材料成型及控制工程指导教师宋美娟

金属的塑性和变形抗力从金属成形工艺的角度出发，我们总希望变形的金属或合金具有高的塑性和低的变形抗力。随着生产的发展，出现了许多低塑性、高强度的新材料，需要采取相应的新工艺进行加工。因此研究金属的塑性和变形抗力，是一个十分重要的问题。本章的目的在于阐明金属塑性和变形抗力的概念，讨论各种因素对它们的影响。 1. 塑性、塑性指标、塑性图和变形抗力的概念所谓塑性，是指固体材料在外力作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。人们常常容易把金属的塑性和硬度看作成反比的关系，即认为凡是硬度高的金属其塑性就差。当然，有些金属是这样的，但并非都是如此，例如下列金属的情况： Fe HB＝80 ψ＝80％ Ni HB＝60 ψ＝60％ Mg HB＝8 ψ＝3％ Sb HB＝30 ψ＝0％可见Fe、Ni 不但硬度高，塑性也很好；而Mg、Sb 虽然硬度低，但塑性也很差。塑性是和硬度无关的一种性能。同样，人们也常把塑性和材料的变形抗力对立起来，认为变形抗力高塑性就低，变形抗力低塑性就高，这也是和事实不符合的。例如奥氏体不锈钢在室温下可以经受很大的变形而不破坏，既这种钢具有很高的塑性，但是使它变形却需要很大的压力，即同时它有很高的变形抗力。可见，塑性和变形抗力是两个独立的指标。为了衡量金属塑性的高低，需要一种数量上的指标来表示，称塑性指标。塑性指标是以金属材料开始破坏时的塑性变形量来表示。常用的塑性指标是拉伸试验时的延伸率δ和断面缩小率ψ，δ和ψ由下式确定：式中l0、F0——试样的原始标距长度和原始横截面积；lK、FK——试样断裂后标距长度和试样断裂处最小横截面积。实际上，这两个指标只能表示材料在单向拉伸条件下的塑性变形能力，金属的塑性指标除了用拉伸试验之外，还可以用镦粗试验、扭转试验等来测定。镦粗试验由于比较接近锻压加工的变形方式，是经常采用的一种方法。试件做成圆柱体，高度H。为直径D。的l.5 倍(例如D0＝20mm，H0＝20mm)。取一组试样在压力机或锤上进行镦粗，分别依次镦粗到预定的变形程度，第一个出现表面裂纹

05 金属材料热处理第五章金属及合金的塑性变形教案

第五章金属及合金的塑性变形一、教学目的 1 阐明金属塑性变形的主要特点及本质； 2 指出塑性变形对金属组织和性能的影响； 3 揭示加工硬化的本质与意义。二、教学内容（1）拉伸曲线及其所反映的常规机械性能指标；（2）塑性变形的宏观变形规律与微观机制；（3）加工硬化的本质及实际意义；（4）塑性变形对金属与合金组织、性能的影响：（5）金属材料的强化机制。三、重点与难点重点：（1）塑性变形的宏观变形规律与微观机制（2）晶体缺陷对塑性变形的影响；（3）金属塑性变形后的组织与性能；（4）加工硬化的本质及实际意义，残余应力；难点：（1）塑性变形的位错机制（2）形变织构与纤维组织的差别 §5-1 金属的变形特性一、应力-应变曲线拉伸曲线：表示金属在拉伸时伸长量与外力的关系曲线。应力-应变曲线：为了对不同长短、粗细的试样进行比较，将拉伸曲线中的纵、横坐标分别改为应力（σ=P/A0）和应变（ε=（l-l0）/l0），即为应力-应变曲线。

由于拉伸时，横截面积每时每刻都在改变，而计算应力是一直用原始横截面积A 0，故所得应力不是真实应力，因此也称为名义应力-应变曲线。二、真应力-应变曲线当拉伸一个l 0长的均匀圆柱体时，其真应变εT 应按每一瞬时的长度（l 1，l 2，l 3，…）计算： 022*******ln )(0l l l dl l l l l l l l l l l l T ==+?+?+=∑∫?L ε （1）该式表明，采用真应变时，总应变与逐步递增的应变之和相等，但按工程应变计算时，两者并不相等。例如：两试样一次拉伸l 0→l 2或分两次拉伸l 0→l 1→l 2，若按真应变计算，存在： 02 1201ln ln ln l l l l l l =+ 若按工程应变计算，则： 002112001l l l l l l l l l ?≠?+? 在拉伸试样出现颈缩之前，真应变εT 与工程应变ε之间有以下关系： 1,10000+=?=?=εεl l l l l l l 则Q )1ln(ln 0+==∴εεl l T （2）此外，真应力σT 的计算定义为： A P T =σ （3）同样，计算真应力时，由于有：A 0l 0=A l =常数，故： )1(0000+====εσσl l A P A A A P A P T （4）二、弹性变形与弹性模量在应力-应变曲线的起始弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，且具有可逆性，即遵循虎克定律。在拉伸条件下，弹性范围内的真应力与真应变关系为σT =C εT ，其中比例常数C 为拉伸曲线的起始斜率，称为弹性模量，它反映材料抵抗弹性变形的能力。由于工程应力-应变曲线与真应力-应变曲线在弹性区基本一致，故习惯上用σ=E ε表示，而切变条件下，该关系为：τ=G γ。其中，E 和G 分别为正弹性模量和切变弹性模量，两者关系为： )1(2ν+=E G （5）式中，ν为泊松比，表示单轴拉伸时横向缩短与纵向伸长的比值，一般金属多在0.30~0.35之间。当晶体发生弹性变形时，外力所做的功W 相当于应力-应变曲线的弹性直线

第三章金属的塑性变形与再结晶

第三章　金属的塑性变形与再结晶塑性变形是塑性加工（如锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压等）的基础。大多数钢和有色金属及其合金都有一定的塑性，因此它们均可在热态或冷态下进行塑性加工。塑性变形不仅可使金属获得一定形状和尺寸的零件、毛坯或型材，而且还会引起金属内部组织与结构的变化，使铸态金属的组织与性能得到改善。因此，研究塑性变形过程中的组织、结构与性能的变化规律，对改进金属材料加工工艺，提高产品质量和合理使用金属材料都具有重要意义。第一节　金属的塑性变形一、单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的基本方式是滑移和孪生。 1畅滑移滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（即滑移面）发生相对的滑动。滑移是金属塑性变形的主要方式。图3－1　单晶体滑移示意图单晶体受拉伸时，外力F 作用在滑移面上的应力f 可分解为正应力σ和切应力τ，如图３－１所示。正应力只使晶体产生弹性伸长，并在超过原子间结合力时将晶体拉断。切应力则使晶体产生弹性歪扭，并在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑移。图３－２所示为单晶体在切应力作用下的变形情况。单晶体未受到外力作用时，原子处于平衡位置（图３－２ａ）。当切应力较小时，晶格发生弹性歪扭（图３－２ｂ），若此时去除外力，则切应力消失，晶格弹性歪扭也随之消失，晶体恢复到原始状态，即产生弹性变形；若切应力继续增大到超过原子间的结合力，则在某个晶面两侧的原子将发生相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍（图３－２ｃ）。此时如果使切应力消失，晶格歪扭可以恢复，但已经滑移的原子不能回复到变形前的位置，即产生塑性变形（图３－２ｄ）；如果切应力继续增大，其他晶面上的原子也产生滑移，从而使晶体塑性变形继续下去。许多晶面上都发生滑移后就形成了单晶体的整体塑性变形。一般，在各种晶体中，滑移并不是沿着任意的晶面和晶向发生的，而总是沿晶体中原子排列最紧密的晶面和该晶面上原子排列最紧密的晶向进行的。这是因为最密晶面间的面间距和最密晶向间的原子间距最大，因而原子结合力最弱，故在较小切应力作用下便能引起它们之间的相对 3 3

金属塑形作业题答案

一、填空题（括号内为参考答案） 1、板料冲压成形的主要工序有冲裁、弯曲、拉深、（起伏、胀形、翻边）等。 2、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。 3、金属单晶体变形的两种主要方式有滑移和孪晶。 4、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。 5、研究塑性力学时，通常采用的基本假设有连续性假设、均匀性假设、初应力为零、体积力为零、各向同性假设、体积不变假设。 6、金属塑性成形方法主要有拉拔、挤压、锻造、拉深、弯曲等。（冲孔、落料、翻边、、） 7、金属的超塑性可分为微细晶粒（恒温）超塑性和相变（变态）超塑性两大类。 8、金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 9、影响金属塑性的主要因素有：化学成分，组织状态，变形温度，应变速率，变形力学条件。 10、平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σz =（σx +σy）/2 = σm 。 11、主应力法的实质是将平衡微分方程和屈服方程联立求解。二、判断题 1、促使材料发生塑性变形的外力卸除后，材料发生的塑性变形和弹性变形都将保留下来，成为永久变形。 ( F ) 2、为了消除加工硬化、减小变形抗力，拉拔成形时应该将坯料加热到再结晶温度以上。金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积发生变化。 ( F ) 3、弹性变形时，应力球张量使物体产生体积的变化，泊松比ν＜。 ( T ) 4、理想塑性材料在发生塑性变形时不产生硬化，这种材料在中性载荷时不可产生塑性变形。 ( F ) 5、由于主应力图有九种类型，所以主应变图也有九种类型。 ( F ) 6、八面体平面的方向余弦为l=m=n=1/3。（±） ( F ) 7、各向同性假设是指变形体内各质点的组织、化学成分都是均匀而且相同的，即各质点的物理性能均相同，且不随坐标的改变而变化。(这是均匀性假设) ( F ) 8、金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积发生变化。 ( F ) 9、金属材料在完全热变形条件下无法实现拉拔加工。 ( T )

金属塑性加工原理习题

绪论 0-1 请选择你生活学习中所接触的五种物品，写一篇约五千字的调研笔记，调查其从原料到该物品制造的全过程，运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。第一章应力分析与应变分析 1-1 塑性加工的外力有哪些类型？ 1-2 内力的物理本质是什么？诱发内力的因素有哪些？ 1-3 何谓应力、全应力、正应力与切应力？塑性力学上应力的正、负号是如何规定的？ 1-4 何谓应力特征方程、应力不变量？ 1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力？它们在塑性加工上有何意义？ 1-6 何谓应力张量和张量分解方程？它有何意义？ 1-7 应力不变量（含应力偏张量不变量）有何物理意义？ 1-8 塑性变形的力学方程有哪几种？其力学意义和作用如何？ 1-9 锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型？ 1-10变形与位移有何关系？何谓全量应变、增量应变？它们有何联系和区别？ 1-11简述塑性变形体积不变条件的力学意义。 1-12何谓变形速度？它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系？ 1-13何谓变形力学图？如何根据主应力图确定塑性变形的类型？ 1-14锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型？ 1-15塑性加工时的变形程度有哪几种表示方法？各有何特点？ 1-16已知一点的应力状态MPa，试求该应力空间中的斜截面上的正应力和切应力为多少？ 1-17现用电阻应变仪测得平面应力状态下与x轴成0°，45°，90°角方向上的应力值分别为，试问该平面上的主应力各为多少？ 1-18 试证明：（1）（2）

1-19 一圆形薄壁管，平均半径为R，壁厚为t，二端受拉力P及扭矩M的作用，试求三个主应力的大小与方向。 1-20 两端封闭的薄壁圆管。受轴向拉力P，扭矩M，内压力ρ作用，试求圆管柱面上一点的主应力的大小与方向。其中管平均半径为R，壁厚为t，管长为l。 1-21已知平面应变状态下，变形体某点的位移函数为，，试求该点的应奕分量，并求出主应变的大小与方向。1-22 为测量平面应变下应变分量将三片应变片贴在与x轴成0°，60°，120°夹角的方向上，测得它们的应变值分别为。试求以及主应变的大小与方向。 1-23 已知圆盘平锤均匀压缩时，质点的位移速度场为，，，其中为全锤头压下速度，h为圆盘厚度。试求应变速度张量。 1-24 一长为l的圆形薄壁管，平均半径为R，在两端受拉力P，扭矩M作用后，管子的长度变成l1，两端的相对扭转角为，假设材料为不可压缩的。在小变形条件下给出等效应变与洛德参数的表达式。 1-25某轧钢厂在三机架连轧机列上生产h×b×l=1.92×500×100,000mm的A3带钢产品（见图1-14），第1、3机架上的压下率为20%，第2机架上为25%，若整个轧制过程中带材的宽度b保持不变，试求带钢在该连轧机列上的总压下量及每机架前后带钢的尺寸为多少？图1-25 三机架连轧机列示意图第二章金属塑性变形的物性方程

第五章金属的塑性变形与再结晶全解

第五章金属的塑性变形与再结晶目的：掌握金属在塑性变形后组织与性能的变化。要求： 1、掌握塑性变形对金属组织和性能的影响； 2、了解冷变形金属在加热过程中的变化，掌握回复和再结晶的概念及其应用； 3、明确金属冷加工和热加工的区别。重点：塑性变形对金属组织和性能的影响、回复和再结晶的概念及其应用。 §5-1 金属的塑性变形一、单晶体金属的塑性变形 1、单晶体金属的塑性变形只能在切应力作用下发生； 2、单晶体金属的塑性变形在晶体原子最密排面上沿最密排方向进行； 3、单晶体金属的塑性变形伴随着晶体的转动；

二、多晶体金属的塑性变形 1、多晶体金属的组织、结构特点对塑性变形的影响 1）各晶粒形状、大小不同，成分、性能不均匀，各相邻晶粒的晶格位向不同：塑性变形抗力增大；相互约束、阻碍；应力、应变分布不均匀；相互协调、适应。 2）存在大量晶界，晶内与晶界性能不同，晶界易聚集杂质，晶格排列紊乱：晶格畸变增大，滑移位错运动阻力增大，难以变形，塑性变形抗力增大。晶粒越细，

强度越高：晶界总面积增加，周围不同取向的晶粒数越多，塑性变形抗力越大；晶粒越细，塑性、韧性越好：晶粒越细，单位体积中的晶粒数越多，变形量分散到更多晶粒中进行，产生较均匀的变形，不致造成局部应力集中，引发裂纹的产生和扩展，断裂前可发生较大塑性变形量。工业上，常用压力加工、热处理方法细化晶粒，提高性能。 2 、多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属中各晶粒的晶格位向不同，所受分切应力不同，塑性变形在不同晶粒中逐批进行，是个不均匀过程。软位向：晶格位向与外力处于或接近45°角的晶粒所受分切应力最大，首先发生塑性变形。硬位向：晶格位向与外力处于或接近平行或垂直的晶粒所受分切应力最小，难以进行塑性变形。多晶体金属的塑性变形是一批一批晶粒逐步发生，由少数晶粒发生塑性变形逐渐趋于大量晶粒发生塑性变形，由不均匀变形逐渐趋于较均匀变形。 §5-2 塑性变形对组织和性能的影响一、塑性变形对组织的影响 1、晶粒形状发生变化：沿变形方向被拉长，形成纤维组织； 2、晶粒内产生亚结构：

复习资料：第5章金属塑性变形的物理基础

复习资料：第5章金属塑性变形的物理基础 1.简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。 2.设有一简单立方结构的双晶体，如图所示，如果该金属的滑移系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发生滑移？为什么？答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向，而Ⅱ接近硬取向。 3.试分析多晶体塑性变形的特点。答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。 ②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。 ③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。 ④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 5. 合金的塑性变形有何特点？答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用，多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形

状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显著的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。 6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带；晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状；晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。即产生了加工硬化。 7. 什么是加工硬化？产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。 8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。

第五章--金属的塑性与变形抗力

金属的塑性变形抗力摘要：塑性加工时，使金属发生塑性变形的外力，称为变形力。金属抵抗变形之力，称为变形抗力。变形抗力和变形力数值相等，方向相反，一般用平均单位面积变形力表示其大小。当压缩变形时，变形抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力，故亦称单位流动压力。关键字：塑性变形抗力 1、金属塑性的概念所谓塑性，是指金属在外力作用下，能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力。金属塑性的大小，可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。一般通常称压力加工时金属塑性变形的限度，或“塑性极限”为塑性指标 2、塑性和柔软性应当指出，不能把塑性和柔软性混淆起来。不能认为金属比较软，在塑性加工过程中就不易破裂。柔软性反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易。不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或是变形抗力大的金属塑性就差。 3、塑性指标表示金属与合金塑性变形性能的主要指标有：（1）拉伸试验时的延伸率（δ）与断面收缩率（ψ）。（2）冲击试验时的冲击韧性αk 。（3）扭转试验的扭转周数n 。（4）锻造及轧制时刚出现裂纹瞬间的相对压下量。（5）深冲试验时的压进深度，损坏前的弯折次数。 4、一些因素对塑性的影响规律 A 化学成分的影响（1）碳 %L L l -=δ%00F F F -=ψ

随着含碳量的增加，渗碳体的数量也增加，塑性的降低（2）磷磷一般说来是钢中有害杂质，磷能溶于铁素体中，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。（3）硫硫是钢中有害杂质，它在钢中几乎不溶解，而与铁形成FeS，FeS与Fe的共晶体其熔点很低，呈网状分布于晶界上。当钢在800～1200℃范围内进行塑性加工时，由于晶界处的硫化铁共晶体塑性低或发生熔化而导致加工件开裂，这种现象称为热脆（或红脆）。另外，硫化物夹杂促使钢中带状组织形成，恶化冷轧板的深冲性能，降低钢的塑性。（4）氮 590℃时，氮在铁素体中的溶解度最大，约为0.42％；但在室温时则降至0.01％以下。若将含氮量较高的钢自高温较快地冷却时，会使铁素体中的氮过饱和，并在室温或稍高温度下，氮将逐渐以Fe4N形式析出，造成钢的强度、硬度提高，塑性、韧性大大降低，使钢变脆，这种现象称为时效脆性。（5）氢对于某些含氢量较多的钢种（即每１００克钢中含氢达２毫升时就能降低钢的塑性），热加工后又较快冷却，会使从固溶体析出的氢原子来不及向钢表面扩散，而集中在晶界、缺陷和显微空隙等处而形成氢分子（在室温下原子氢变为分子氢，这些分子氢不能扩散）并产生相当大的应力。在组织应力、温度应力和氢析出所造成的内应力的共同作用下会出现微细裂纹，即所谓白点，该现象在中合金钢中尤为严重。（6）铜实践表明，钢中含铜量达到0.15％～0.30％时，钢表面会在热加工中龟裂。（7）硅含硅量在0.5％以上时，由于加强了形成铁素体的趋势，对塑性产生不良影响。在硅钢中，当含硅量大于2.0％时，使钢的塑性降低。当含硅量达到4.5％

塑性变形对金属组织和性能的影响

塑性变形对组织结构的影响多晶体金属塑性变形后，除晶粒内出现滑移带和孪晶等特征外 ()一晶粒形状的变化 1. 外形尺寸改变是内部晶粒变形的总和 2. 晶粒形状发生变化，变形方式和变形量不同，晶粒形状变化也不同 3. 如轧制时 a) 晶粒沿变形方向伸长 b) 变形程度越大，伸长程度越大 c) 变形量很大时，形成纤维组织，纤维组织的方向就是金属的伸展方向 d) 当金属中含有杂质时，杂质沿变形方向被拉长为细带状或粉碎成链状，在光滑显微镜下分辨不出晶粒和杂质 ()二亚结构的细化亚结构的细化数据 1. 铸态金属的亚结构直径为cm 210- 2. 冷塑性变形后亚结构直径为cm 6410~10-- 凸6.30为低碳钢的形变亚结构形变亚结构元素： 1. 形变亚结构的边界和内部： 2. 胞块间的夹角和胞壁的厚度： 3. 位错的分布： 4. 变形量越大，胞块数量越多，胞块尺寸越小，胞块间取向差越大 5. 胞状亚结构的形状随晶粒形状改变而改变，沿变形方向伸长

形变亚结构：高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域形变亚结构的形成原因：位错源产生的位错在运动过程中遇到各种障碍物如晶界，第二相颗粒及割阶等形成位错缠结，便形成高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域 ()三形变织构晶粒择优取向现象多晶体塑性变形也会发生转动，当变形量很大时原来任意取向的晶粒逐渐趋于一致，这种现象就叫做晶粒的择优取向织构和形变织构 1.具有择优取向的组织就叫做织构 2.在金属变形后形成的织构就叫做形变织构，当然还有其他的织构同一种材料加工方式不同类型织构类型不同 1.丝织构：拉拔时形成，各晶粒的某一晶向平行或近似平行拉拔方向 2.板织构：轧制时形成，各晶粒的某一晶面平行于轧制平面，某一晶向平行于轧制方向表6.3常见金属的丝织构与板织构织构的出现： 1.多晶体组织性能出现各向异性，例如 2.但在某些情况下织构的存在是有利的，例如将有织构的板材冲压成杯状零件产生制耳现象：板材各方向变形能力不同工件边缘不齐壁厚不均匀

2019金属塑形作业题答案

. 一、填空题（括号内为参考答案） 1、板料冲压成形的主要工序有冲裁、弯曲、拉深、（起伏、胀形、翻边）等。 2、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。 3、金属单晶体变形的两种主要方式有滑移和孪晶。 4、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。 5、研究塑性力学时，通常采用的基本假设有连续性假设、均匀性假设、初应力为零、体积力为零、各向同性假设、体积不变假设。 6、金属塑性成形方法主要有拉拔、挤压、锻造、拉深、弯曲等。（冲孔、落料、翻边、、） 7、金属的超塑性可分为微细晶粒（恒温）超塑性和相变（变态）超塑性两大类。 8、金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 9、影响金属塑性的主要因素有：化学成分，组织状态，变形温度，应变速率，变形力学条件。 10、平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σz =（σx +σy）/2 = σm 。 11、主应力法的实质是将平衡微分方程和屈服方程联立求解。二、判断题 1、促使材料发生塑性变形的外力卸除后，材料发生的塑性变形和弹性变形都将保留下来，成为永久变形。 ( F ) 2、为了消除加工硬化、减小变形抗力，拉拔成形时应该将坯料加热到再结晶温度以上。金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积发生变化。 ( F ) 3、弹性变形时，应力球张量使物体产生体积的变化，泊松比ν＜0.5。 ( T ) 4、理想塑性材料在发生塑性变形时不产生硬化，这种材料在中性载荷时不可产生塑性变形。( F ) 5、由于主应力图有九种类型，所以主应变图也有九种类型。 ( F ) 6、八面体平面的方向余弦为l=m=n=1/3。（±） ( F ) 7、各向同性假设是指变形体内各质点的组织、化学成分都是均匀而且相同的，即各质点的物理性能均相同，且不随坐标的改变而变化。(这是均匀性假设) ( F ) 8、金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积发生变化。 ( F ) 9、金属材料在完全热变形条件下无法实现拉拔加工。 ( T ) 10、塑性变形时，应力偏张量使物体产生体积的变化，泊松比ν＜0.5。 ( F ) 11、理想刚塑性材料在指在研究塑性变形时，不考虑弹性变形，也不考虑变形过程中产生加工硬化

热轧变形抗力

3.5.3 热轧金属塑性变形阻力金属塑性变形阻力是指单向应力状态下金属材料产生塑性变形所需单位面积上的力，它的大小不仅与金属材料的化学成分有关，而且还取决于塑性变形的物理条件(变形温度、变形速度和变形程度)。由于变形阻力是轧制力计算公式中的一个重要的物理参数，因此几十年来不少学者致力于金属塑性变形阻力的实验研究工作，发表了一些有用的数据。迄今为止，在变形阻力研究中都采用以下函数形式： σ=f(T，u，ε) 式中T——变形温度，K。至于化学成分的影响，目前往往采用对每一种钢种积累一套σ=f(T，u，ε)数据的方法，或在公式的系数中对成分加以考虑。 20多年来，各国比较著名的工作有： P.M.库克(Cook)的变形阻力数据，库克采用凸轮式形变机对12个钢种进行了试验，试验范围：T＝1173～1473K；u＝1～100s-1，e=0.05～0.7。它的数据以σ=f(e)曲线作为基础，绘出了不同变形温度、不同变形速度下的变形阻力随变形程度变化的曲线。图3-21给出了库克的中碳钢(ωc＝0.56%)变形阻力曲线。 A.A.金尼克也采用凸轮式形变机对15种钢种进行了试验，其范围为T=1073～1473K；u＝2～41s-1(低于2s-1的试验在材料机上进行，高于41s-1的试验在落锤式装置上进行)。实验数据采用了不同温度下的σ=f(u)曲线形式(此σ相当于变形程度为ε＝0.30的数据)。图3-22给出GCr15轴承钢的变形阻力数据。变形程度对变形阻力的影响用图左上角的辅助曲线表示。随着计算机控制数学模型的发展，60年代中期开始出现了一批采用变形阻力公式而发表的数据，公式的结构大同小异，有以下几种形式： σ=exp(a+bT)u(c+dT)e n 1

金属塑性变形抗力计算的意义及方法

金属塑性变形抗力计算的意义及方法摘要：变形抗力作为材料的一种特性，反映了热变形过程中显微组织变化情况，因此，如果金属塑性变形中的变形抗力能够准确地测量出来，那么伴随变形过程的显微组织变化，就能够通过变形抗力的变化而预报出来。从而能够在变形后不进行性能测试的情况下，预测工件的力学性能。本文着重介绍金属塑性变形抗力及其计算的意义及方法。关键词：塑性变形抗力；变形抗力；计算方法；意义金属材料的变形抗力是指金属在一定的变形条件下进行塑性变形时，在单位横截面积上抵抗此变形的能力。变形抗力是表征金属和合金压力加工性能的一个基本量。变形抗力的研究起步很早，由于实验条件有限，20世纪40年代以前属于研究的萌芽阶段，20世纪40年代以后随着热模拟技术的应用对变形抗力的研究才有了很大的进步。 1 变形抗力的测定方法简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布 1.1 拉伸试验法： /pl P F ε= ()0ln /l l ε= 1.2 压缩试验法： /pc P F ε= ()0ln /h h ε= 1.3 扭转试验法：圆柱体试样4032M r d τπ=? 空心管试样02M F d τ=平 2 影响变形抗力的主要因素 2.1金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响 2.1.1化学成分对塑性变形抗力的影响对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形抗力也大。同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显著影响。原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；2）形成化合物；3）形成第二相组织，使变形抗力增加。

2.1.2组织对塑性变形抗力的影响 1）基体金属原子间结合力大，变形抗力大。单相组织合金含量越高，S σ越大。原因：晶格畸变。单相组织变形抗力大于多相组织。硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则S σ高。 2）第二相越细、分布越均匀、数量越多，则S σ越高。质点阻碍滑移。 3）晶粒直径越大，变形抗力越大。 4）夹杂物的存在：变形抗力越大。合金变形抗力大于纯金属。 2.2应力状态对塑性变形抗力的影响挤压变形抗力大于轧制变形抗力；孔型中轧制变形抗力大于平辊轧制变形抗力；模锻变形抗力大于平锤头锻造变形抗力；压应力状态越强，变形抗力越大。挤压下的变形抗力大于拉拔变形抗力。金属的变形抗力在很大程度上取决于静水压力。静水压力从0增加到5000MPa 时，变形抗力可增加一倍。静水压力有明显影响的情况：1）金属合金中的已有组织或在塑性变形过程中发生的组织转变有脆性倾向。2）金属合金的流变行为与粘-塑性体行为相一致。（在一定温度-速度条件下，特别是在温度接近熔点且变形速度不大时）。静水压力可以使金属变得致密，消除可能产生的完整性的破坏，既提高金属塑性，又提高变形抗力。金属越倾向于脆性状态，静水压力的影响越显著；静水压力可使金属内的空位数减少，使塑性变形困难。变形速度大时影响大；空位数多时影响大。 2.3温度对塑性变形抗力的影响温度升高，变形抗力降低的原因主要有软化效应、某种物理-化学转变的发生及其它塑性变形机构的参与 1) 软化效应：发生了回复和再结晶从绝对零度到熔点M T 可分为三个温度区间：完全硬化区间：0～0。3M T 、部分软化区间：0.3M T ～0.7M T 、完全软化区间：0.7M T ～1.0M T 、回复温度：（0.25～0.3）M T 、再结晶温度：> 0.4M T 。温度越高、变形速度越小，软化程度越大。 2) 某种物理-化学转变的发生在某些情况下，由于某种物理-化学转变的发生，即使温度大大超过0。3TM 的相应温度，金属也会发生硬化现象，且此硬化现象可以稳定保留下来。 3) 其它塑性变形机构的参与温度升高，原子动能大，结合力弱，临界切应力低，滑移系增加，由于晶粒

第五章金属的塑性与变形抗力

第五章金属的塑性与变形抗力 1、金属塑性的概念所谓塑性，是指金属在外力作用下，能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力。金属塑性的大小，可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。一般通常称压力加工时金属塑性变形的限度，或“塑性极限”为塑性指标 2、塑性和柔软性应当指出，不能把塑性和柔软性混淆起来。不能认为金属比较软，在塑性加工过程中就不易破裂。柔软性反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易。不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或是变形抗力大的金属塑性就差。 3、塑性指标表示金属与合金塑性变形性能的主要指标有：（1）拉伸试验时的延伸率（δ）与断面收缩率（ψ）。（2）冲击试验时的冲击韧性αk 。（3）扭转试验的扭转周数n 。（4）锻造及轧制时刚出现裂纹瞬间的相对压下量。（5）深冲试验时的压进深度，损坏前的弯折次数。 4、一些因素对塑性的影响规律 A 化学成分的影响（1）碳随着含碳量的增加，渗碳体的数量也增加，塑性的降低（2）磷磷一般说来是钢中有害杂质，磷能溶于铁素体中，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。（3）硫硫是钢中有害杂质，它在钢中几乎不溶解，而与铁形成FeS ，FeS 与Fe 的共晶体其熔点很低，呈网状分布于晶界上。当钢在800～1200℃范围内进行塑性加工时，由于晶界处的硫化铁共晶体塑性低或发生熔化而导致加工件开裂，这种现象称为热脆（或红脆）。另外，硫化物夹杂促使钢中带状组织形成，恶化冷%L L l -=δ%00F F F -=ψ

轧板的深冲性能，降低钢的塑性。（4）氮 590℃时，氮在铁素体中的溶解度最大，约为0.42％；但在室温时则降至0.01％以下。若将含氮量较高的钢自高温较快地冷却时，会使铁素体中的氮过饱和，并在室温或稍高温度下，氮将逐渐以Fe4N形式析出，造成钢的强度、硬度提高，塑性、韧性大大降低，使钢变脆，这种现象称为时效脆性。（5）氢对于某些含氢量较多的钢种（即每１００克钢中含氢达２毫升时就能降低钢的塑性），热加工后又较快冷却，会使从固溶体析出的氢原子来不及向钢表面扩散，而集中在晶界、缺陷和显微空隙等处而形成氢分子（在室温下原子氢变为分子氢，这些分子氢不能扩散）并产生相当大的应力。在组织应力、温度应力和氢析出所造成的内应力的共同作用下会出现微细裂纹，即所谓白点，该现象在中合金钢中尤为严重。（6）铜实践表明，钢中含铜量达到0.15％～0.30％时，钢表面会在热加工中龟裂。（7）硅含硅量在0.5％以上时，由于加强了形成铁素体的趋势，对塑性产生不良影响。在硅钢中，当含硅量大于2.0％时，使钢的塑性降低。当含硅量达到4.5％时，在冷状态下钢已变的很脆，如果加热到100℃左右，塑性就有显著改善。一般冷轧硅钢片的含硅量都限定在3.5%左右。（8）铝铝对钢及低合金钢的塑性起有害作用。这可能是由于在晶界处形成氮化铝所致。铝作为合金元素加入钢中是为了得到特殊性能。含铝量较高的铬铝合金，在冷状态下塑性较低。 B 组织的影响（1）单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织塑性好（2）晶粒细化有利于提高金属的塑性（3）化合物杂质呈球状分布对塑性较好；呈片状、网状分布在晶界上时，使金属的塑性下降。（4）经过热加工后的金属比铸态金属的塑性高。 C 变形温度对不同的钢种塑性的影响（1）温度对合金钢塑性的影响