金属材料冷变形抗力的实验测定及其理论计算
“金属的塑性变形与再结晶实验”实验报告.docx
金属的塑性变形与再结晶实验”实验报告、实验目的( 1) 了解冷塑性变形对金属材料的内部组织与性能的影响。
( 2) 了解变形度对金属再结晶退火后晶粒大小的影响。
二、实验原理金属材料在外力作用下，当应力大于弹性极限时，不但会产生弹性变形，还会产生塑性变形。
塑性变形的结果不仅改变金属的外形和尺寸，也会改变其内部的组织和性能。
在冷塑性形变过程，随着变形程度的增大，金属内部的亚晶增多，加上滑移面转动趋向硬位向和位错密度增加等原因，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。
加工硬化后的金属内能升高，处在不稳定的状态，并有想稳定状态转变的自发趋势。
若对其进行加热，使其内部原子活动能力增大，随着加热温度逐渐升高，金属内部依次发生回复、再结晶和晶粒长大3 个阶段。
冷塑性变形金属经再结晶退火后的晶粒大小，不仅与再结晶退火时的加热温度有关，，而且与再结晶退火前预先冷变形程度有关。
当变形度很小时，由于金属内部晶粒的变形也很小，故晶格畸变也小，晶粒的破碎与位错密度增加甚微，不足以引起再结晶现象发生，故晶粒大小不变。
当变形度在2%~10% 范围内时，由于多晶体变形的特点，金属内部各个晶粒的变形极不均匀(即只有少量晶粒进行变形) ，再结晶是晶核的形成数量很少，且晶粒极易相互并吞长大，形成较粗大的晶粒，这样的变形度称为临界变形度。
大于临界变形度后，随着变形量的增大，金属的各个晶粒的变形逐步均匀化，晶粒破碎程度与位错密度也随着增加，再结晶时晶核形成的数量也增多，所以再结晶退火后晶粒较细小而均匀。
为了观察再结晶退火后铝片的晶粒大小，必须把退火后的铝片放入一定介质中进行浸蚀，由于各个晶粒内原子排列的位向不同，对浸蚀剂的腐蚀不同，因而亮暗程度不同，就能观察到铝片内的晶粒。
三、实验装置及试件工业纯铝片、铝片拉伸机、浸蚀剂( 15%HF+45%HCL+15%HN ??3+25% ??2??组成的混合酸)、HV-120型维氏硬度计、小型实验用箱式炉、钢皮尺、划针、扳手、放大镜。
鞍钢冷轧厂Q195钢变形抗力的实验测定及应用
(收稿日期 :2001 - 05 - 18)
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4 模型应用
实验回归的变形抗力模型在新建的冷连轧机
轧制压力模型中得到了应用 ,轧制压力模型如下 :
P = Bl′kQp nt
(8)
式中 P ———轧制压力ΠN
B ———带钢宽度Πmm
l′———轧辊压扁后变形区接触弧长Πmm
k ———平面变形条件下材料的变形抗力 , k = 1. 15σs ΠMPa
Keywords deformation resistance rolling force model application
1 前 言
变形抗力子模型在轧制压力模型中起着重要 作用 ,而轧制压力是轧机最重要的设备参数与工艺 参数 ,压力模型的计算精度直接影响轧制规程设定 精度 ,而且对板厚精度及板形质量也产生直接影 响 ,所以研究变形抗力具有重要意义。由于冷轧厂 绝大部分产品是 Q195 钢 ,本文对 Q195 的变形抗力 进行了实验测定 ,建立了相应的数学模型。
摘 要 针对鞍钢冷轧厂连轧机主导产品为 Q195 的实际情况 ,考虑到变形抗力对 轧制压力和产品质量有直接影响 ,对 Q195 钢变形抗力进行了实验测定 ,并回归出了相 应的变形抗力公式 ,该公式在新建的轧制压力数学模型中得到了应用 ,效果良好 。
关键词 变形抗力 轧制 —拉伸 应用
EXPERIMENTAL APPL ICATION OF DEFORMATION RESISTANCE OF STEEL Q195 AT ANSHAN COLD ROLL ING MILL Zhang Dazhi Du Fengmei
δΠ% 29 36 32 36 32
3 模型建立
金属拉伸实验报告
绘制 σ-ε 简图以及端口形状
抗拉强度 Rm/GPａ
断后伸长率 /%
断面收缩率 Ψ/%
0、４56７ ０、1６82
２4、１6 10、06
67、5１ ╱
断口形状:
【实验讨论】
1、什么叫比例试样?它应满足什么条件?国家为什么要对试样得形状、尺寸、 公差与表面粗糙度等做出相应得规定？
答:拉力试件分为比例试件与非比例试件。比例试件得标距长度与横截面积之间具有如下关
系:
，常数ｋ通常为５、６5 与 11、3,前者称为短试件,后者称为长试件。所以，长
试件满足
,短试件满足
。因为,试件得形状、尺寸、公差与表面粗糙度(不同),
会对试验数据（结果)产生影响得，因此要做出规定得,使得检测结果标准化。
2、参考试验机自动绘图仪绘出得拉伸图，分析低碳钢试样从加力至断裂得 过程可分为哪几个阶段？相应于每一阶段得拉伸曲线各有什么特点?
７８、54
1０、 ００
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10、0 ０
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表２－２、试验数据记录
材 料 上屈服荷载ＦeH 下屈服荷载ＦeＬ
低 碳钢
２8、56
2５、9９
铸铁
╱
╱
单位:KＮ 屈服荷载Ｆｅ
25、９9 ╱
最大荷载 Fm 35、87 1３、2１
查试样得质量与夹具得工作状况,以判断就是否属于偶然情况。
７、归整实验设备：
取下绘记录图纸，请教师检查试验记录，经认可后清理试验现场与所用仪器 设备,并将所用得仪器设备全部恢复原状．
二、铸铁拉伸试验 1、测量试样原始尺寸： 测量方法要求同前,但只用快干墨水或带色涂料标出两标距端点,不用等分 标距段。 ２、试验机准备：（要求同前)。 3、安装试样:(方法同前)。 4、检查试验机工作就是否正常:(检查同前,但勿需试车)。 5、进行试验: 开动试验机，保持试验机两夹头在力作用下得分离速率使试样平行长度内得 应变速率不超过 0、008/ｓ得条件下对试样进行缓慢加载,直至试样断裂为止.停
铝合金变形抗力的实验研究
ｍｅ ｓ ａ ｓｍ ｐｅ ａ ｄ ａ ｐｉａ ｌ ｍａ ｈ ｍａ ｉａ ｏ ｅ ｏ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｓｒ ｓ ｏ ｎ ｅ ｎ ， ｉ ｌ ｎ ｐ ｌ ｂ ｅ ｃ ｔ ｅ ｔ ｌ ｄ ｌ ｆ ｆ ｒ ｔ ｔｅ ｓ ｉ ｆ ｕ ｄ ｄ． ｃ ｍ ｄ ｏ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｓ ｒ ｓ ；ｐ ａ ｔ ｅ ｏ ｍａ ｉｎ；ａｕ ｎ ｕ ａ ｌｙ ｙ ｗｏ ｄ ：ｄ ｆ ｒ ｔ ｔ ｅ ｓ ｌｓｉ ｄ ｆ ｒ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｍｉ ｉ ｍ ｌ ｓ ｏ
形 抗 力大 多 是针 对 钢铁 材料 的 （ 括 冷 变 形 抗 力 和热 变 形 抗 力 ） ￣３铝 合 金 材 料 的 变 形 抗 力 试 验 还 不 包 ［ ４， ３ 多． 因此 ， 者对 四 种铝合 金 材料 的 变 形抗 力做 了实验 研 究． 作
１ 试 验 部 分
用 实验 方 法测 定 不 同参数 下 的变 形 抗力 ， 数是 对 试 样进 行 拉 伸和 压 缩试 验 ， 多 用单 向拉 伸进 行 试 验
文 章 编 号 ： ０ ７ １ ５ （ ０ ２ Ｏ — ０ ５０ １ ０ — ８ ７ ２ ０ ） １０ ４ —３
铝合 金变形 抗力 的实验 研究
尹 凤 福 ，郝 雪玲
（． １ 山东理 工 大 学 ， 山东 淄博 ２ ５ ９ ；． ５ ０ １ ２ 山东 新华 制 药股 份有 限公 司， 山东 淄博 ２ ５ ０ ） ５ ０ ０
中合 理 工艺 规 程 的制定 也依 赖 于金 属 材 料 的变 形 抗力 Ｃ ｚ 但 目前 还 没有 变 形 抗 力 的 解 析计 算 式 ， 际 ｔ３ －． 实 中大 多 以 曲线 的形 式给 出 ， 以至无 法做 到 计算 机对 加 工 过程 的 在线 控 制 ， 用 不便 ． 外 ， 使 此 目前 的各 种 变
金属材料综合实验报告
加工硬化对中碳钢组织和性能的影响一实验目的：1.1 通过金属材料实验全过程，根据给定的实验条件，自己设计实验方案，确定实验方法，选定实验器材，拟定实验操作程序，自己加以实现并对实验结果进行分析处理，是学生进一步加深对金属材料课程所学内容的理解，熟悉实验设备，掌握实验基本方法。
提高动手能力和团队合作的意识，达到培养学生分析问题和进行科学研究能力的目的。
1.2 掌握金属材料塑性变形,热处理工艺,组织结构与性能之间的关系。
1.3 运用已学的金属材料理论知识，参考有关资料，以预定性能指标为依据，正确制定合理的实施方案。
二课程内容：2.1 初步了解金属材料选择的原则，并选取实验材料；2.2 掌握主要热处理工艺方法，熟悉主要热处理设备的结构与炉温的控制仪表；2.3 熟练掌握金相试样的制备方法，能使用金相显微镜观察，分析金相显微组织；2.4 掌握金属力学性能及其影响因素；2.5 选择电子万能试验机及硬度计，了解其特征和使用方法。
2.6 了解镶嵌机的使用及操作规程。
三实验原理3.1 金属塑性变形金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。
在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。
一、单晶体金属的塑性变形单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。
正应力只能引起弹性变形及解理断裂。
只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。
塑性变形有两种形式：滑移和孪生。
在多数情况下，金属的塑性变形是以滑移方式进行的。
（一）滑移1.滑移与滑移带1)滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。
滑移变形的特点：⑴滑移只能在切应力的作用下发生。
产生滑移的最小切应力称临界切应力。
⑵滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
因为原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。
金属的冷变形(北理工考研适用)
第八章金属的冷变形弹性、黏弹性【弹性变形】材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状，这种可恢复的变形称为弹性变形。
【弹性模量】代表着使原子离开平衡位置的难易程度，表征晶体中原子间结合力强弱的物理量，是组织不敏感参数。
沿着原子最密排的晶向弹性模量最高，而沿着原子排列的最疏松晶向弹性模量最低。
【包格申效应】材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4%），而后同向加载则σe升高，反向加载则σe下降，此现象称为包格申效应。
【弹性滞后】应变落后于应力，在σ-ε取向上使加载线与卸载线不重合而形成一个封闭回线，称弹性滞后。
【内耗】弹性滞后，表明加载消耗于材料的变形功大于卸载时材料回复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之内耗。
单晶体的塑性变形1、滑移线与滑移带2、滑移系【滑移面】晶体的滑移发生在一定的晶面和晶向，发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。
【滑移系】一个确定的滑移面与位于该滑移面上的一个滑移方向构成一个滑移系。
滑移面和滑移方向通常是晶体中的密排面和密排方向.FCC：滑移面：{111}，共有四个有效滑移面滑移方向：110，每个滑移面上有三个滑移方向滑移系数目：4*3=12个BCC滑移面：{110}、{112}、{123}等晶面上。
通常在低温下为{112}，中温时为{110}，高温下为{123}滑移方向总是111晶向。
总的滑移系数目：6*2+12*1+24+1=48个一般滑移系多塑性会好，但是还与杂质、加工硬化等有关，bcc的滑移方向少，48个滑移系不能同时运动，且滑移面密排程度低，因此fcc塑性更好。
HCP：滑移面与轴比c/a有关。
当c/a大于或近似等于1.633时，滑移面为(0001)晶面，滑移系为3个。
当c/a小于1.633时，滑移面变为柱面（1-100）或棱锥面（1-101），滑移系分别为3个和6个。
但滑移方向都是<11-20>。
★孪生是塑性变形的另一种重要形式，它常作为滑移不易进行时的补充。
冷作硬化指数 -回复
冷作硬化指数-回复冷作硬化指数是材料科学中一个重要的参数，用于评估金属材料在冷变形过程中的强度和硬度变化。
在冷作硬化过程中，金属材料的晶界滑移和位错滑移会导致晶体结构的扭曲和位错增多，从而增加了材料的固体溶解度和强度。
冷作硬化指数可以通过实验方法或数学模型来计算，用以预测材料在冷变形过程中的性能变化。
首先，我们来探讨一下冷作硬化的原理。
冷作硬化是指材料在室温下通过冷变形工艺，例如冷轧、冷拉、冷挤压等，使材料晶体结构发生变化从而提高材料的硬度和强度。
冷作硬化的主要机制是位错堆积和晶界弯曲，这些过程导致了材料微观结构的变形和增加。
冷作硬化指数的计算方法基于哥伦布强化理论，该理论认为位错的择优方向是与应力轴向平行的方向。
根据该理论，冷作硬化指数可以通过以下公式计算：H = k·ε^n其中，H表示冷作硬化指数，k为一个常数，ε为冷变形应变，n为冷作硬化指数对应变量的幂指数。
通常情况下，n的值在0.2到0.6之间。
冷作硬化指数的计算可通过实验测量得到。
常见的实验方法包括拉伸试验和微硬度测试。
拉伸试验可以通过施加一定的拉应力来测量材料的力学性能，从而得到冷作硬化指数。
微硬度测试则通过探针对材料表面施加一定的压力并测量压痕的规格，以便计算得到材料的硬度和冷作硬化指数。
除了实验方法，还可以使用数学模型来计算冷作硬化指数。
通过建立位错密度分布的微分方程，可以得到冷作硬化指数与冷变形应变的关系。
数学模型可以更准确地预测冷作硬化指数，并且可以通过计算机模拟的方式得到。
在实际应用中，冷作硬化指数对于金属材料的设计和加工具有重要意义。
通过计算和预测冷作硬化指数，可以选择适当的冷变形工艺和条件，以达到所需的材料性能。
例如，在航空航天和汽车制造领域中，通过增加材料的冷作硬化指数可以提高零件的强度和耐磨性，从而延长部件的使用寿命。
总结起来，冷作硬化指数是用于评估冷变形过程中金属材料强度和硬度变化的重要参数。
它可以通过实验方法或数学模型来计算，并用于预测材料在冷变形工艺中的性能变化。
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4032Mr 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。