金屬塑性成形原理期末復(fù)習(xí)

1、緒論一、金屬塑性成形方法的特點(diǎn)：(1) 有效改善和控制金屬的組織與性能(2) 原材料消耗少(3) 尺寸精度高(4) 生產(chǎn)效率高二、塑性成形方法分類：體積成形、板料成形塑性成形一一金屬坯料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定兒何形 猶，尺寸和精度,以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。主要成形方法一一軌制、班壓、鍛造(自由鍛,模鍛)、沖圧幾個(gè)基本概念彈性(Elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性。h-(Plasticity)：固體金屬在外力作用下能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整 性的能力 屈服(Yieldmg)：開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的臨界狀態(tài) 損傷(Damage):材料內(nèi)部

2、缺陷產(chǎn)生及發(fā)展的過(guò)程 斷裂(Fracnne)：宏觀裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展到變形體破斷的過(guò)程第一章塑性變形的物理基礎(chǔ)第一節(jié)塑性變形的機(jī)理1. 金屬變形機(jī)理分三類(按物理實(shí)質(zhì))：剪切塑性變形機(jī)理、擴(kuò)散塑性變形機(jī)理、晶間塑 性變形機(jī)理2. 剪切塑性變形機(jī)理一一滑移、李生3. 常見(jiàn)的變形機(jī)理及其呈現(xiàn)的現(xiàn)象：滑移李生擴(kuò)散晶間變形合金的塑性變形第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、金屬冷變形，是在室溫下的金屬塑性變形。熱變形，是指發(fā)生在再結(jié)晶溫度以上的金屬塑性變形。溫變形，加熱到高于室溫，低于金屬的再結(jié)晶溫度的區(qū)間發(fā)生的塑性變形，常見(jiàn)的 溫變形工藝有溫鍛成形、溫?cái)D成形。冷變形的概念一變形溫度低于回復(fù)溫度，在變形

3、中只有加工硬化作用而無(wú)回復(fù)與再 結(jié)晶現(xiàn)象，通常把這種變形稱為冷變形或冷加工。二、冷變形對(duì)金屬組織和性能的影響（一）、組織1. 晶粒形狀變化一一形狀和尺寸會(huì)有變化，人致與金屬的宏觀變形一致。2. 亞結(jié)構(gòu)的形成（金屬的塑性變形主要是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的）3. 變形織構(gòu)的產(chǎn)生一一由于塑性變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為變形織構(gòu)（常見(jiàn)的織構(gòu)有絲織構(gòu)和板織構(gòu)）絲織構(gòu)變形特點(diǎn)：軸對(duì)稱變形，主應(yīng)變?yōu)閮上驂嚎s、一向拉伸，變形后各個(gè)晶粒都 有一個(gè)相同的晶向與最大主應(yīng)變方向幾乎平行。板織構(gòu)特點(diǎn)：每個(gè)晶粒都有一個(gè)晶向與最人主應(yīng)變方向平行，而且某一晶面趨于與 軋制方向平行。（二）、性能的影響加工硬化一一金屬表現(xiàn)出

4、塑性、韌性降低、強(qiáng)度、硬度增加，加工硬化的原因兩個(gè)方面：塑性變形量的增人，使金屬內(nèi)部位錯(cuò)增殖并運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)密度 增加且相互作用增強(qiáng)，最終是金屬的變形抗力增強(qiáng)，塑性變形難以進(jìn)一步發(fā)展。金屬內(nèi)部 的晶粒不斷變形、破碎、并形成亞晶。由于亞晶的存在阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使金屬表現(xiàn)岀強(qiáng)度、 碩度增高。三、熱變形對(duì)金屬的組織和性能的影響1. 回復(fù)熱塑性與冷塑性相比，最人的不同就在于回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化同時(shí)發(fā)生，加工硬化不 斷被回復(fù)、再結(jié)晶消除，使金屬材料始終保持高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。靜態(tài)回復(fù)動(dòng)態(tài)回復(fù)一一主要通過(guò)位錯(cuò)的攀移、交滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)。2. 再結(jié)晶 靜態(tài)再結(jié)晶：利用金屬變形余熱發(fā)生 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：熱塑性變

5、形過(guò)程中發(fā)生 亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒在熱變形停止后的長(zhǎng)人過(guò)程（二）熱塑性變形后金屬組織和性能的變化1. 改善鑄造組織，鍛合內(nèi)部缺陷2. 形成纖維組織3產(chǎn)生帶狀組織超塑性的分類：恒溫超塑性或第一類超塑性。相變超塑性或第二類超塑性 其它超塑性或第三類超塑性 課后題答案1. 金屬的塑性變形的機(jī)理有哪些，各自在什么情況下起主要作用？滑移，李生，擴(kuò)散2. 簡(jiǎn)述合金塑性變形的特點(diǎn)3. 什么是加工硬化現(xiàn)象，發(fā)生加工硬化的原因是什么，加工硬化對(duì)金屬性能的有利影響 和不利影響有哪些，怎樣消除不利影響？4. 熱塑性變形時(shí)的軟化機(jī)制有哪些？第二章金屬的塑性和塑性變形第一節(jié)金屬的塑性、變形抗力及其影響因素一、塑

6、性和變形抗力的概念（一）塑性、塑性指標(biāo)和塑性圖塑性一一指金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而又不破壞其完整性的能力。塑性是金屬在一定變形條件下所呈現(xiàn)出的一種狀態(tài)屬性。影響金屬塑性的內(nèi)素主要有兩個(gè)方面：（1）金屬本身的條件，如化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu);（2）變形時(shí)的外部條件，如變形溫度、變形速度、 應(yīng)力狀態(tài)等。塑性指標(biāo)：拉伸率6和斷面收縮率®。概 念：金屬在破壞前產(chǎn)生的最人變形程度，即極限變形量。Ho - Hk塑性指標(biāo)£二 100% （壓縮法）Ho塑性指標(biāo)衡屋金屬塑性高低的指標(biāo)。塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用概念：表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲線圖形，簡(jiǎn)稱塑性圖。應(yīng)用：合理選擇加工方法

7、制定冷熱變形工藝（二）變形抗力塑性加工時(shí)，使金屬發(fā)生塑性變形的外力，稱為變形力。金屬抵抗變形的力稱為變形抗 力。變形力和變形抗力數(shù)值相等，方向相反。塑性反映材料的變形的能力，變形抗力則反映材料變形的難易程度。二、化學(xué)成分和組織對(duì)塑性和變形抗力的影響（一）化學(xué)成分的影響滲碳體具有很高的硬度，而塑性兒乎為零。（2）磷磷融入鐵素體后使鋼的硬度、強(qiáng)度顯著提高，塑性、韌性顯著降低，尤其在低溫 時(shí)，這種現(xiàn)彖稱為冷脆性。（3）硫鋼中不溶解，而與鐵形成FeS。鋼中有足夠的猛后，便可以消除硫的有害作用。（4）氮時(shí)效脆性（5）氫氫脆現(xiàn)象，使鋼的塑性大大降低（6）氧 在鐵素體中的溶解度很小2.合金元素的影響合金加入

8、鋼中，改變鋼的使用性能，又改變鋼的塑性成形性能。主要表現(xiàn)在：塑性降低, 變形抗力提高。原因下：（1）合金元素融入固體中，都將使鐵原子的晶體點(diǎn)陣發(fā)生不同程度的畸變，從而使鋼 的抗力提高，塑性降低。（2）合金元素與鋼中碳形成硬而脆的碳化物，使鋼的硬度提高，塑性降低。（P30）（二）組織結(jié)構(gòu)的影響單相組織比多相組織塑性好，的變形抗力低。三、變形溫度對(duì)塑性和變形抗力的影響就大數(shù)金屬和合金來(lái)說(shuō)，隨著溫度升高，塑性增加，變形抗力降低。四、變形溫度對(duì)塑性和變形抗力的影響（一）、變形速度變形速度是指單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)變。熱效應(yīng)一一塑性變形過(guò)程中變形能轉(zhuǎn)化為熱能的現(xiàn)彖。溫度效應(yīng)一一由于塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生的熱量而使變

9、形體溫度升高的現(xiàn)彖塑性指標(biāo)變形速度（二）、變形速度的影響變形速度對(duì)塑性的影響，概活為： 變形速度的增人，金屬和合金的變形抗力提高。 隨變形速度提高，塑性變化的一般趨勢(shì)如圖。 變形速度對(duì)鍛壓工藝也有廣泛的影響。五、應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性和變形抗力的影響靜水壓力越大，則塑性越高。為了使材料發(fā)生塑性變形必須滿足塑性條件0 1-0 2=pSS一一材料的真實(shí)應(yīng)力；p一一考慮中間主應(yīng)力Q2影響的系數(shù)，其值為1-1.155 總結(jié):壓力狀態(tài)對(duì)金屬和合金的塑性和變形抗力的影響一一金屬塑性加工時(shí)，靜水壓力越人, 塑性越好，變形抗力也越大還有一些因素影響塑性和變形抗力，如變形體的尺寸，尺寸越人，塑性和變形抗力越低。六、提高

10、金屬塑性和降低變形抗力的主要途徑（1）合理選擇變形溫度和變形速度（2）合理選擇變形方式（3）提高材料成分與組織的均勻性（4）改進(jìn)操作方法，以改善變形的不均勻性提高塑性的主要途徑有以下幾個(gè)方面：（1）控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成分和組織的均勻性；（2）采用合適的變形溫度一速度制度：（3）選用三向壓應(yīng)力較強(qiáng)的變形過(guò)程，減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；（4）避免加熱和加工時(shí)周圍介質(zhì)的不良影響 第二節(jié)金屬的流動(dòng)及其影響因素第三節(jié)金屬塑性成形中的摩擦和潤(rùn)滑一、塑性成形是摩擦的特點(diǎn)（1）有害有益。（2）高壓作用下的摩擦。（3）伴隨著金屬的流動(dòng)而發(fā)生的摩擦（4）高溫下的摩擦。二、塑性

11、成形時(shí)摩擦的分類干摩擦、邊界摩擦和流體摩擦三、塑性成形時(shí)接觸表面摩擦力的計(jì)算四種情況來(lái)考慮：1. 庫(kù)倫摩擦條件t = f.ia<適用于三向壓應(yīng)力不太顯著、變形量小的冷成形工序。2最大摩擦條件23常摩擦力條件r=mK熱變形時(shí)常有4. 反正切摩擦條件（2(IvkI )1r = -iii/lJarc tai:a)I四、影響摩擦系數(shù)的因素（1）、金屬的種類和化學(xué)成分的影響（2）、工具表面狀態(tài)的影響（3）變形溫度的影響（4）變形速度的影響（5）接觸面上單位壓力的影響五、塑性成形時(shí)的潤(rùn)滑（一）塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求（1）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良 好

12、的潤(rùn)滑狀態(tài)；（2）應(yīng)有良好的耐高溫性能，在熱加工時(shí)，潤(rùn)滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；（3）有冷卻模具的作用（4）潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)害、不污染環(huán)境；（6）潤(rùn)滑劑應(yīng)使用、清理方便，來(lái)源豐富，價(jià)格便宜。（二）塑性成形中常用的潤(rùn)滑劑1 液體潤(rùn)滑劑2. 固體潤(rùn)滑劑A。干性固體潤(rùn)滑劑 B.軟（熔）化固體潤(rùn)滑劑課后題1.什么是金屬的塑性，什么是變形抗力？金屬塑性指金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而又不破壞其完整性的能力。金屬抵抗變形的 力稱為變形抗力。2簡(jiǎn)述變形速度、變形溫度、應(yīng)力狀態(tài)對(duì)金屬塑性和變形抗力的影響。如何提高金屬的塑性？ 一般講，如果變形速度大，有沒(méi)有足夠時(shí)間完成

13、塑性變形，金屬的變形抗力會(huì)提高，塑 性降低。變形速度對(duì)塑性的影響概括為變形速度的增大，金屬和合金的變形抗力提高： 隨變形速度提高，塑性變化的一般趨勢(shì)如圖；變形速度對(duì)鍛壓工藝也有廣泛的影響。變形溫度一一就大多數(shù)金屬和合金來(lái)說(shuō)，總的趨勢(shì)是：隨著溫度升高，塑性增加，變形 抗力降低。應(yīng)力狀態(tài)對(duì)金屬和合金的塑性和變形抗力的影響一一金屬塑性加工時(shí)，靜水壓力越大， 塑性越好，變形抗力也越大。提高金屬塑性和降低變形抗力的主要途徑（1）合理選擇變形溫度和變形速度（2）合理選擇變形方式（3）提高材料成分與組織的均勻性（4）改進(jìn)操作方法，以改善變形的不均勻性3. 什么是附加應(yīng)力附加應(yīng)力一一物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生的相互

14、平衡的應(yīng)力，附加應(yīng)力分三類：變形體內(nèi)各區(qū)域體枳之間由不均勻變形所引起的互相平衡的應(yīng)力各晶 粒之間由于其性質(zhì)、人小和方位不同，使晶粒間產(chǎn)生不均勻變形晶粒內(nèi)部，晶粒內(nèi)部各部 分間的不均勻變形引起的第三章應(yīng)力和應(yīng)變第一節(jié)求和約定及張量（一）約定一個(gè)角標(biāo)符號(hào)帶有m個(gè)角標(biāo)，每個(gè)角標(biāo)取n個(gè)值，則該角標(biāo)符號(hào)就代表了 n"個(gè)元素（二）求和約定啞標(biāo)：重復(fù)出現(xiàn)的自由標(biāo)二、張量所謂張量就是坐標(biāo)系中的三個(gè)矢量，九個(gè)標(biāo)量第二節(jié)應(yīng)力分析三、直角坐標(biāo)系中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力分量的正負(fù)號(hào)確定：在單元體上，外法線指向坐標(biāo)軸正向的微分面叫做正面，反之為 反面。在正面上，指向坐標(biāo)軸正向的應(yīng)力分量取正號(hào)，指向負(fù)向的取負(fù)號(hào)；負(fù)

15、面上指向坐標(biāo) 軸負(fù)向的為正，反之為負(fù)。表示一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，六個(gè)應(yīng)力分量：aTxyaTxyTxzQ =TyxaaT:yaa（二）任意切面上的應(yīng)力S = al + Tym + T：nSy = rd + am + ©nSy = z：l + Ty：m + an(三) 主應(yīng)力和應(yīng)力不變量JI = c + 6 + aJ 2 = (bQ + Txy + Tyz + tix >J 3 = bQQ; + 2忑) Tyz T:x (<T Tyz + (TyTzx + (Tz Txy )上式寫(xiě)成 b， J q J z(y J z = 0（四）主剪應(yīng)力和最人剪應(yīng)力（712=2b? - b363

16、=2（五）應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量球應(yīng)力狀態(tài)一一在任何切面上都沒(méi)有剪應(yīng)力，所以它不能使物體產(chǎn)生形狀變化和塑性變形, 而只能產(chǎn)生體積變化：應(yīng)力偏張量只能使物體產(chǎn)生形狀變化，而不能產(chǎn)生體積變化。材料的塑性變形主要與應(yīng)力偏 張量有關(guān)。（可以判斷變形的類型。） （六）、八面體應(yīng)力和等效應(yīng)力在主應(yīng)力空間中，每一卦限中均有一組與三個(gè)坐標(biāo)軸成等傾角的平面,八個(gè)卦限共有八組, 構(gòu)成正八面體面。八面體表面上的應(yīng)力為八面體應(yīng)力。正應(yīng)力:剪應(yīng)力:樂(lè)二扣1+6+6）十廠8 =亍J© -）? +（6 -燈）? +Q3 -尸總應(yīng)力：八面體等效應(yīng)力表達(dá)式:3（7 = ：= TzV2& 二 + 說(shuō)=a/37?

17、 = Ji（ 6-6）' +（6-6）' +（6-6）'對(duì)于任意坐標(biāo)系，則為-Ca-ay +(a-a)2 +(a-a)2 +6(r +r +r)l2xyyzzx /四、應(yīng)力平衡微分方程O(píng)b,Jtdx五、應(yīng)力莫爾圓應(yīng)力莫爾圓，剪應(yīng)力的正、負(fù)按照工程力學(xué)一一順時(shí)針?lè)较蜃饔迷趩卧w上時(shí)為正；反之 為負(fù)。圓的半徑是主剪應(yīng)力值。課后題1.什么是求和約定，張量有哪些基本性質(zhì)？2什么是點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，表示點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)有哪些方法？3什么是應(yīng)力張量、應(yīng)力球張量、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力張量不變量?第四章屈服準(zhǔn)則（1）彈塑性材料：在變形過(guò)程中既有彈性變形又有塑性變形的材料（2）剛塑性材料：在研究塑性

18、變形時(shí)不考慮彈性變形的材料（3）理想彈性材料：彈性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變完全成線性關(guān)系（4）理想塑性材料：塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料（5）理想彈塑性材料：彈塑性材料塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料（6）彈塑性硬化材料：彈塑性材料塑性變形時(shí)產(chǎn)生硬化的材料（7）理想剛塑性材料：剛塑性材料塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料（8）剛塑性硬化材料：剛塑性材料塑性變形時(shí)產(chǎn)生硬化的材料第一節(jié)屈雷斯加屈服準(zhǔn)則內(nèi)容表述：當(dāng)材料（質(zhì)點(diǎn)）中的最大剪應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí)，材料就屈服。 若已知0 1>02>03,則數(shù)學(xué)表達(dá)式：o 1- o 3= 0 s=2K （K為材料屈服時(shí)的最大剪應(yīng) 力值） 若不知道主應(yīng)力人小，則屈雷斯加屈服準(zhǔn)則表達(dá)式：= ±2K = ±a= ±2K = ±a >= +2K = ±a第二節(jié)米塞斯屈服準(zhǔn)則米塞斯屈服準(zhǔn)則表述為：當(dāng)應(yīng)力偏張量的第二不變量J2達(dá)到某定值時(shí)，材料