金屬塑性成形原理-總復(fù)習(xí)

1、一、1.加工硬化指經(jīng)過(guò)塑性變形后，金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性能發(fā)生改變，其塑性、韌性下降，強(qiáng)度、硬度增加，繼續(xù)變形的力提高的現(xiàn)象。2.加工硬化的后果： 強(qiáng)度提高，增加設(shè)備噸位；塑性下降，降低變形程度，增加變形工序和中間退火工序；強(qiáng)化金屬材料（不能熱處理的），提高金屬零件的強(qiáng)度，改善冷塑性加工的工藝性能。3.措施：經(jīng)冷塑性變形后金屬產(chǎn)生加工硬化，如將變形后的金屬加熱到一定溫度，又將產(chǎn)生軟化，塑性韌性提高，強(qiáng)度硬度降低，即產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶 靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。二、1.金屬的塑性指固體金屬在外力的作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。塑性是一種狀態(tài)、而不是一種性質(zhì)2.塑性的影響因素 變形溫度對(duì)

2、塑性的影響變形溫度對(duì)塑性影響顯著，總趨勢(shì)：溫度升高、塑性增加。三個(gè)脆區(qū) 低溫脆區(qū)（藍(lán)脆區(qū)）中溫脆區(qū) 高溫脆區(qū)主要原因：回復(fù)和再結(jié)晶消除加工硬化降低臨界切應(yīng)力，增加滑移系金屬的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化增強(qiáng)熱塑性作用加強(qiáng)晶界滑動(dòng)作用變形速度對(duì)塑性的影響增加變形速度會(huì)使金屬晶體的臨界切應(yīng)力升高，使塑性降低增加變形速度，溫度效應(yīng)顯著，金屬溫度升高，使塑性提高增加變形速度，由于沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行回復(fù)和再結(jié)晶，使塑性降低工藝過(guò)程中一般希望提高變形速度降低摩擦改善不均勻性減少熱量損失增強(qiáng)慣性流動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性的影響主應(yīng)力狀態(tài)中，壓應(yīng)力個(gè)數(shù)越多，數(shù)值越大，金屬的塑性越好；拉應(yīng)力個(gè)數(shù)越多，數(shù)值越大，金屬的塑性越差。原因

3、 拉應(yīng)力促進(jìn)晶間變形，加速晶界破壞；三向壓縮應(yīng)力有利于愈合塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生的各種損傷；而拉應(yīng)力則相反，它促使損傷的發(fā)展；壓應(yīng)力有利于抑制和消除晶體中塑性變形產(chǎn)生的各種微觀破壞，拉應(yīng)力相反；三向壓應(yīng)力能抵消由于不均勻變形引起的附加拉應(yīng)力。金屬的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)對(duì)塑性的影響 晶格類型的影響面心立方晶格結(jié)構(gòu)：塑性較好體心立方晶格結(jié)構(gòu)：塑性較差密排六方晶格結(jié)構(gòu)：塑性較差組織結(jié)構(gòu)的影響單相組織塑性較好 塑性相近 影響小多相組織 脆性相網(wǎng)狀分布，塑性顯著降低 塑性差別大 脆性相片狀層狀分布，影響小 脆性彌散均勻分布，無(wú)影響晶粒 晶粒細(xì)小有利于提高塑性鑄態(tài)組織 鑄態(tài)組織中的粗大柱狀晶粒、偏析、夾雜、氣泡

4、、疏松等缺陷，以及組織不均勻性將顯著降低金屬的塑性3.提高金屬塑性的途徑合理選擇變形溫度與變形速度合理選擇變形方式提高金屬材料成分和組織的均勻性減小不均勻變形三、金屬的變形抗力及其影響因素 金屬受外力而變形，抵抗變形的力 變形抗力 變形的難易程度 單位流動(dòng)應(yīng)力變形抗力的影響因素：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、變形溫度、變形速度、變形程度、應(yīng)力狀態(tài) 四、金屬的超塑性：延伸率達(dá)d1002000 結(jié)構(gòu)超塑性（微細(xì)晶粒超塑性）動(dòng)態(tài)超塑性（相變超塑性）超塑性的變形機(jī)制：晶界滑動(dòng)與擴(kuò)散蠕變聯(lián)合機(jī)制 五、塑性力學(xué)的基本假設(shè):變形體連續(xù)、變形體均質(zhì)和各向同性、變形體靜力平衡、體積力和體積變形不計(jì)。六、主應(yīng)力、應(yīng)力特征方

5、程、應(yīng)力張量不變量的物理意義1.主應(yīng)力切應(yīng)力t 0的平面 主平面、主方向（應(yīng)力主軸）；應(yīng)力 主應(yīng)力。2. 三個(gè)主應(yīng)力s1, s2, s3；三個(gè)主方向互相垂直。 3. sij 的分量隨坐標(biāo)系變化，但J1, J2, J3不變，這表明了一個(gè)確定的應(yīng)力狀態(tài)其應(yīng)力分量之間的確定關(guān)系 物理意義。 存在主值(主應(yīng)力)，主方向(主軸)，不變量 張量的重要特性。七、應(yīng)力張量、應(yīng)力張量的分解及其物理意義、應(yīng)力偏張量的物理意義 1. 應(yīng)力張量的分解將引起彈性體積變形和引起形狀變化的兩種張量分解開(kāi)（物理意義）。 2. 應(yīng)力偏張量的三個(gè)不變量 去除靜水應(yīng)力成分，不產(chǎn)生體積變形 與屈服準(zhǔn)則有關(guān) 八、主切應(yīng)力及其面上的應(yīng)力

6、分布 最大切應(yīng)力tmaxmax t12, t23, t31 ；當(dāng) 時(shí)，tmax ±(s 3 - s 1)/2 ；當(dāng)s 1s 2s 3時(shí)， t12t23t310，無(wú)切應(yīng)力；當(dāng)三個(gè)主應(yīng)力同時(shí)加減相同值時(shí)，主切應(yīng)力不變。九、等效應(yīng)力及其物理意義 1.等效應(yīng)力是一個(gè)不變量；2.等效應(yīng)力在數(shù)值上等于單向均勻拉伸（或壓縮）時(shí)的拉伸（或壓縮）應(yīng)力1，即 =1。3.等效應(yīng)力并不代表某一實(shí)際平面上的應(yīng)力，因而不能在某一特定的平面上表示出來(lái)； 4.等效應(yīng)力可以理解為代表一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)中應(yīng)力偏張量的綜合作用，或主應(yīng)力、主切應(yīng)力的綜合效果。十、應(yīng)變?cè)隽颗c應(yīng)變速率 全量應(yīng)變：反映變形體在某一變形過(guò)程或變形過(guò)程中

7、某一階段結(jié)束時(shí)的變形大小。 應(yīng)變?cè)隽浚涸跓o(wú)限小的時(shí)間間隔dt內(nèi)，變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生極小的位移變化（位移增量），引起的無(wú)限小的應(yīng)變?cè)黾恿?。?yīng)變速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的應(yīng)變大小。應(yīng)變速率表示瞬時(shí)的變形程度大小，與工具的速度有區(qū)別；應(yīng)變速率不單取決于工具速度，還與變形體尺寸及邊界條件有關(guān)。 十一、塑性變形程度的幾種表達(dá)形式及其之間的關(guān)系 對(duì)數(shù)應(yīng)變具有疊加性，是可加應(yīng)變；相對(duì)應(yīng)變不具可加性；對(duì)數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變；相對(duì)應(yīng)變不具可比性。十二、體積不變條件及其表達(dá)形式 十三、屈服準(zhǔn)則 定義：變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)由彈性狀態(tài)過(guò)渡到塑性狀態(tài)，并維持繼續(xù)進(jìn)行塑性變形所需滿足的力學(xué)條件，即各應(yīng)力分量與材料性能之間必須符合的一定關(guān)系。(

8、塑性條件、屈服條件) Tresca屈服準(zhǔn)則：材料的屈服與最大切應(yīng)力有關(guān)，即當(dāng)變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的最大切應(yīng)力達(dá)到某一定值（材料的性能：剪切屈服強(qiáng)度）時(shí)，材料就發(fā)生屈服。（最大切應(yīng)力不變條件） 物理意義：當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的最大切 應(yīng)力保持不變。 Mises屈服準(zhǔn)則：當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的等效應(yīng)力到達(dá)某定值時(shí)，材料屈服，該定值與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)。 物理意義：(1926年，Hencky )在三向應(yīng)力的作用下，當(dāng)變形體內(nèi)單位體積形狀改變的彈性能達(dá)到某常數(shù)時(shí)，材料屈服。差別：兩個(gè)軌跡有差別，為單向應(yīng)力狀態(tài)和軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)，兩準(zhǔn)則一致。為純剪切應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)，兩準(zhǔn)則差別最大。屈服準(zhǔn)則的簡(jiǎn)化表達(dá)式：兩個(gè)屈服

9、準(zhǔn)則的比較（各向同性理想塑性材料）：兩屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式與坐標(biāo)的選擇無(wú)關(guān)，是應(yīng)力不變量的函數(shù)；三個(gè)主應(yīng)力可以任意置換，且拉應(yīng)力與壓應(yīng)力作用相同；屈服準(zhǔn)則表達(dá)式與應(yīng)力球張量無(wú)關(guān)；（實(shí)際應(yīng)力球張量的影響可參閱固體現(xiàn)實(shí)應(yīng)力空間的鐘罩理論）Tresca 屈服準(zhǔn)則只和最大、最小主應(yīng)力相關(guān)，是線性函數(shù)，當(dāng)主應(yīng)力順序已知時(shí)，使用方便；Mises屈服準(zhǔn)則還考慮中間主應(yīng)力的影響；實(shí)驗(yàn)證明一般韌性金屬材料與Mises屈服準(zhǔn)則符合較好；十四、 十五、塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)1.應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是非線性的關(guān)系，不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；2.塑性變形是不可逆的、不可恢復(fù)的，加載與卸載的規(guī)律不相同；3.塑性變形時(shí)可認(rèn)為體積不變，應(yīng)變

10、球張量等于零，泊松比m=0.5；4.塑性變形全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不重合。十六、塑性變形的增量理論 十七、塑性變形的全量理論全量理論（形變理論） 描述應(yīng)力與塑性全量應(yīng)變之間的關(guān)系?？蛇m用于簡(jiǎn)單加載（在加載過(guò)程中任一點(diǎn)的各應(yīng)力分量都按同一比例增加 比例加載），應(yīng)力主軸與全量應(yīng)變主軸重合的情況。 十八、真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線（拉伸試驗(yàn)） 三個(gè)變形階段： 彈性變形 屈服均勻塑性變形 塑性失穩(wěn)斷裂特征點(diǎn)：彈性極限點(diǎn)p，屈服點(diǎn)c，失穩(wěn)點(diǎn)b，斷裂點(diǎn)k。 包申格效應(yīng) 隨加載路徑和方向不同，屈服應(yīng)力 降低的現(xiàn)象。（隨動(dòng)強(qiáng)化） 十九、最小阻力定律 當(dāng)變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)有可能沿不同方向移動(dòng)時(shí)，則各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)

11、 二十、不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力 1.均勻變形與不均勻變形均勻變形定義：變形前變形體那內(nèi)的直線和平面，變形后仍為直線和平面；變形前相互平行的直線和平面，變形后仍然平行。均勻變形條件： 變形體是均質(zhì)和各項(xiàng)同性的； 整個(gè)變形體在任意瞬間都承受相同的變形量； 接觸表面無(wú)摩擦的作用。實(shí)際塑性變形都是不均勻變形:由變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的不均勻流動(dòng)引起。2. 附加應(yīng)力：由于變形體內(nèi)各部分的不均勻變形受到變形體整體性的限制，從而在各部分之間產(chǎn)生成對(duì)存在的相互平衡的內(nèi)應(yīng)力。附加應(yīng)力類型：區(qū)域之間的 晶粒之間的 晶粒內(nèi)部的附加應(yīng)力的不良后果：引起變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布更加不均勻；提高單位變形力；降低

12、塑性，甚至可能導(dǎo)致破壞；造成工件形狀歪扭；形成殘余應(yīng)力。 二十一、塑性成形中摩擦的特點(diǎn) 高壓下的摩擦，sn = 5003000Mpa ；高溫下的摩擦，Tmax » 1250；伴隨塑性變形的摩擦（接觸面大，新表面產(chǎn)生，接 觸面運(yùn)動(dòng)速度差別大）。 摩擦類型：干摩擦，邊界摩擦，流體摩擦 摩擦機(jī)理：表面凹凸學(xué)說(shuō)，分子吸附學(xué)說(shuō)，粘著理論 塑性加工中摩擦系數(shù)的測(cè)定方法：錐形壓頭鐓粗法，分?jǐn)嗬７ǎ瑘@環(huán)鐓粗法二十二、鐓粗變形的特點(diǎn)1、接觸面上存在摩擦；2、變形不均勻，出現(xiàn)鼓形，存在三個(gè)變形區(qū)；3、側(cè)表面產(chǎn)生附加拉應(yīng)力；區(qū)域I變形程度最小，難變形區(qū)；區(qū)域II變形最大，大變形區(qū)；區(qū)域III居中，小變形區(qū)(III區(qū)當(dāng)切向拉應(yīng)力超出材料強(qiáng)度極限或切向變形超過(guò)材料的變形程度，便會(huì)引起縱向裂紋。)二十三、塑性彎曲變形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 窄板 彎曲可簡(jiǎn)化平面應(yīng)力問(wèn)題，寬板 彎曲簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題。塑性彎曲變形時(shí)，內(nèi)區(qū)和外區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分別為 應(yīng)力中性層內(nèi)移、應(yīng)變中性層內(nèi)移二十四、拉深變形過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 二十五、主應(yīng)力法 二十六、滑移線法 滑移線 處于塑性平面應(yīng)變狀態(tài)下的變形體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)最大切應(yīng)力的跡線?；凭€場(chǎng) 遍及整個(gè)塑性變形區(qū)，由兩族互相正交的滑移線組成的網(wǎng)絡(luò)。 漢基應(yīng)力方程： 沿線特性：沿a 線沿b 線 跨線特性（漢基第一定理）： 推論1 同一族滑移線必