金屬塑性變形原理

1、金屬塑性變形原理1、變形和應(yīng)力1 1 塑性變形與彈性變形金屬晶格在受力時(shí)發(fā)生歪扭或拉長，當(dāng)外力未超過原子之間的結(jié)合力時(shí)，去掉外力之后晶格便會(huì)由變形的狀態(tài)恢復(fù)到原始狀態(tài)，也就是說，未超過金屬本身彈性極限的變形叫金屬的彈性變形。多晶體發(fā)生彈性變形時(shí)，各個(gè)晶粒的受力狀態(tài)是不均勻的。當(dāng)加在晶體上的外力超過其彈性極限時(shí)，去掉外力之后歪扭的晶格和破碎的晶體不能恢復(fù)到原始狀態(tài)，這種永久變形叫金屬的塑性變形。金屬發(fā)生塑性變形必然引起金屬晶體組織結(jié)構(gòu)的破壞，使晶格發(fā)生歪扭和紊亂，使晶粒破碎并且使晶粒形狀發(fā)生變化，一般晶粒沿著受力方向被拉長或壓縮。2 2應(yīng)力和應(yīng)力集中塑性變形時(shí)，作用于金屬上的外力有作用力和反作用

2、力。由于這兩種外力的作用， 在金屬內(nèi)部將產(chǎn)生與外力大小相平衡的內(nèi)力。單位面積上的這種內(nèi)力稱為應(yīng)力，以(T表小。lP/S式中 (T物體產(chǎn)生的應(yīng)力， MPa 作用于物體的外力，N;S 承受外力作用的物體面積，mr2i當(dāng)金屬內(nèi)部存在應(yīng)力，其表面又有尖角、尖缺口、結(jié)疤、折疊、劃傷、裂紋等缺陷存在時(shí)，應(yīng)力將在這些缺陷處集中分布，使這些缺陷部位的實(shí)際應(yīng)力比正常應(yīng)力高數(shù)倍。這種現(xiàn)象叫做應(yīng)力集中。金屬內(nèi)部的氣泡、縮孔、 裂紋、 夾雜物及殘余應(yīng)力等對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)與物體的表面缺陷相同，在應(yīng)力作用下，也會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中。應(yīng)力集中在很大程度上提高了金屬的變形抗力，降低了金屬的塑性，金屬的破壞往往最先從應(yīng)力集中的地方開始。

3、2、塑性變形基本定律3 1 體積不變定律鋼錠在頭幾道軋制中因其縮孔、疏松、氣泡、裂紋等缺陷受壓縮而致密，體積有所減少，此后各軋制道次的金屬體積就不再發(fā)生變化。這種軋制前后體積不變的客觀事實(shí)叫做體積不變定律。它是計(jì)算軋制變形前后的軋件尺寸的基本依據(jù)。H、 B、 L 軋制前軋件的高、寬、長； h、 b、 l 軋制后軋件的高、寬、長。根據(jù)體積不變定律，軋件軋制前后體積相等，即HBL=hbl2 2 最小阻力定律鋼在塑性變形時(shí)，金屬沿著變形抵抗力最小的方向流動(dòng)，這就叫做最小阻力定律。根據(jù)這個(gè)定律，在自由變形的情況下，金屬的流動(dòng)總是取最短的路線，因?yàn)樽疃痰穆肪€抵抗變形的阻力最小，這個(gè)最短的路線，即是從該動(dòng)

4、點(diǎn)到斷面周界的垂線。3、金屬壓力加工的摩擦當(dāng)軋件和軋輾相接觸時(shí)，軋輾作用于軋件的力有N和T。垂直于軋輾表面的 力N叫正壓力，沿軋輾表面切線方向的力 T叫摩擦力。摩擦力與正壓力的比值 叫摩擦系數(shù)，以f表示，即f=T/N摩擦系數(shù)的大小與軋制溫度、軋輾材質(zhì)和軋輾表面狀態(tài)等因素有關(guān)。軋鋼生 產(chǎn)中的摩擦系數(shù)一般根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：對(duì)鋼軋*gf=1.05-0.0005t 軋-0.056v對(duì)鐵軋*gf=0.94-0.0005t 軋-0.056v對(duì)表面粗糙度為520 Mm的磨光軋輾(包括鋼軋輾和鐵軋輾)f=0.82-0.0005t 軋-0.056v式中f摩擦系數(shù)；t軋軋制溫度，C ;v軋制速度，m/so4

5、、變形抗力金屬及合金的實(shí)際變形抗力取決于金屬及合金的本性屈服極限(7 s、軋制溫度、軋制速度和變形程度的影響，下面分別予以簡單的討論。(1)金屬及合金屈服極限(Ts的影響通常用金屬及合金的屈服極限口來反映金屬及合金本性對(duì)實(shí)際變形抗力的影響。但應(yīng)注意，有些金屬壓縮時(shí)的屈服極限大于拉伸時(shí)的屈服極限。如鋼壓縮時(shí)的屈服極限比拉伸時(shí)約大 10% ；而有些金屬壓縮和拉伸時(shí)屈服極限相同。 因此，在選取(7 s時(shí)，一般最好用壓縮時(shí)的屈服極限，因它與軋制變形較接近。對(duì)有些金屬在靜態(tài)機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)中很難測(cè)出(T s,尤其是在高溫下更是困難，這時(shí)可以用屈服強(qiáng)度(7 0.2來代替。近年來由于熱變形模擬試驗(yàn)機(jī)的出現(xiàn)，為各

6、種狀態(tài)下的 門的測(cè)定提供了有利條件。門是在一定條件下測(cè)得的，具值可查有關(guān)資料。(2)軋制溫度的影響軋制溫度對(duì)金屬屈服極限有很大影響。一般情況是隨著軋制溫度升高,屈服 極限下降，這是由于降低了金屬原子間的結(jié)合力。軋制溫度對(duì)金屬屈服極限的影響用變形溫度影響系數(shù)nT來表示。其他可由有關(guān)資料查得。在確定溫度影響系數(shù)時(shí)，一方面要有可靠的屈服極限與溫度關(guān)系的資料， 另一方面還要確定出金屬熱軋時(shí)的實(shí)際溫度，也就是要確定熱軋時(shí)溫度的變化。(3)變形程度的影響變形程度影響系數(shù)可以分冷軋和熱軋兩種情況。冷軋時(shí)，金屬的變形溫度 低于再結(jié)晶溫度，因此金屬只產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，變形抗力提高。所以在冷軋時(shí) 只需要考慮變形程

7、度對(duì)變形抗力的影響。在一般情況下，這種影響是用金屬屈服 極限與壓縮率關(guān)系曲線來判斷的，具變化規(guī)律對(duì)不同金屬是不同的，合金要比純 金屬大些。熱軋時(shí)，金屬雖然沒有加工硬化，但實(shí)際上變形程度對(duì)屈服極限是有影響的。各種鋼的實(shí)驗(yàn)表明，在較小變形程度時(shí)(一般在20%30%以下)，屈服極限隨變形程度加大而劇烈提高，在中等變形程度時(shí)，即大于 30%,屈服極限隨 變形程度加大，提高的速度開始減慢，在許多情況下，當(dāng)繼續(xù)增大變形程度時(shí)， 屈服極限反而有些降低。所以在熱軋時(shí)也必須考慮這種影響。1814 I I I I 1 I I I 1 I I I1 I I II I I I I I I I I I I II I I

8、 ILL LI2X10-146 8 1綃 246 8 I012468 10a2 o S 6 4 211 11-零«tv紫銅的變形溫度、變形程度和變形速率對(duì)變形抗力的影響(4)變形速度的影響根據(jù)研究可知，冷軋時(shí)由于變形速度的影響小，所以，變形速度影響系數(shù)3可取為1。而熱軋時(shí)，由于在軋制過程中，同時(shí)發(fā)生加工硬化，恢復(fù)和再結(jié)晶現(xiàn)象，隨 變形速度的增加，后者進(jìn)行得不完全，故使變形抗力提高，因而必須考慮變形速 度的影響。5、應(yīng)力和變形的不均勻金屬塑性變形時(shí)變形不均勻及變形體內(nèi)應(yīng)力分布的不均勻，是最常見、最普遍的現(xiàn)象，它既影響產(chǎn)品的內(nèi)外質(zhì)量及其使用性能，也使塑性加工工藝復(fù)雜化。5. 1變形不均勻

9、的原因軋件內(nèi)變形分布不均勻，主要是接觸面的外摩擦、變形區(qū)幾何尺寸因素、軋 輾與坯料差異、軋件內(nèi)溫度不均勻、軋件材質(zhì)不均勻等原因造成的。6. 1. 1接觸面的外摩擦當(dāng)軋輾和軋件接觸面上有摩擦力存在時(shí)，它使接觸面附近的金屬變形流動(dòng)困 難，因而這部分金屬的變形就比其它部分的小，造成了變形的不均勻。7. 1. 2變形區(qū)幾何尺寸因素在存在外摩擦的情況下，變形的不均勻分布與變形區(qū)幾何尺寸因素有密切關(guān)系。8. 1. 3軋輾與軋件形狀差異有些產(chǎn)品形狀很復(fù)雜，需要通過通過軋輾形狀變化來改變產(chǎn)品形狀。由于軋 輾與軋件形狀不一致，造成軋件各部分變形不一致，使變形不均勻，且二者不一 致程度越大，變形越不均勻。9. 1. 4溫度不均勻高溫部分金屬的變形抗力小，易變形，低溫部分金屬的變形抗力大，難變形, 所以同一軋件內(nèi)不同的溫度區(qū)域內(nèi)的變形程度就不同，變形就不均勻。10. 1. 4軋件材質(zhì)不均勻軋件內(nèi)部成分分布不均、組織不均、存在氣團(tuán)等，都促使軋件內(nèi)變形分布和 應(yīng)力分布不均勻。11. 2變形不均勻的后果(1)不均勻變形將產(chǎn)生附加應(yīng)力，在變形過程中可能會(huì)改變應(yīng)力狀態(tài)類型， 原本為壓應(yīng)力的可能變?yōu)槔瓚?yīng)力， 這樣就會(huì)降低金屬塑性，出項(xiàng)破壞；變形后附 加應(yīng)力可保留在金屬內(nèi)部