金屬塑性成形原理-總復(fù)習

1、一、 1. 加工硬化指經(jīng)過塑性變形后, 金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)和物理力學性能發(fā)生改變, 其塑性、 韌性下降,強度、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;強化金屬材料 (不能熱處理的 , 提高金屬零件的強度, 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、2. 塑性的影響因素 1變形溫度對塑性的影響變形溫度對塑性影響顯著,總趨勢:溫度升高、塑性增加。三個脆區(qū)低溫脆區(qū)(藍脆區(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)生變化增強熱塑性作用加強晶界滑動作用 2變形速度對塑性的影響增加變形速度會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,由于沒有足夠的時間進行回復(fù)和再結(jié)晶,使塑性降低工藝過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慣性流動 3應(yīng)力狀態(tài)對塑性的影響主應(yīng)力狀態(tài)中,壓應(yīng)力個數(shù)越多,數(shù)值越大,金屬的塑性越好;拉應(yīng)力個數(shù)

3、越多,數(shù) 值越大,金屬的塑性越差。原因拉應(yīng)力促進晶間變形,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。 4金屬的化學成分和組織結(jié)構(gòu)對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,無影響晶粒晶粒細小有利于提高塑性鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織中的

4、粗大柱狀晶粒、偏析、夾雜、氣泡、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應(yīng)力變形抗力的影響因素:化學成分、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 =100%2000%結(jié)構(gòu)超塑性(微細晶粒超塑性動態(tài)超塑性(相變超塑性超塑性的變形機制:晶界滑動與擴散蠕變聯(lián)合機制五、塑性力學的基本假設(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

5、計。六、主應(yīng)力、應(yīng)力特征方程、應(yīng)力張量不變量的物理意義1. 主應(yīng)力切應(yīng)力 =0的平面 主平面、主方向(應(yīng)力主軸 ;應(yīng)力 主應(yīng)力。2. 三個主應(yīng)力 1, 2, 3;三個主方向互相垂直。 3.ij 的分量隨坐標系變化,但 J 1, J 2, J 3不變,這表明了一個確定的應(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1.321230J J J -=(22232. . . x y z xy yz xz x yz y zx z xy x xyxz yyz z J =+-+=ij

6、 j j m i i =+'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(物理意義 。 2.應(yīng)力偏張量的三個不變量去除靜水應(yīng)力成分,不產(chǎn)生體積變形與屈服準則有關(guān)八、主切應(yīng)力及其面上的應(yīng)力分布最大切應(yīng)力 max =max 12, 23, 31 ;當 時, max =±(3 - 1/2;當 1=2=3時, 12=23=31=0,無切應(yīng)力;當三個主應(yīng)力同時加減相同值時,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)力并不代表某一實際平面上的應(yīng)力,因而不

7、能在某一特定的平面上表示出來;4. 等效應(yīng)力可以理解為代表一點應(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)變增量與應(yīng)變速率全量應(yīng)變:反映變形體在某一變形過程或變形過程中某一階段結(jié)束時的變形大小。應(yīng)變增量:在無限小的時間間隔 dt 內(nèi),變形體內(nèi)質(zhì)點產(chǎn)生極小的位移變化(位移增量 ,引 起的無限小的應(yīng)變增加量。應(yīng)變速率:單位時間內(nèi)的應(yīng)變大小。應(yīng)變速率表示瞬時的變形程度大小, 與工具的速度有區(qū)別; 應(yīng)變速率不單取決于工具速 1x y zJ '''+'=+=(22222222222212322311616x y y z z x xy yz zxx

8、 y y z z x xy yz zxJ ''''''=-+-+=-+-+-+=-+-+-'1233. .x xy xzy yzzJ''''''='=(2222222222221231232S l m n l m m=-=+-+1238=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形式及其之間的關(guān)系 對數(shù)應(yīng)變具有疊加性,是可加應(yīng)變;相對應(yīng)變不具可加性;對數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變; 相對應(yīng)變不具可比性。十二、體積不變條件及其表達形式十三、屈服準則定義:變形體內(nèi)質(zhì)點由彈性狀態(tài)

9、過渡到塑性狀態(tài), 并維持繼續(xù)進行塑性變形所需滿足的力學條件,即各應(yīng)力分量與材料性能之間必須符合的一定關(guān)系。 (塑性條件、屈服條件 1230x y z +=+=Tresca 屈服準則:材料的屈服與最大切應(yīng)力有關(guān), 即當變形體內(nèi)質(zhì)點的最大切應(yīng)力達到某一定值(材料的性能:剪切屈服強度時,材料就發(fā)生屈服。 (最大切應(yīng)力不變條件物理意義:當材料產(chǎn)生塑性變形時,體內(nèi)質(zhì)點的最大切應(yīng)力保持不變。 Mises 屈服準則:當質(zhì)點的等效應(yīng)力到達某定值時,材料屈服,該定值與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。 物理意義:(1926年, Hencky 在三向應(yīng)力的作用下,當變形體內(nèi)單位體積形狀改變的彈性能達到某常數(shù)時,材料屈服。 差別:兩個

10、軌跡有差別,為單向應(yīng)力狀態(tài)和軸對稱應(yīng)力狀態(tài),兩準則一致。為純剪切應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài), 兩準則差別最大。 屈服準則的簡化表達式:兩個屈服準則的比較(各向同性理想塑性材料 :兩屈服準則的表達式與坐標的選擇無關(guān),是應(yīng)力不變量的函數(shù); 三個主應(yīng)力可以任意置換,且拉應(yīng)力與壓應(yīng)力作用相同; 屈服準則表達式與應(yīng)力球張量無關(guān); (實際應(yīng)力球張量的影響可參閱固體現(xiàn)實應(yīng)力 空間的鐘罩理論Tresca 屈服準則只和最大、最小主應(yīng)力相關(guān),是線性函數(shù),當主應(yīng)力順序已知時, 使用方便; Mises 屈服準則還考慮中間主應(yīng)力的影響; 實驗證明一般韌性金屬材料與 Mises 屈服準則符合較好;13s-=(222212

11、23312S -+-+-= 十四、十五、塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點1. 應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系是非線性的關(guān)系,不是一一對應(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. 塑性變形時可認為體積不變,應(yīng)變球張量等于零,泊松比 =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 3d d2= 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。 可適用于簡單加載 (在 加載過程中任一點的各應(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。 ij ij'=233112122331-=-32p=十八、真

12、實應(yīng)力-應(yīng)變曲線(拉伸試驗 三個變形階段:彈性變形屈服均勻塑性變形塑性失穩(wěn)斷裂特征點:彈性極限點 p ,屈服點 c , 失穩(wěn)點 b ,斷裂點 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。 (隨動強化 十九、最小阻力定律當變形體內(nèi)質(zhì)點有可能沿不同方向移動時,則各質(zhì)點將向著阻力最小的方向移動二十、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)和各項同性的;整個變形體在任意瞬間都承受相同的變形量;接觸表面無摩擦的作用。實際塑性變形都是

13、不均勻變形 :由變形體內(nèi)質(zhì)點的不均勻流動引起。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;降低塑性,甚至可能導致破壞;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高壓下的摩擦, n = 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,接觸面運動速度差別大 。摩擦類型:干摩擦,邊界摩擦,流體摩擦摩擦機理:表面凹凸學說

14、,分子吸附學說,粘著理論 塑性加工中摩擦系數(shù)的測定方法:錐形壓頭鐓粗法,分斷拉模法,園環(huán)鐓粗法二十二、鐓粗變形的特點1、接觸面上存在摩擦;2、變形不均勻,出現(xiàn)鼓形,存在三個變形區(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)當切向拉應(yīng)力超出材料強度極限或切向變形超過材料的變形程度,便會 引起縱向裂紋。 二十三、塑性彎曲變形時的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)窄板 彎曲可簡化平面應(yīng)力問題, 寬板 彎曲簡化為平面應(yīng)變問題。 塑性彎曲變形時,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、拉深變形過程的應(yīng)力

15、應(yīng)變狀態(tài) (/3B t (/3B t>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)點最大切應(yīng)力的跡線。 滑移線場遍及整個塑性變形區(qū)，由兩族互相正交的滑移線組成的網(wǎng)絡(luò)。 s m - 2 Kw = x s + 2 Kw = h 漢基應(yīng)力方程： m 沿線特性：沿a線 (沿a線)ü (沿b線)ý þ Ds m = 2 K Dw ü ý 沿b線 Ds m = -2 K Dw þ 跨線特性（漢基第一定理） ： Dw AD = Dw BC = ××× = C1 ü ï Ds m( A, D ) = Ds m( B ,C ) = ××× = C2 &#