第五章金屬塑性變形物理基礎(chǔ)

第五章金屬塑性變形物理基礎(chǔ)

5.1、金屬塑性變形的機理及特點5.1.1、概率晶體、單晶體、多晶體、亞結(jié)構(gòu)？5.1、金屬塑性變形的機理及特點5.1.2、塑性變形機理體心立方滑移面與滑移方向

1、滑移面、滑移方向、密排面（方向）、滑移系、滑移線（帶）

？

2、臨界分切應(yīng)力、最大分切應(yīng)力？

3、變形時晶粒的轉(zhuǎn)動？一、滑移變形機理5.1、金屬塑性變形的機理及特點孿生區(qū)域

1、滑移與孿生交替發(fā)生？

4、滑移線形態(tài)，單滑移、多滑移、交滑移。二、孿生變形機理

2、孿生的位錯，其柏式矢量小于一個原子間距？5.1、金屬塑性變形的機理及特點當(dāng)變形條件既不利于滑移，又不利于孿生時晶體以不對稱變向協(xié)調(diào)變形？三、不對稱變向

各種變形一般不是單獨進行，往往是配合、順次進行。5.1、金屬塑性變形的機理及特點擴散蠕變？四、其它變形機理晶界滑移？5.1、金屬塑性變形的機理及特點5.1.3、合金的塑性變形一、單相固溶體塑性變形與純金屬多晶體比較？特點（固溶強化柯式氣團）？5.1、金屬塑性變形的機理及特點二、多相合金塑性變形協(xié)調(diào)變形

1、取向因子μ？

2、獨立滑移系？

3、晶界的折中協(xié)調(diào)性？

特點：各晶粒變形的不同時性；協(xié)調(diào)性；晶間、晶內(nèi)、晶界附近的不均勻性。更加復(fù)雜，但仍是滑移、孿生的協(xié)同作用結(jié)果。5.2、金屬塑性加工中組織和性能變化基本規(guī)律5.2.1、冷塑性變形中組織和性能變化

1、冷塑性變形中組織變化晶粒形狀變化、產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu)、形成織構(gòu)？關(guān)于熱加工與冷加工？如拉伸系數(shù)太?。ㄐ纬煽棙?gòu)）容易產(chǎn)生“制耳”？5.2、金屬塑性加工中組織和性能變化基本規(guī)律

2、冷塑性變形中性能變化

加工硬化？5.2、金屬塑性加工中組織和性能變化基本規(guī)律5.2.2、熱塑性變形中組織和性能變化5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為5.3.1、金屬塑性和塑性指標(biāo)塑性：材料在外力作用下穩(wěn)定發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。

1、塑性指標(biāo)拉伸5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為鐓粗試驗扭轉(zhuǎn)試驗扭轉(zhuǎn)斷裂前扭轉(zhuǎn)角度θ與扭轉(zhuǎn)圈數(shù)n表示。5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為5.3.2、金屬的化學(xué)成分及組織對塑性的影響

1、金屬的化學(xué)成分(碳與雜質(zhì)影響)對塑性的影響5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為

2、金屬的化學(xué)成分（合金影響）對塑性的影響5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為

3、金屬的組織對塑性的影響5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為5.3.3、變形溫度對塑性的影響如圖5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為5.3.4、變形速率對塑性的影響如圖水壓機變形速率：1～10cm/s機械壓力機變形速率：30～100cm/s鍛錘變形速率：500～900cm/s

1、應(yīng)變熱效應(yīng)與溫度效應(yīng)5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為如圖

2、變形速率對塑性的影響機理變形速率應(yīng)力回復(fù)再結(jié)晶溫度效應(yīng)塑性塑性塑性5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為如圖

3、變形速率對塑性的影響⑴、變形速率對塑性的影響的一般趨勢？⑵、變形速率對具有韌脆轉(zhuǎn)變金屬塑性的影響？⑶、變形速率對工藝性能的影響？5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為5.3.5、變形力學(xué)條件對塑性的影響

1、應(yīng)力狀態(tài)的影響？如書上圖5-20～5-26

2、應(yīng)變狀態(tài)的影響？

三向壓應(yīng)力狀態(tài)塑性最好。應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)平砧與V形砧圓鋼應(yīng)力狀態(tài)兩向壓縮一向伸長主應(yīng)變狀態(tài)塑性最好。5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為5.3.6、其它因素對塑性的影響

1、不連續(xù)變形對塑性的影響？如書上圖5-27～5-28

2、尺寸因素對塑性的影響⑴、組織因素對塑性的影響？⑵、表面因素對塑性的影響？5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為

3、周圍介質(zhì)因素對塑性的⑴、表層脆性相對塑性的影響？⑵、表層腐蝕層因素對塑性的影響？⑶、表層吸附油層層因素對塑性的影響？5.3、金屬塑性加工過程中的塑性行為5.3.7、提高金屬塑性的途徑5.4、金屬的超塑性變形5.4.1、超塑性變形概念（前已講述）超塑性變形：材料在超塑性狀態(tài)下的塑性變形。細(xì)晶超塑性：是指金屬在特定條件下，即低變形速度（=10-2～10-4/s）；一定的變形溫度（Tm/2

）；晶粒均勻細(xì)?。ňЯＦ骄叽?.2～0.5μ）；其相對延伸率δ超過100%的特性。5.4、金屬的超塑性變形5.4.2、超塑性種類1、細(xì)晶超塑性2、相變超塑性3、快速變形超塑性（低碳鋼F+A組織）4、消除應(yīng)力退火過程中變形超塑性機理不詳，很少應(yīng)用5.4、金屬的超塑性變形5.4.3、細(xì)晶超塑性的力學(xué)特征1、流動應(yīng)力σ—真實應(yīng)力MPa。K—材料常數(shù)MPa.sm—應(yīng)變速率敏感系數(shù)

—應(yīng)變速率1/s5.4、金屬的超塑性變形2、應(yīng)變速率敏感指數(shù)物理意義m=0.02～0.2—普通金屬。m=0.3～1—超塑性金屬。如圖m大小的影響?5.4、金屬的超塑性變形5.4.4、影響細(xì)晶超塑性的主要因素⑴、低變形速度（

=10-2～10-4/s）。⑵、一定的變形溫度（T=Tm/2

）。⑶、晶粒均勻細(xì)?。ňЯＦ骄叽?.2～0.5μ）。5.4、金屬的超塑性變形5.4.5、細(xì)晶超塑性變形時組織變化與力學(xué)性能變化⑴、不改變等軸性。⑵、不形成亞結(jié)構(gòu)、位錯、滑移線。⑶、有晶界滑移痕跡、空洞。1、細(xì)晶超塑性變形時組織變化5.4、金屬的超塑性變形⑴、不存在織構(gòu)與各向異性。⑵、無畸變與殘余應(yīng)力。⑶、有些合金有加工軟化現(xiàn)象。⑷、有些合金有很高疲勞強度。2、細(xì)晶超塑性變形時力學(xué)性能變化5.4、金屬的超塑性變形5.4.6、細(xì)晶超塑性變形機理晶界滑移、晶粒轉(zhuǎn)動、擴散蠕變、位錯運動、再結(jié)晶等綜合作用結(jié)果。如阿希貝（Ashby）與弗拉爾(Verrall)提出的晶界滑移與擴散蠕變聯(lián)合機理（A-V機理）。如圖，與書上圖5-315.5、金屬塑性成形中的外摩擦5.5.1、金屬塑性成形中摩擦特點金屬塑性成形時零件與工模具之間存在摩擦，此摩擦有不利于成型與有利于成型兩方面特性。

1、塑性變形摩擦

2、高壓下摩擦3、實際接觸面積大

4、不斷產(chǎn)生新接觸面

5、高溫狀態(tài)摩擦5.5、金屬塑性成形中的外摩擦5.5.2、摩擦對塑性成型過程的影響

1、摩擦對塑性成型過程的有利作用利用摩擦控制流動方向；開式模以飛邊保證沖型；保證軋制順利進行；拉伸防折皺。

2、摩擦對塑性成型過程的不利作用

妨礙沖型，甚至產(chǎn)生裂紋；模具磨損；耗能、增大設(shè)備噸位；妨礙脫模。5.5、金屬塑性成形中的外摩擦5.5.3、塑性成型過程中摩擦分類與機理

1、塑性成型過程中摩擦分類5.5、金屬塑性成形中的外摩擦

2、塑性成型過程中摩擦機理5.5、金屬塑性成形中的外摩擦5.5.4、接觸表面摩擦切應(yīng)力數(shù)學(xué)表達(dá)式

1、庫侖摩擦條件庫侖定律塑性成型摩擦的定量描述是塑性成型力學(xué)中最不成熟的問題之一?！Σ燎袘?yīng)力?！ㄏ蛘龖?yīng)力。

—庫侖摩擦因數(shù)。還原正應(yīng)力極限為被加工金屬的拉伸屈服極限。

5.5、金屬塑性成形中的外摩擦

1、庫侖摩擦條件—摩擦切應(yīng)力?！ㄏ蛘龖?yīng)力。

—庫侖摩擦因數(shù)。摩擦切應(yīng)力能否隨正應(yīng)力增大無限地增大？5.5、金屬塑性成形中的外摩擦

2、常摩擦力條件—摩擦切應(yīng)力?！烨O限。—摩擦因子?！拚Σ烈蜃??！辜羟姸?。討論？最大摩擦力條件

本條件認(rèn)為，接觸面上摩擦切應(yīng)力與被加工金屬的剪切強度成正比。5.5、金屬塑性成形中的外摩擦5.5.5、影響摩擦因數(shù)的主要因數(shù)

1、金屬種類與成分金屬表面硬度、強度、吸附性、原子擴散能力、導(dǎo)熱性、氧化速度、氧化膜性質(zhì)、零件-模具分子間結(jié)合力等？

2、零件-模具表面狀態(tài)表面粗糙度、加工刀紋方向？5.5、金屬塑性成形中的外摩擦

3、接觸表面壓力表面壓力對摩擦因數(shù)的影響？

4、變形溫度如圖

5、變形速度摩擦因數(shù)隨變形速度增加有下降趨勢。5.5、金屬塑性成形中的外摩擦5.5.6、塑性成形中的潤滑

1、塑性成形對潤滑劑的要求⑴、良好耐壓性⑵、良好耐熱性⑶、能有效冷卻模具塑性成形中潤滑的作用：提高模具壽命與產(chǎn)品質(zhì)量；提高零件沖型能力降低設(shè)備成本。⑷、無腐蝕作用、無毒

⑸、使用清理方便。5.5、金屬塑性成形中的外摩擦

2、常用潤滑劑5.5、金屬塑性成形中的外摩擦

2、常用潤滑劑5.5、金屬塑性成形中的外摩擦

3、潤滑添加劑提高潤滑作用，防止腐蝕，穩(wěn)定潤滑劑性能。

3、塑性成形潤滑方法本章結(jié)束

請認(rèn)真復(fù)習(xí)并做完作業(yè)

p225：8、10、12、17刃型位錯示意圖還原正常晶格孿晶圖還原體心立方滑移面與滑移方向滑移面與滑移方向示意圖還原滑移帶還原臨界分切應(yīng)力還原最大分切應(yīng)力還原拉伸滑移時的晶體轉(zhuǎn)動還原孿晶圖還原孿生面與孿生方向?qū)\生面與孿生方向還原同時啟動的滑移系還原孿生面區(qū)域?qū)\生面與孿生方向

還原孿生面區(qū)域還原刃型位錯示意圖還原

孿生面區(qū)域關(guān)于柏式矢量還原不對稱變向還原多晶體協(xié)調(diào)變形示意圖還原最大分切應(yīng)力擊還原最大分切應(yīng)力還原體心立方滑移面與滑移方向還原柯式氣團還原多相合金還原冷塑性變形組織、性能變化還原

性能晶粒形貌還原拉伸示意圖多工序拉深還原第一次拉深系數(shù)：m1=d1/D第一次拉深系數(shù)：m2=d2/D第一次拉深系數(shù)：m3=d3/D總的拉深系數(shù)：m總=m1*m2*m3拉伸時出現(xiàn)的“制耳”還原拉伸件加工硬化示意圖還原晶粒形貌回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大還原

焊合缺陷還原塑性變形組織、性能變化還原相組成還原晶粒度還原將鋼顯微組織在顯微鏡上放大100倍，然后在此放大顯微組織上，一平方英寸（6.45cm2）范圍內(nèi)有n個晶粒。則n=2NN—晶粒度號數(shù)鑄錠宏觀組織示意圖還原變形溫度對塑性的影響還原回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大還原

Fe-Fe3C二元合金相圖（組織、相區(qū)）還原多相合金還原變形速率對塑性的影響還原

還原2變形溫度對塑性的影響還原變形速率對塑性的影響還原單元體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

平砧與V形砧圓鋼應(yīng)力狀態(tài)還原尺寸因素對塑性的影響還原Mg-Al共晶合金與曲線還原拉伸件加工硬化示意圖還原拉伸變形不改變晶粒等軸性還原A-V機理晶粒形貌還原開式鍛模還原開式與閉式模鍛開式模鍛與閉式模鍛的區(qū)別開式模鍛即有飛邊模鍛(見圖3—1)。其模鍛過程可分為自由鐓鍛[見圖3—2(a)]、模膛充滿[見圖3—2(b)]和打靠[見圖3—2(c)]三個階段。開式模鍛模具的分模面與模具運動方向垂直，模鍛過程中分模面之間的距離逐漸減小，在模鍛的第二階段(充滿階段)形成橫向飛邊，依靠飛邊的阻力使金屬充滿模膛。因此，飛邊金屬的損耗是不可避免的。1、開式模鍛閉式模鍛

閉式模鍛(見圖3—3)即無飛邊模鍛。其過程可分為如下三個階段(見圖3-4)。①、自由鐓鍛階段[見圖3—4(a)]即從毛坯與上模模膛表面(或沖頭表面)接觸開始到坯料金屬與模膛最寬處側(cè)壁接觸為止的階段。在這一階段中，金屬充滿模膛中某些容易充滿的部分。閉式模鍛②、充滿階段[見圖3-4(L)]即從毛坯金屬與模膛最寬處側(cè)壁接觸開始到金屬完全充滿模膛為止的階段。在這一階段，坯料金屬的流動受到模壁阻礙，毛坯各個部分處于不同的三向壓應(yīng)力狀態(tài)。隨著坯料變形的增大，模壁的側(cè)向壓力也逐漸增大，直到模膛完全充滿。閉式模鍛③結(jié)束階段[見圖3—4(c)]即多余金屬被擠出到上、下模的間隙中形成少量縱向毛刺，鍛件達(dá)到預(yù)定的高度的階段。開式模鍛與閉式模鍛的區(qū)別

按模具運動方向區(qū)分：閉式模鍛模具的分模面與模具運動方向平行，在模鍛過程中分模面之間的間隙保持不變，在模鍛的第二階段(充滿階段)不形成飛邊，即模膛的充滿不需依靠飛邊的阻力。如果毛坯體積過大，則在模鍛的第三階段會出現(xiàn)少量的縱向毛刺。開式模鍛與閉式模鍛的區(qū)別

按坯料精確度區(qū)分：從變形過程可以看出，閉式模鍛時要求毛坯體積比較精確。如果毛坯體積過大，在錘上模鍛時上、下模的承擊面不