金屬塑性變形原理

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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(zhǎng)，當(dāng)外力未超過(guò)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(shuō)，未超過(guò)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(guò)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(zhǎng)或壓縮。1．2應(yīng)力和應(yīng)力集中塑性變形時(shí)，作用于金

2、屬上的外力有作用力和反作用力。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(chēng)為應(yīng)力，以σ表示。σ=P/S式中σ——物體產(chǎn)生的應(yīng)力，MPa：Ｐ——作用于物體的外力，N；Ｓ——承受外力作用的物體面積，mm2。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

3、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(kāi)始。2、塑性變形基本定律2．1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(zhǎng)；h、b、l——軋制后軋件的高、寬、長(zhǎng)。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

4、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)點(diǎn)到斷面周界的垂線。3、金屬壓力加工的摩擦當(dāng)軋件和軋輥相接觸時(shí)，軋輥?zhàn)饔糜谲埣牧τ蠳和T。垂直于軋輥表面的力N叫正壓力，沿軋輥表面切線方向的力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、軋輥材質(zhì)和軋輥表面狀態(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)鋼軋輥f=1.05-0.0005t軋-0.056v對(duì)鐵軋輥f=0.94-0.0005t軋-0.056v對(duì)表面粗糙度為5～20μm的磨光軋輥（包括鋼軋輥和鐵軋輥）f=0.82-0.0

5、005t軋-0.056v式中f——摩擦系數(shù)；t軋——軋制溫度，℃；v——軋制速度，m/s。4、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σs、軋制溫度、軋制速度和變形程度的影響，下面分別予以簡(jiǎn)單的討論。（1）金屬及合金屈服極限σs的影響通常用金屬及合金的屈服極限σs來(lái)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σs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σs

6、，尤其是在高溫下更是困難，這時(shí)可以用屈服強(qiáng)度σ0.2來(lái)代替。近年來(lái)由于熱變形模擬試驗(yàn)機(jī)的出現(xiàn)，為各種狀態(tài)下的σs的測(cè)定提供了有利條件。σs是在一定條件下測(cè)得的，其值可查有關(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(lái)表示。其值可由有關(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

7、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(lái)判斷的，其變化規(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(méi)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(kāi)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