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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，去掉外力之后晶格便會由變形的狀態(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，各個晶粒的受力狀態(tài)是不均勻的。當(dāng)加在晶體上的外力超過其彈性極限時，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。1．2應(yīng)力和應(yīng)力集中塑性變形時，作用于
2、金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，應(yīng)力將在這些缺陷處集中分布，使這些缺陷部位的實際應(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，
3、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。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叫做體積不變定律。它是計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，金屬沿著變形抵抗力最小的方向流動，這就叫做最小阻力定律。根據(jù)這個定律，在自由變形的情況下，金屬的流動
4、總是取最短的路線，因為最短的路線抵抗變形的阻力最小，這個最短的路線，即是從該動點到斷面周界的垂線。3、金屬壓力加工的摩擦當(dāng)軋件和軋輥相接觸時，軋輥作用于軋件的力有N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)驗公式計算：對鋼軋輥f=1.05-0.0005t軋-0.056v對鐵軋輥f=0.94-0.0005t軋-0.056v對表面粗糙度為5～20μm的磨光軋輥（包括鋼軋輥和鐵軋輥）f=0.82
5、-0.0005t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來反映金屬及合金本性對實際變形抗力的影響。但應(yīng)注意，有些金屬壓縮時的屈服極限大于拉伸時的屈服極限。如鋼壓縮時的屈服極限比拉伸時約大10％；而有些金屬壓縮和拉伸時屈服極限相同。因此，在選取σs時，一般最好用壓縮時的屈服極限，因它與軋制變形較接近。對有些金屬在靜態(tài)機械性能實驗中很
6、難測出σs，尤其是在高溫下更是困難，這時可以用屈服強度σ0.2來代替。近年來由于熱變形模擬試驗機的出現(xiàn)，為各種狀態(tài)下的σs的測定提供了有利條件。σs是在一定條件下測得的，其值可查有關(guān)資料。（2）軋制溫度的影響軋制溫度對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。軋制溫度對金屬屈服極限的影響用變形溫度影響系數(shù)nT來表示。其值可由有關(guān)資料查得。在確定溫度影響系數(shù)時，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的實際溫度，也就是要確定熱軋時溫度的變化。（3）變形程度的影響變形程度影響系數(shù)可
7、以分冷軋和熱軋兩種情況。冷軋時，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。所以在冷軋時只需要考慮變形程度對變形抗力的影響。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，其變化規(guī)律對不同金屬是不同的，合金要比純金屬大些。熱軋時，金屬雖然沒有加工硬化，但實際上變形程度對屈服極限是有影響的。各種鋼的實驗表明，在較小變形程度時（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，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，屈服極限反而有些降低。所以
8、在熱軋時也
