《材料成型金屬學(xué)》教學(xué)資料：第3章 金屬塑性變形的宏觀規(guī)律.ppt

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1、3.金屬塑性變形的宏觀規(guī)律MacroDeformationRegularityofMetals3.1基本概念和研究方法均勻變形與不均勻變形均勻變形——變形區(qū)某體積內(nèi)所有點(diǎn)的變形狀態(tài)都相同,稱(chēng)此體積的變形為均勻變形。均勻變形物體中任一點(diǎn)處的立方體應(yīng)變?yōu)樾苯橇骟w。不考慮物體整體的平移運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)坐標(biāo)變化：均勻變形的基本特點(diǎn)變形前變形后1(平行)平面和直線(平行)平面和直線2二階曲面(如:球體)二階曲面(橢球體)3幾何相似且位置相似的單元體幾何相似的單元體均勻變形條件變形體為各向同性.變形體內(nèi)各點(diǎn)處物理狀態(tài)相同(溫度、變形抗力等).接觸面上任一點(diǎn)的絕對(duì)壓下量和相對(duì)壓下

2、量相同.整個(gè)變形體同時(shí)處于工具直接作用下（無(wú)外端）.接觸面上完全沒(méi)有接觸摩擦或沒(méi)有接觸摩擦引起的阻力.實(shí)際生產(chǎn)條件①不可能絕對(duì)各向同性②物體內(nèi)各點(diǎn)物理狀態(tài)不能絕對(duì)相同③f≠0④壓下量絕對(duì)相等難以做到⑤除鐓粗外，一般都有外端作用實(shí)際金屬塑性成形過(guò)程中的變形均為不均勻變形。采取一定措施可使變形接近均勻例一：鍛壓圓盤(pán)時(shí)均勻加熱、減少接觸摩擦；例二：研究金屬塑性變形時(shí)，把不均勻變形的變形區(qū)域分成許多個(gè)小體積，并假定其每個(gè)小體積的變形是均勻的?；緫?yīng)力與附加應(yīng)力基本應(yīng)力:——物體在塑性變形狀態(tài)中，由外力作用所引起的應(yīng)力稱(chēng)為基本應(yīng)力。——完全根據(jù)彈性狀態(tài)所測(cè)出的應(yīng)力。外力去除

3、后彈性變形恢復(fù),此基本應(yīng)力消失。附加應(yīng)力:由物體內(nèi)各部分的不均勻變形受物體整體性限制而產(chǎn)生并在物體內(nèi)相互平衡的應(yīng)力.殘余應(yīng)力:塑性變形結(jié)束后仍保留在變形物體內(nèi)的附加應(yīng)力。工作應(yīng)力——試驗(yàn)或生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)際測(cè)量得出的應(yīng)力(包括應(yīng)力分布圖）.——工作應(yīng)力=基本應(yīng)力與附加應(yīng)力的代數(shù)和?！赡鼙然緫?yīng)力分布更均勻，也可能更不均勻，取決于基本應(yīng)力的正負(fù)及附加應(yīng)力和基本應(yīng)力的數(shù)值。擠壓時(shí)金屬流動(dòng)及縱向應(yīng)力分布圖——基本應(yīng)力；---附加應(yīng)力；—?—工作應(yīng)力；di—變形區(qū)某截面直徑1）附加應(yīng)力數(shù)值不大時(shí)，工作應(yīng)力為壓應(yīng)力?！ぷ鲬?yīng)力比基本應(yīng)力分布更均勻；2）附加應(yīng)力數(shù)值相當(dāng)大

4、時(shí)，則中間層中工作應(yīng)力為壓應(yīng)力；外層中工作應(yīng)力可為拉應(yīng)力。——工作應(yīng)力比基本應(yīng)力分布更不均勻。附加應(yīng)力的分類(lèi)（1）變形物體的幾個(gè)大部分間（宏觀）由于不均勻變形所引起的相互平衡的附加應(yīng)力.（2）變形物體局部的各部分之間由于不均勻變形所引起的相互平衡的附加應(yīng)力（如軟、硬兩晶粒或兩相之間）.（3）變形物體的一個(gè)晶體內(nèi)的各部分間由于不均勻變形所引起的附加應(yīng)力，所占比例最大.研究變形分布的主要方法（1）坐標(biāo)網(wǎng)格法——變形前：表面或內(nèi)剖面上刻坐標(biāo)網(wǎng)，觀察變形前后各網(wǎng)格所限定的區(qū)域金屬幾何形狀的變化，確定變形物體各處的變形大小及分布。——應(yīng)用最廣?！糜诙糠治?。組合圓柱體的

5、壓縮把網(wǎng)的每個(gè)單元看作是變形區(qū)的單元，在整個(gè)變形過(guò)程中承受均勻變形。坐標(biāo)網(wǎng)：立體、平面(連續(xù)、分開(kāi))分開(kāi)的平面坐標(biāo)網(wǎng)單元為圓形或正方形。坐標(biāo)網(wǎng)單元為圓形時(shí)：變形成橢圓，軸尺寸方向?yàn)橹髯冃未笮》较?；坐?biāo)網(wǎng)單元為正方形時(shí)：主軸在變形前后始終與主軸重合：變形后正方形變?yōu)榫匦?，?nèi)切圓為橢圓，此橢圓軸與矩形軸重合；主軸在變形前后與主軸不重合：變形后正方形變?yōu)槠叫兴倪呅危瑑?nèi)接圓為橢圓，此橢圓軸與新主軸（新主應(yīng)力方向）重合。正方形坐標(biāo)網(wǎng)格的內(nèi)切圓→橢圓（主軸方向?yàn)橹鲬?yīng)力方向）。最大變形發(fā)生在變形物體外層變形部分與未變形部分交互更替，變形具有周期性。陰影部分：未變形區(qū)(2)硬度法

6、變形程度越大，加工硬化越強(qiáng)，金屬硬度越大。一種極粗略的定性法，僅適用于對(duì)加工硬化敏感的金屬。(3)比較晶粒法根據(jù)變形物體內(nèi)各處晶粒大小判斷各處變形程度，確定變形分布。只能定性顯示變形分布。熱變形：僅適用于影響晶粒大小的因素只有變形程度而無(wú)其它的情況。冷變形：利用退火溫度一定，晶粒大小與冷變形的變形程度關(guān)系的再結(jié)晶圖，來(lái)確定各尺寸晶粒的變形程度，獲得變形不均勻規(guī)律。變形程度較大時(shí)：不適用。密柵云紋法示蹤原子法光彈性法光塑性法其他研究方法習(xí)題：在圖中畫(huà)出工作應(yīng)力?；緫?yīng)力附加應(yīng)力擠壓件上表面裂紋應(yīng)力分布圖3.2自由變形理論自由變形——不受變形工具形成的空間尺寸所限定的

7、變形.直角六面體在二平錘頭間壓縮板材在二平軋輥間軋制變形的方向?yàn)樽杂勺冃畏较颍l(fā)生自由變形的平面為自由變形平面。自由變形理論應(yīng)用（1）自由變形彼此間的比值（2）金屬塑性流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)圖形（3）由于不均勻變形,位于自由平面內(nèi)的斷面所得到的形狀一、最小阻力定律當(dāng)物體各質(zhì)點(diǎn)有在不同方向移動(dòng)的可能時(shí),變形物體內(nèi)的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都將沿其最小阻力方向移動(dòng)。即：金屬質(zhì)點(diǎn)將沿其周邊的最短法線方向流動(dòng)。因此最短法線方向就是最小阻力的方向.——可預(yù)測(cè)變形體在自由變形平面內(nèi)的斷面形狀。自由變形理論基礎(chǔ)直角六面體鐓粗中橫斷面形狀變化隨變形的不斷增加，矩形斷面的長(zhǎng)軸和短軸的長(zhǎng)度逐漸相等，并在最后

8、使其斷面形