金屬塑性變形原理

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

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(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,

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(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)

4、總是取最短的路線,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

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(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

6、難測(cè)出σs,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

7、以分冷軋和熱軋兩種情況。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

8、在熱軋時(shí)也

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