一 名词解释
塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。 塑形变形：当作用在物体上外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形。
塑性加工：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形，也称塑性加工或压力加工。 热加工：在进行充分再结晶的温度以上所完成的加工。 冷加工：在不产生回复和再结晶的温度以下进行的加工。 温加工：在介于冷热加工温度之间进行的加工。
纵轧：两工作辊轴线平行，旋转方向相反，轧件纵轴线与轧辊轴线垂直的轧制。 挤压：在大截面坯料的后端施加一定的压力，将坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。 正挤压：制品挤出方向与挤压轴运动方向相同的挤压过程。 反挤压：制品挤出方向与挤压轴运动方向相反的挤压过程。
滑移：是指晶体(单晶体或多晶体中的一个晶粒)在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
孪生：晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向发生均匀切变。 屈服效应：在某区域内（应力平台区），应力保持不变或作微小波动。
变形织构：多晶体塑性变形时伴随有晶粒的转动，当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织，称为“变形织构”。
加工硬化：由于塑性变形使金属内部组织发生变化，金属的强度，硬度增加，塑性韧性降低的现象。
动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的再结晶。
最小阻力定律：当物体各质点有在不同方向移动的可能时，变形物体内的每一个质点都将沿其最小阻力方向移动。
工作应力：工件塑性变形时实际承受的应力状态，包括基本应力与附加应力。 附加应力：在物体中，由于其各部分的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起的相互平衡的应力。
残余应力：塑性变形结束后仍保留在变形物体内的附加应力。 干摩擦：
边界摩擦：是介于干摩擦与流体摩擦之间的一种摩擦，在该摩擦状态下摩擦副之间仅存在一层单分子尺度的润滑膜。 流体摩擦：
库仑摩擦条件：是塑性加工过程摩擦条件之一，该条件认为摩擦(切应)力与接触面上的正压(应力)成正比，可以表达为：n μP T =或n μστ=。该条件适用于正压力不太大、变形量较小的冷成形工序。
常摩擦力条件：该摩擦条件认为接触面上的摩擦切应力τ与被加工金属的剪切屈服强度K 成正比，可以表达为：mk τ=。
最大摩擦条件：m=1
脆性断裂： 韧性断裂：
平面应力状态：若变形体内与某方向轴垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴无关，则这种应力状态即为平面应力状态。
平面变形状态：所有质点都只在同一个坐标平面内发生变形，而在该平面的法线方向没有变形的应变状态。 轴对称应力状态：
增量理论：又称流动理论，是描述材料处于塑性状态时，应力与应变增量或应变速率之间关系的理论，它是针对加载过程中的每一瞬间的应力状态所确定的该瞬间的应变增量，这样就撇开了加载历史的影响。 全量理论： 标称应力：
比例加载：是指在加载过程中所有的外力从一开始起就按同一比例增加。 条件应力：
真实应力：受力物体某一瞬间所受载荷与该瞬间实际承载面积之比。 拉伸塑性失稳： 硬化材料：
理想弹塑性材料：
理想刚塑性材料：在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。其真实应力应变曲线如图所示：
ε
Y
弹塑性硬化材料： 刚塑性硬化材料：
屈服准则：描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件。
屈服表面：屈服准则表达式在主应力空间所构成的曲面。 屈服轨迹：
应力状态：描述受力物体内(任意方位)所承受应力情况的物理量，通常用三个互相正交的微分面上的九个应力分量表示。
切应力互等定律：由于单元体处于静力平衡状态，故绕单元体各轴的合力矩必等于零，因此一点应力状态九个分量中，切应力分量两两相等，即：
xy yx yz zy zx xz ττττττ===。 应力张量：
主应力：一点应力状态中，切应力为0的平面为主平面，主平面上作用的正应力即为主应力。
主应力图：
圆柱体应力状态：一点应力状态中，若其中两个主应力分量相等，则称该应力状态为圆柱体应力状态。
主切应力：
最大切应力：
八面体应力：
等效应力：
位移：
位移分量：
位移速度：
主应变：
相对线应变：
相对切应变：
刚性转动分量：工程切应变中仅引起单元体转动而不使其形状剪切变形的部分。
主切应变：
等效应变：
对数应变：用物体变形前后线尺寸之比的自然对数表达的应变，该表达方式更为科学准确。
真应变：塑性变形过程中，在应变主轴方向保持不变的情况下应变增量的总和，其表达形式为变形后与变形前线长度比之对数，故又称对数应变。
小变形：
全量应变：
应变增量：以物体在变形过程中某瞬时的形状尺寸为原始状态，在此基础上发生的无限小应变就是应变增量。
应变速率：
体积不变条件：是塑性变形理论基本假设之一，该假设认为塑性变形时，变形物体
变形前后的体积保持不变。可以表达为：
=
+
+
=
z
y
x
ε
ε
ε
θ
。
平面变形状态：如果物体内所有质点都只在同一个坐标平面内发生变形，而在该平面的法线方向没有变形，这种变形称为平面变形或平面应变
π平面：
Lode应力参数
本构关系：材料受力变形时其应力与应变之间的关系称为本构关系。
虎克定律：
广义虎克定律：
Levy-Mises增量理论：该理论假设：
(1)材料是刚塑性材料，即弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量；
(2)材料符合Mises屈服准则；
(3)每一加载瞬时，应力主轴与应变增量主轴重合； (4)塑性变形时体积不变；
在此基础上，该理论认为应变增量各分量与相应的应力偏量分量成正比，即：
'ij ij d d εσλ=或
'''y xy yz x zx
z x y z xy yz zx
d d d d d d d εγγεγελσσστττ====== 二 填空题
1 塑性加工可以改变工件__________，也可以改善其__________。
2根据轧辊与轧件的相对运动关系，轧制可分为__________、__________和__________。
3根据工具与其制品的相对运动关系，挤压可分为__________和__________。
4根据工件的温度特征，金属塑性成形可以分为__________、__________和__________。
5在金属的充分再结晶温度以上进行的加工称为__________。
6纵轧时，两工作轧辊旋转方向__________，轧件的纵轴线与轧辊轴线__________。 7一点的应力状态中有__________个分量，其中有__________个分量是独立的。 8应力分析时，应力分量的正负规定为：“在负面上，指向坐标轴负向的应力分量取__________号”。
9在一点应力状态中，其三个主应力__________进行矢量运算。
10一点的应力状态有__________种情况，主应力状态总共有__________种可能的情况。
11一点应力状态中，主应力为过该点任意斜面上__________应力的极值，主切应力作用面上正应力__________零。
12点的应力状态中，主切应力作用在与__________面成45°或135°的微分面上。 13物体的体积改变是由应力的__________分量引起，形状改变是由应力的__________分量引起。
14单向拉伸时，其等效应力即为__________方向的应力。
15点的应变状态中有__________个分量，其中有__________个分量是独立的。 16塑性变形时，点的主应变状态总共有__________种可能的情况。
17应变速率表示变形程度的变化快慢，它不但取决于成形工具的__________，而且与变形体的__________有关。
18单向均匀压缩时，工件高度与其应变速率成__________。
19Tresca 屈服准则与Mises 屈服准则的区别在于后者考虑了__________的影响，二者在__________状态下一致，在__________状态下差别最大，最大差别__________倍。
20Levy-Mises 增量理论认为，__________与相应的应力偏分量成正比。
21在塑性变形时，只有满足__________的条件下，才可建立全量应变与应力之间的关系。
22在__________加载过程中，全量应变主轴与应力主轴将保持一致。
23全量应变适用于解决__________变形问题，而增量应变适用于解决__________变
形问题。
24随着变形程度的增加，金属变形抗力增加率__________。
25平面变形时应力状态就是__________状态叠加一个应力球张量。
26平面应变状态的应力特点是__________。理想刚塑性材料平面变形时，塑性变形体内各27点的应力莫尔圆大小__________。
28物体在塑性变形时，在其内部的__________和__________同时存在，用各种方法对变形物体实测出来的应力为__________。
29塑性变形后，工件中的残余应力__________材料的屈服应力。 30与冷塑性变形不同，热塑性变形时的变形机理还包括__________。 31随着变形速率的增加，金属的塑性通常___________。
32镦粗圆柱体时，随着径高比的增大，接触面平均单位压力__________。
33平砧压缩矩形件时，若有外端存在，其平均单位压力将__________；此时若工件
厚度较厚，随h l
的增大，平均单位压力将__________。
34开式模锻时，最大锻造力出现在__________阶段。
35板料塑性弯曲时，应变中心层的内移__________于应力中心层的内移。 36圆筒件拉深时的塑性变形主要发生在__________部分。
37圆筒件拉深时，两种常见的缺陷是__________处的起皱与__________处的拉裂。 38圆棒挤压时，随着挤压比的增大，单位挤压力__________。
39在同一个挤压筒，同样的挤压系数μ条件下，孔数越多，挤压力__________。 40同族滑移线必定具有__________曲率。
41沿同一滑移线上m σ的变化与ω的变化成__________。 42沿同一滑移线上m σ的变化与ω的变化成正比。
43塑性变形时，满足应力平衡方程及应力边界条件的应力场即为静力许可应力场。
44变形体内存在应力间断面时，不会对虚功原理表达式构成影响。 45应力状态中球应力数值越高，金属的塑性越差。
三 简答题
1 为什么通常挤压加工的延伸系数要比拉拔加工的高很多？
答案：挤压加工时工件所受的应力状态为强烈的三向压应力，其静水压力分量较高，这种应力状态有利于充分发挥金属材料的塑性，可以使其产生较大的塑性变形；而拉拔加工时工件所受的应力状态为两向压应力一向拉应力，其静水压力分量较低，不利于充分发挥金属材料的塑性，因此能够产生的塑性变形程度较低。
2提高金属材料强度的措施有哪些？ 提高金属材料强度的措施有：
(1) 晶粒细化(晶界强化)；(2) 加工硬化(位错强化)；(3) 亚晶强化； (4) 固溶强化；(5) 第二相强化(沉淀强化)；(6) 相变强化； 3单晶体塑性变形的主要机制有哪些？其机理分别是什么？
答案：单晶体塑性变形的主要机制有滑移与孪生。
滑移是指在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动。
孪生是在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面(孪生面)和一定的晶向(孪生方向)发生均匀切变，变形后，晶体的变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系，镜面两侧晶体的相对位向发生了改变。
晶体的滑移过程，实质上就是位错的移动和增殖的过程。而孪生是通过部分位错横扫孪生面而进行的。
4多晶体金属塑性变形的主要特点和主要机制有哪些？
答案：多晶体金属的塑性变形有以下主要特点：
(1) 各晶粒变形的不同时性。(2) 各晶粒变形的相互协调性。
(3) 晶粒之间、晶内与晶界之间变形的不均匀性。
多晶体金属塑性变形的主要机制有：
(1) 晶内变形，包括滑移、孪生；(2) 晶间变形，包括滑动、转动
5何谓屈服效应？其对制品深加工有何影响？一般应如何消除？
某些特定状态下的金属材料在拉伸试验时，具有明显的上下屈服点及屈服平台，此时在应力却保持不变或作微小波动的情况下变形可继续进行，这种现象称为屈服效应。
具有屈服效应的金属在深加工时，当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗糙不平、变形不均的痕迹，称为吕德斯带，是一种外观表面缺陷。屈服效应是由于金属中的溶质气团对位错的钉扎作用而引起，为避免其对制品深加工的影响，一般在深加工之前先进性小量变形以使金属越过屈服平台，即使位错摆脱溶质气团的钉扎。
6晶粒大小对材料的力学性能有何影响？其机理何在？
晶粒越小，则金属屈服强度越高，塑性越好。
晶粒细化提高金属屈服强度的主要原因是晶粒尺寸减小，则晶内位错运动距离缩短，晶界上塞积的位错减少，所形成的畸变程度减小、应力集中程度减弱，不易于开动周围硬取向晶粒的位错，即变形抗力增加。
晶粒细化提高金属塑性的主要原因是晶粒尺寸减小，则单位体积内晶粒数目增多，由于多晶体各晶粒取向是随机分布的，这样处于变形有利的软取向晶粒在整个体积中的分布就更为均匀，变形时产生的变形也更为均匀，从而不容易产生破坏。
7提高金属材料塑性的途径有哪些？
提高金属材料塑性的途径有：
(1) 提高材料成分和组织的均匀性
(2) 合理选择变形温度和应变速率
(3) 选择三向压缩性较强的变形方式
(4) 减小变形的不均匀性
8试分析在平砧上拨长矩形断面坯料时出现“十字裂纹”的力学原因？
要点：矩形坯每道次锻压时变形区分区如图，各区向不同方向运动，造成对角线处承受剪切变形与应力，下道次锻压时坯料旋转90度，各区运动方向与前道次刚好相反，造成相反的剪切变形与应力，如此反复进行，就形成所谓的“十字裂纹”。
9某厂轧制厚件时，轧件内部产生了如图所示的周期性裂纹，试分析其产生的力学原因并提出改进措施？
产生该种裂纹的力学原因可能厚件轧制时，压下量较小，变形没有深入轧件中部而产生不均匀变形，这样在轧件上、下表面变形延伸较大，受附加压应力，而中心变形延伸较小，受附加拉应力，如图。如果中心部位拉应力达到轧件断裂极限，则将在该处产生裂纹。
轧制过程瞬时产生的附加应力可能还不足以使轧件产生裂纹，但该不均匀变形结束后，将在轧件中产生残余应力，该残余应力的方向与轧制时的附加应力一致，但该残余应力积累到一定程度后，将使轧件中工作应力达到断裂极限而产生裂纹。裂纹产生后残余应力将松弛，再经过一段轧制后残余应力又积累起来，因此就可能产生上述裂纹的周期性分布现象。
改进措施：增大压下量。
10试分析正向挤压时出现竹节状表面裂纹的力学原因？
挤压时工件表面金属由于受到挤压工具摩擦的作用，其流动较内部金属慢，从而
造成工件内部纵向的附加应力，这种附加应力的分布为表面拉伸内部压缩，该附加应力将与挤压工具所造成的纵向压应力(基本应力)叠加而形成实际的工作应力。
当变形程度不大时，其不均匀变形程度也较小，所产生的附加应力也较小，工件纵向工作应力仍可能为压应力。当变形程度较大时，其不均匀变性程度及附加应力也大幅度增加，从而工件表面纵向将可能形成拉伸的工作引力。这就给工件表面产生裂纹创造了条件。
上述工作应力尚未必能产生裂纹，但工件在出模孔后不均匀变性依然存在，这就产生了与上述附加应力同方向的残余应力，该残余应力有积累性，从而使工件表面的拉应力进一步增大，当超过其断裂极限时，工件表面将产生裂纹。裂纹产生后，残余应力将松弛，使表面拉应力降低，但进一步变形时残余应力又会积累起来，如此周而复始，就产生了周期性的裂纹。
11试从附加应力的角度分析热轧开呸时产生工作端裂及析轧时产生边裂力学原因？
12 Tresca 屈服准则：当受力物体(质点)中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服。或者，材料处于塑性状态时，其最大切应力是一不变的定值。该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。可以表达为：
max min 2s K σσσ-==
Mises 屈服准则：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张量的第二不变量J2’达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。
或者：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的等效应力达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。
或者：在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能(又称弹性形变能)达到某一常数时，材料就屈服。 可以表达为：
()()()()2
2
2
22222
626x y y z z x xy yz zx s K σσσσσστττσ-+-+-+++==
13以屈服准则理论解释“拉拔应力小于流动应力仍可实现拉拔过程”这一现象？
1312313:00s
s s
Tresca σσσσσσσσσσ-=>=<∴=+< 14 Mises 屈服准则与Tresca 屈服准则的主要区别是什么？各适用于何种情况？
答案：Mises屈服准则与Tresca屈服准则的主要区别是前者考虑了中间主应力σ2的影响而后者没有。
Mises屈服准则适用于各种塑性变形情况，而Tresca屈服准则只有在具有两个主应力相等的圆柱体应力状态下才准确。
15塑性变形的应力应变关系为何要用增量理论？
塑性变形是非线性不可逆的，加载时产生新的塑性变形，卸载时已产生的塑性变形不随应力而改变。塑性变形是历次变形的叠加结果，并不一定是单值地对应于应力状态，或者说与应力状态不同步。因此每一瞬间的应力状态并不一定与全量应变相对应，全量应变的应用受到很大限制。但是，在加载中，每一瞬间的应力状态一般与增量应变相对应。所以塑性变形的应力应变关系要用增量理论。
16Levy-Mises增量理论与Prandtl-Reuss增量理论的主要区别是什么？各适用于何种情况？
答案：Levy-Mises增量理论与Prandtl-Reuss增量理论的主要区别是后者考虑了物体的弹性变形而前者没有。
17Levy-Mises增量理论通常用于求解大塑性变形，而Prandtl-Reuss增量理论通常用于求解小弹塑性变形。
18塑性变形时应力应变关系有何特点?为什么说塑性变形时应力和应变之间关
系与加载历史有关?
19简述Levy-Mises理论和Prandtl-Reuss理论的异同？
答案：(要点)：1)Prandtl-Reuss理论与Levy-Mises理论的差别就在于前者考虑了弹性变形而后者不考虑弹性变形；2) Levy-Mises理论仅适用于大应变，无法求弹性回跳及残余应力场问题，Prandtl-Reuss理论主要用于小应变及求解弹性回跳及残余应力问题。3) 两个理论都着重指出了塑性应变增量与应力偏量之间的关系，即dεijp=σij’dλ。
20用Levy-Mises增量理论说明“平面变形时没有变形方向的正应力等于其它两个方向正应力的平均值”这一结论。
21变形抗力的大小对加工生产有何意义？对制品性能有何意义？
加工硬化即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性韧性降低的现象。
加工硬化是金属塑性变形时的一个重要特性，是强化金属的重要途径。特别是对于不能用热处理方法强化的材料，借助冷塑性变形来提高其力学性能就显得更为重要。
但加工硬化对金属塑性成形也有不利的一面。它使金属的塑性下降，变形抗力升高，继续变形越来越困难。特别是对于高硬化速率金属的多道次成形更是如此。22何谓最小阻力定律？试分析不同辊径轧制板材时金属纵横向变形规律。
答案：最小阻力定律：当物体各质点有在不同方向移动的可能时，变形物体内的每一个质点都将沿其最小阻力方向移动。
用相同厚度坯料轧制相同厚度板材的情况下，若辊径较大，则接触弧较长，金属向纵向流动的区域相对较小，向横向流动的区域相对较大，轧件宽展较大，如图a；而若辊径较小，则接触弧较短，金属向纵向流动的区域相对较大，向横向流
动的区域相对较小，轧件宽展较小，如图b。
23减少不均匀变形的主要措施有哪些？
通常采用如下措施：
(1) 尽量减小接触摩擦的有害影响；
(2) 正确地选择变形温度—速度制度；
(3) 合理设计工具形状和正确地选择坯料；
(4) 尽量使坯料的成分和组织均匀。
24消除残余应力的方法有哪些？
(1) 减小材料在加工和处理过程中所产生的不均匀变形；
(2) 对加工件进行热处理
(3) 进行机械处理。
25何谓热效应与温度效应？它对塑性加工有何影响？
从能量观点看，塑性变形时金属所吸收的能量，绝大部分转化为热能，这种现象称为热效应。
塑性变形热能，除一部分散失到周围介质中，其余的使变形体温度升高，这种由于塑性变形过程中所产生的热量而使变形体温度升高的现象，称为温度效应。26金属塑性变形过程的温度——速度规程应如何确定？
答案：
27金属材料在热塑性加工后可能发生哪些软化过程？
金属材料在热塑性加工结束后可能发生的哪些软化过程包括：静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶。
热塑性变形对金属组织有如下影响：
1) 改善晶粒组织。
2) 锻合内部缺陷。
3) 破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布。
4) 形成带状组织。
5) 改善偏析。
29简述变形条件对金属塑性影响的一般规律。
(要点)：1)随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并非简单的线性上升，中间可能存在脆性区；2) 在较低的应变速率范围内提高应变速率时，塑性的降低；当应变速率较大时，塑性基本上不再随应变速率的增加而降低；当应变速率更大时塑性回升。3) 静水压力越大，金属的塑性越好；反之，则金属的塑性越差；4) 压缩应变有利于塑性的发挥，而拉伸应变则对塑性不利。
30何谓热效应与温度效应？它对塑性加工有何影响？
塑性变形时金属所吸收的能量，绝大部分将转化为热能，这种现象称为热效应。塑性变形热能除一部分散失到周围介质中外，其余部分将使变形体温度升高，这种由于塑性变形过程中所产生的热量而使变形体温度升高的现象，称为温度效应。
上述温度效应一般情况下将提高金属的塑性，有利于塑性加工的进行，但也有情况下会使金属温度处于高温脆性区而不利于塑性加工，若温度上升较高而使工件过热过烧，则对制品性能有不良影响。
31试分析影响金属塑性的主要因素。
(1) 金属的化学成分：纯金属塑性好于合金；杂质元素通常都会引起脆性，降低塑性；各种合金对塑性有不同的影响。
(2) 金属的组织：单相组织(纯金属或固溶体)比多相组织塑性好；第二相的性质，形状、大小、数量和分布状态的不同，其对塑性的影响程度亦不同；细晶组织比粗晶组织具有更好的塑性；铸造组织由于具有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷，故使金属塑性降低。
(3) 变形温度：随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并非简单的线性上升。
(4) 应变速率：应变速率的增加，既有使金属塑性降低的一面，又有使金属塑性增加的一面，这两方面因素综合作用的结果，最终决定了金属塑性的变化。总的说来，热变形时应变速率对金属塑性的影响较之冷变形时的大。再者，随着变形温度的不同，应变速率对塑性的各影响机理所起的作用也不相同；
(5) 变形力学条件：静水压力越大，也即在主应力状态下压应力个数越多、数值越大时，金属的塑性越好；反之，若拉应力个数越多、数值越大，即静水压力越小时，则金属的塑性越差。压缩应变有利于塑性的发挥，而拉伸应变则对塑性不利；具有三向压缩主应力图和两向压缩一向拉伸主应变图的塑性加工方法，最有利于发挥金属的塑性。
(6) 其他因素：在不连续变形(或多次分散变形)的情况下，金属的塑性亦能得到提高，特别是低塑性金属热变形时更为明显。变形体尺寸越大，塑性越低；但当变形体的尺寸(体积)达到某一临界值时，塑性将不再随体积的增大而降低。
32画出如下薄板轧制时的外力。
V 1
V 2
V
V
33画出如图所示平砧压缩矩形件时变形区各点的应力状态图示。(设垂直于纸面方向不变形)
A B C
D E F
Y
X
答案：
A
B
C
D E
F
34画出如图所示圆棒拉拔过程变形区的应力应变状态。
答案：
σij
εij
35画出宽板塑性弯曲时内、外区的变形力学图示。
答案：
外区：σB
σθ
σr
εθ
εr
内区：σB
σθ
σr
εθ
εr
36试画出圆筒件拉深时工件各部分的变形力学图示。
答案：
σθ
σr
σt
εr
εt
εθ
四 计算题
1 试证明主应力为一点应力状态中任意斜面上正应力的极值？
设321σσσ≥≥，则在主坐标空间任意斜面上正应力为2
32
22
1n m l σσσσ++= 由于1222
=++n m l
故
()()()3
3
23223122322211σσσσσσσσσσ≥+-+-=--++=m l m l m l
同理1σσ≤ 得证。
2 已知某点的应力分量为()MPa σij ??
????????---=850542000
5，试用应力莫尔圆求主应力，主切应力并图示其作用面？
428
5
5
2
12
3212
1223
23313142.58.522518.75
2 6.75
225.5
2
y z y z yz σσσσστσσσστσστσσ
τ+-??=±+= ?-??=-=±
=±-=±=±-=±=±
3 试指出塑性变形状态下，应力状态MPa 1052
3281
314
?????
?
?????--所对应的变形类型和变形力学图？
()31
303
701030'105020302020'701030''1050201010000'302020m x y z x m xy xz ij yx y m yz zx zy z m x xy xz yx y yz zx zy z J σσσσσσττστσστττσσστττστττσ=
++=-??-??????=-=-???????
?--??????
??==-=≥??
??-??
属于延伸类变形。
4 某厂采用连铸坯生产9.6100030000mm mm mm ??板材，其最末三道次压下率分别为20%、25%和20%，设轧制过程板材宽度不变，试求各道次轧制前轧件尺寸及三道次的总压下率？
33333223222211211110010030-19.6300009.6300009.6
12240001120%12122400012
16180001125%1616
180001620144001120%20-100%H h h
H H h mm l mm h l h h mm l mm h h l h h mm l mm h h l h h mm l mm h h h h εε
εεεε∑=
=-==??======--??======--??=
=====--=
?20-9.6
100%52%20
=?=
5 某轧钢厂在三机架连轧机列上生产mm mm mm .l b h 100000500921??=??的A3带钢产品，第1、3机架上的压下率为20%，第2机架上为25%，若整个轧制过程中带材的宽度b 保持不变，试求带钢在该连轧机列上的总压下量及每机架前后带钢的尺寸？
33333223222211211110010-11.921000001.92
100000 1.922.4800001120% 2.42.480000 2.4
3.2600001125% 3.23.2
60000 3.24.0480001120% 4.0
H h h
H H h mm l mm h l h h mm l mm h h l h h mm l mm h h l h h mm l mm h εε
εεε=
=-==??======--??======--??=
=====--
6 求如图所示在光滑刚性槽内压缩矩形件时锤头与侧壁压力的表达式？
1231313202
323
1122313s
s s
s N P
hl bl P bl P bl
N P hl bl N hl
σσσσσσσσσσσσ==-
=--===+==-=-=-=
7 某理想塑性材料在平面应力状态下的各应力分量为MPa σx 75=、MPa σ51y =、
MPa x 51y =τ，若该应力足以产生屈服，则该材料屈服应力是多少？ ()()()()[]
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]
()MPa 5.7363000156750015157521
62
1
2222222zx 2y z 2xy 2x z 2z y 2y x e s ==+++-+-+-=
+++-+-+-=
=τττσσσσσσσσ
8 有一薄壁管，材料的屈服应力为s σ，承受拉力和扭矩的联合作用而屈服，现已知轴向正应力分量为s 5.0σ，求切应力分量以及应变增量各分量之间的比值？
()()()()
()()()2
2
2
2222
2
22162
1110000600222121136
230663
1'066
1006s e x y y z z x xy yz zx s s xy xy s
m x y z s
s s x m xy xz ij yx y m yz s s zx zy z m s σσσ
σσσσστττσσττσσσσσσσσσσττστσστσσττσσσ==
-+-+-+++????=-+-+-+++ ?
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?==++=?????-????=-=-?????-????-??:::::':':':::2:1:1:3:0:0
x y z xy yz zx x y z xy yz zx εεεγγγσσστττ??
?
???
??
==--
9 已知两端封闭的长薄壁管容器，半径为r ，壁厚为t ，由内压力p(压强)引起塑性变形，如果忽略弹性变形，试求轴向、切向、径向塑性应变增量r z d d d εεεθ、、之比？
()22222220132'0''22::':':'0:1:1z z r m z r z z m m r r m z r z r r rt p r p t
r t p r p t
r p t
r r
p p t t
d d d θθθθθθθσππσσσσσσσσσσσσσσσσσεεεσσσ?=?=?=?===
++==-==-=
=-=-==-
10 一理想刚塑性长方体尺寸为长×宽×厚=100mm ×50mm ×20mm ，在其长、宽方向分别施加100MPa 、50MPa 拉应力，在厚向施加75MPa 压应力，现已知其厚度减小了10mm ，求长、宽分别变为了多少？
()123123313233/43/1
253
7500'025000100::':':'75:25:-1003:1:-4
103311ln
ln ln 2ln 2ln ln 2ln 20444421002m x y z x m xy xz ij yx y m yz zx zy z m h l b H L B
l L σσσσσσττστσστττσσεεεσσσεεεεε=
++=??-??????=-=????
???
?--????======-=-===-===?=?41/41/4168.2250259.5mm b B mm ==?=?=
11 某塑性材料屈服应力为MPa s 150=σ，已知某点的应变增量如下(δ为一无限小量)，平均应力为MPa m 50=σ，求该点的应力状态？
δε??
???
?????---=2.0005.001.005.005.005.01.0d ij 根据Levy-Mises 增量理论
12
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()MPa 2.46-01.2303.961.231.231.233.96MPa 1.231
91.46205.0d d MPa 0191.4620d d MPa 1.23191.46205.0d d MPa 6.4250',6.921
91.4622.0d d 'MPa 3.9650',3.46191.4621.0d d 'MPa 3.9650',3.461
91.4621.0d d '1
91.462121.02150d 1,215021.0d 23d 21.03205.0005.061.00.2-2.01.01.01.032d d d 6d d d d d d 3
2d 150MPa
ij zx zx y z y z xy xy z z z z y y y y x x x x e e 2
22
2
2
2
2
zx
2
y z 2
xy 2
x z 2
z y 2
y x
e s e ??
??
?
?????--=-=?-===?===?==-=+=-=?-===+==?===+==?======
=+++-+++-=+++-+-+-===σδδλγτδ
λγτδδλγτσσδδλεσσσδδλεσσσδδλεσδδλδσελδ
δδδδδδδδγγγεεεεεε
εσσ推导最大摩擦条件下圆柱体镦粗时接触面单位压力分布规律。
答案：
()2
22:0::
02:0.5,::
0:0,:0
:30,:,0r r zr r zr
r f zr r r r r r z r zr zr r z r z z z r z r
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K Y z z h h
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r h d d Y
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θσσστστσσττσσσσσσσττσσσσσσ-??++=????=+=??=-=-=-=-?-=???==-=??-+=≈-==-=圆柱坐标系下的力平衡方程由于,故由于故所以由于,故塑性条件设:故所以：，()
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σσσσ==+==-=--=---=-=+-积分：时：，故：所以：即：
13 推导常摩擦条件下圆柱体镦粗时接触面单位压力分布规律。
()2
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r R Y C Y R
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Y R r h mK
p Y R r h
σσσσ=+==-=--=---=-=+-积分：时：，故：所以：即：
14 试用主应力法推导宽板塑形弯曲时中性面外侧变形区应力分布(可视为平面变形)。 答案：
()()()
()2sin 0
2
1.1551.1551.155ln 0
1.155ln 1.155ln
1.1551ln
1.1550.5ln
s s
s s s s B s d d d d d d d d d d C R
C R R
R R ρρρθρρθθρρθρρρρθα
σσρρασρασρρ
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σσρρσσσσρ
σσρσσρ++-+==-+--=+==-=-+====??=- ??
???=- ??
?
15 推导圆筒件拉深时凸缘部分应力分布公式。(忽略压边力影响)
答案：
平衡方程：
()()2sin
02r r r d d r dr d dt rd dt drdt θ?σσ?σ?σ++-+=
简化：
()
r r dr d r θσσσ=-+
塑性条件：
()r r Y
θθσσσσβ--=+=
则：
r dr
d Y
r σβ=-
一、名词解释 1. 主应力：只有正应力没有切应力的平面为主平面，其面上的应力为主应力。 2. 主切应力：切应力最大的平面为主切平面，其上的切应力为主主切应力。 3. 对数应变 答：变形后的尺寸与变形前尺寸之比取对数 4. 滑移线 答：最大切应力的方向轨迹。 5. 八面体应力：与主平面成等倾面上的应力 6. 金属的塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 7. 等效应力：又称应力强度，表示一点应力状态中应力偏张量的综合大小。 8. 何谓冷变形、热变形和温变形：答度以下，通常是指室温的变形。热变形：在再结晶温度以上的变形。 温变形，高于室温的变形。 9. 何谓最小阻力定律：答，物体质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少的功，走最短的路。 10.金属的再结晶 答：冷变形金属加热到一定的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 11. π平面 答：是指通过坐标原点并垂于等倾线的平面。 12.塑性失稳 答：在塑性加工中，当材料所受的载荷达到某一临界后，即使载荷下降，塑性变形还会继续，这种想象称为塑性失稳。 13.理想刚塑性材料：在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。P139 14.应力偏张量：应力偏张量就是应力张量减去静水压力，即：σij ′ =σ－δij σm 二、填空题 1. 冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生 2. 金属塑性变形的特点：不同时性、相互协调性和不均匀性。 3. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织称为：变形织构 。 4. 随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为：加工硬化。 5. 超塑性的特点:大延伸率、低流动应力、无缩颈、易成形、无加工硬化 。 6. 细晶超塑性变形力学特征方程式中的m 为:应变速率敏感性指数。 7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力 。 8. 塑性指标是常用的两个塑性指标是：伸长率和断面收缩率。 9. 影响金属塑性的因素主要有：化学成分、组织状态、变形温度、应变速率、应力状态(变形力学条)。 10. 晶粒度对于塑性的影响为：晶粒越细小，金属的塑性越好。 11. 应力状态对于塑性的影响可描述为：(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多，数值越大时,金属的塑性越好。 12. 通过试验方法绘制的塑性——温度曲线,称为：塑性图 。 13. 用对数应变表示的体积不变条件为: 0x y z εεε++=。 14. 平面变形时,没有变形方向(设为z 向)的正应力为： 21311=()=()=22 z x y m σσσσσσσ=++。 15. 纯切应力状态下，两个主应力数值上相等,符号相反 。
《金属塑性成形原理》习题（2）答案 一、填空题 1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 2. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 4. 等效应力表达式：。 5.一点的代数值最大的__ 主应力__ 的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转所得滑移线即为线。 6. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z = 。 7．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。 9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。 10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。 11．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫添加剂。 12．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫超塑性。 13．韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。 14．硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。 15．塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。 16．应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。 17．平面应变时，其平均正应力σm 等于中间主应力σ2。
18．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。 19．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为ε1＝０.1，第二次的真实应变为ε2＝０.25，则总的真实应变ε＝0.35 。 20．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。 21．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上 1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A 工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做 A 。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料； 3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 B 。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4．韧性金属材料屈服时， A 准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5．由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的 A 散逸，这叫最大散逸功原理。 Ａ、能量；Ｂ、力；Ｃ、应变； 6．硫元素的存在使得碳钢易于产生 A 。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7．应力状态中的 B 应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力； 8．平面应变时，其平均正应力σｍ B 中间主应力σ２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。 Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化； 10．多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为 A 。 Ａ、纤维组织；Ｂ、变形织构；Ｃ、流线； 三、判断题 1．按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。（×） 2．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。
《金属塑性成形原理》复习 一、填空题 1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： 则单元内任一点外的应变可表示为 2. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生 4. 等效应力表达式： 7．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦 8、衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 9、所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 10、金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 11、请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 12. 对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。
13.1864 年法国工程师屈雷斯加（ H.Tresca ）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈 服条件可表述为： 14. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。15. 变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态 不同其实质只是平均应力不同，而各点处的最大切应力K 为材料常数。 16. 在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。 17、金属塑性成形有如下特点：、、、 18、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和三类。 19、金属的超塑性分为和两大类。 20、冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织，这个过程称为金属的。 21、研究塑性力学时，通常采用的基本假设有、、、体积力为零、初应力为零、。 22. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力 ; 23. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 24．影响金属塑性的主要因素有：化学成分、组织、变形温度、变形速度、应力状态25．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。
《金属塑性成形原理》习题集 运新兵编 模具培训中心 二OO九年四月
第一章 金属的塑性和塑性变形 1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？ 2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属的塑性？ 3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加应力？ 4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？ 6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应力？ 8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？ 10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？ 12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何 起润滑作用？ 第二章 应力应变分析 1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？ 2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有哪些方法？ 3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？ 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力？ 5．什么是等效应力？有何物理意义？ 6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态？ 7．什么是点的应变状态？如何表示点的应变状态？ 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量？ 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变？ 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义？ 11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系？其原因何在？ 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点？ 13． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=30758075050805050ij σ，试求方向余弦为21==m l ，2 1=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。 14． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=10010010010010ij σ，求其主应力、主剪应力、八面体应力、应力球张量及应力偏张量。 15． 设某物体内的应力场为
名师整理精华知识点 名词解释 塑性成型：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法 加工硬化：略 动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶 超塑性变形：一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等，则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态 塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 屈服准则（塑性条件）：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，指点才开始进入塑性状态，这种关系成为屈服准则。 塑性指标：为衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指标。 晶粒度：表示金属材料晶粒大小的程度，由单位面积所包含晶粒个数来衡量，或晶粒平均直径大小。填空 1、塑性成形的特点（或大题？） 1组织性能好（成形过程中，内部组织发生显著变化）2材料利用率高（金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不切削，废料少，流线合理）3尺寸精度高（可达到无切削或少切屑的要求）4生产效率高适于大批量生产 失稳——压缩失稳和拉伸失稳 按照成形特点分为1块料成形（一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形（滑移，孪生）和晶界变形 超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性 冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变 固溶强化、柯氏气团、吕德斯带（当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹，称为吕德斯带） 金属的化学成分对钢的影响（C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆）；组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。 摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦 摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论 库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件 t=mK 塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属 常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余 影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物 常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂（干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂） 问答题 1、提高金属塑性的基本途径 1、提高材料成分和组织的均匀性 2、合理选择变形温度和应变速率 3、选择三向压缩性较强的变形方式 4、减小变形的不均匀性 2、塑性成形中的摩擦特点 1、伴随有变形金属的塑性流动 2、接触面上压强高 3、实际接触面积大 4、不断有新的摩擦面产生 5、常在高温下产生摩擦 3、塑性成形中对润滑剂的要求 1、应有良好的耐压性能 2、应有良好的耐热性能 3、应有冷却模具的作用 4、应无腐蚀作用 5、应无毒 6、应使用方便、清理方便 4、防止产生裂纹的原则措施 1、增加静水压力 2、选择和控制适合的变形温度和变形速度 3、采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。 4、提高原材料的质量 5、细化晶粒的主要途径 1、在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作为脱氧剂 2、采用适当的变形程度和变形温度 3、采用锻后正火或退火等相变重结晶的方法 6、真实应力-应变的简化形式及其近似数学表达式1、幂指数硬化曲线Y=B?n 2、有初始屈服应力的刚塑性硬化曲线Y=σs+B1?m 3、有初始屈服应力的刚塑性硬化直线Y=σs+B2?4、无加工硬化的水平直线Y=σs 7、为什么晶粒越细小，强度和塑性韧性都增加？晶粒细化时，晶内空位数目与位错数目都减少，位错与空位、位错间的交互作用几率减小，位错易于运动，即塑性好。位错数目少，塞积位错数目少，使应力集中降低。晶粒细化使晶界总面积增加，致使裂纹扩展的阻力增加，推迟了裂纹的萌生，增加了断裂应变。晶粒细小，裂纹穿过晶界进入相邻晶粒并改变方向的频率增加，消耗的能量增加，韧性增加。另外晶界总面积增加可以降低晶界上的杂质浓度，减轻沿晶脆性断裂倾向。 8、变形温度对金属塑性的影响 总趋势：随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并非简单的线性上升；在加热过程的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在一般情况下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个脆性区，包括低温的、中温的、和高温的脆性区。 9、动态回复、为什么说是热塑性变形的主要软化机制？ 动态回复是指在热塑性变形过程中发生的回复，2，动态回复，主要是通过位错的攀移，交滑移等，来实现的，对于铝镁合金、铁素体钢等，由于它们层错能高，变形时扩展位错宽度窄，集束容易，位错的攀移和交滑移容易进行，位错容易在滑移面间转动，而使异号位错相互抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平。因此这类金属在热塑性变形过程中，即使变形程度很大，变形温度远高于再结晶温度，也只会发生动态回复，而不发生动态再结晶。 10、什么是动态再结晶，其主要影响因素？（自己总结吧，课本太乱） 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶。与金属的位错能高地有关，与晶界迁移的难易有关 ，金属越纯，发生动态再结晶的能力越强。
金属塑性成形原理课程标准 (78学时) 一.课程性质和任务 本课程是高等职业技术学校材料成形专业的一门专业基础课程。通过本课程的学习，使学生了解有关塑性成形原理的专业知识；掌握塑性成形方法及简单工艺流程，应力.应变和塑性变形的相关知识；变形力计算方法；塑性成形件质量的一般分析方法；掌握压力加工模拟及其成立条件。 二.课程教学目标 本课程的教学目标是：使学生掌握塑性.塑性加工方法.塑性加工变形力计算等相关概念，包括晶体缺陷.晶格类型.塑性成形件质量分析.各种计算变形力的方法等。并且使学生掌握塑性相关概念，质量分析方法及变形力的理论计算；培养学生动手分析计算解决实际问题的能力。 (一) 知识教学目标 1．掌握塑性.塑性加工的相关基础知识。 2．掌握热加工.冷加工的区别及各自的优缺点。 3. 掌握金属变形区域的应力.应变分析方法。 4．熟悉塑性成形件的质量分析方法。 5．掌握变形力计算相关理论推导公式。 6．掌握主应力法.上限法的计算方法。 7．掌握塑性成形中的摩擦及其影响因素。 8．了解刚塑性有限元法的基本原理。 9. 了解压力加工模拟的条件及意义. (二) 能力培养目标 1．对本专业的发展历史.发展趋势有所了解。 2．能对塑性成形中质量影响因素进行分析。 3．具有对实际成形计算其变形力的能力。 (三) 思想教育目标 1．具有热爱科学.实事求是的学风和勇于实践.勇于创新的意识和精神。 2．具有良好的职业道德。
三.教学内容和要求 基础模块 (一)绪论 1．金属塑性成形特点及分类 掌握塑性成形的优点及局限性。 2．金属塑性成形原理课程的目的和任务 了解本课程的学习目的和任务，掌握学习方法。 3．金属塑性成形理论的发展概况 了解塑性理论的发展历史及今后发展趋势。 (二) 金属塑料变形的物理基础 1．金属冷态下的塑性变形 掌握冷加工的优缺点； 了解冷加工的适用范围。 2．金属热态下的塑性变形 掌握热加工的优缺点； 了解热加工的适用范围。 3. 金属的超塑性变形 了解超塑性的概念； 掌握超塑性原； 了解超塑性的应用前景。 4. 金属在塑性加工过程中的塑性行为 了解常见的金属塑性行为及其影响因素 (三) 金属塑性变形的力学基础 1．应力分析 理解内力.外力.面力.体积力的概念； 掌握塑性变形中应力分析的方法。 2．应变分析 理解应变的相关概念； 掌握塑性变形中应变分析的方法。 3．平面问题和轴对称问题 了解平面问题和轴对称问题的基本概念； 掌握平面问题和轴对称问题的常见处理方法。 4．屈服准则 理解材料的屈服现象； 掌握屈雷斯加屈服准则及米塞斯准则的使用原则和范围；了解影响材料屈服强度的相关因素。 5．塑性变形时的应力应变关系 掌握本构关系满足的条件； 掌握应力应变关系的应用条件和场合。 6．真实应力—应变曲线
《金属塑性成形原理》试卷及答案 一、填空题 1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 2. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 4. 等效应力表达式：。 5.一点的代数值最大的 __ 主应力 __ 的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转所得滑移线即为线。 6. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z = 。 7．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。 8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。 9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。 10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。 11．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫添加剂。 12．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫超塑性。 13．韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。 14．硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。 15．塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。 16．应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。 17．平面应变时，其平均正应力ｍ等于中间主应力２。 18．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。 19．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为１＝０.1，第二次的真实应变为２＝０.25，则总的真实应变＝。 20．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。
21．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上 1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响A工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做A。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料； 3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为B。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4．韧性金属材料屈服时，A准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5．由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的 A 散逸，这叫最大散逸功原理。 Ａ、能量；Ｂ、力；Ｃ、应变； 6．硫元素的存在使得碳钢易于产生A。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7．应力状态中的B应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力； 8．平面应变时，其平均正应力ｍB中间主应力２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。 Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化； 10．多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显着伸长的现象称为A。 Ａ、纤维组织；Ｂ、变形织构；Ｃ、流线； 三、判断题 1．按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=。（×） 2．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。（×） 3．静水压力的增加，对提高材料的塑性没有影响。（×） 4．在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。（×） 5．塑性变形体内各点的最大剪应力的轨迹线叫滑移线。（√） 6．塑性是材料所具有的一种本质属性。（√） 7．塑性就是柔软性。（×）
第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
1. 冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生 2. 金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性. 3. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织,称为:变形织构 4. 随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化 5. 超塑性的特点:大延伸率 低流动应力 无缩颈 易成形 无加工硬化 6. 细晶超塑性变形力学特征方程式 中的m 为:应变速率敏感性指数 7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力 8. 塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示,通过拉伸试验可以的两个塑性指标 为:伸长率和断面收缩率 9. 影响金属塑性的因素主要有:化学成分和组织 变形温度 应变速率 应力状态(变形力学 条件) 10. 晶粒度对于塑性的影响为:晶粒越细小,金属的塑性越好 11. 应力状态对于塑性的影响可描述为(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多 数值 越大时,金属的塑性越好 12. 通过试验方法绘制的塑性 — 温度曲线,成为塑性图 13. 用对数应变表示的体积不变条件为: 14. 平面变形时,没有变形方向(设为z 向)的正应力为:12132()z m σσσσσ==+= 15. 纯切应力状态下,两个主应力数值上相等,符号相反 16. 屈雷斯加屈服准则和米塞斯屈服准则的统一表达式为:13s σσβσ-=,表达式中的系数 β的取值范围为:1 1.155β= 17. 塑性变形时,当主应力顺序123σσσ>>不变,且应变主轴方向不变时,则主应变的顺序 为:123εεε>> 18. 拉伸真实应力应变曲线上,过失稳点(b 点)所作的切线的斜率等于该点的:真实应力Y b 19. 摩擦机理有：表面凸凹学说、分子吸附学说、粘着理论 20. 根据塑性条件可确定库伦摩擦条件表达式中的μ的极限值为（0.5---0.577） 21. 速度间断线两侧的法向速度分量:相等 22. 不考虑速度间断时的虚功(率)方程的表达式为:
考生班级学号姓名 一、填空题：（每题 3 分，共计 30 分） 1. 塑性是指： _ 在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 2. 金属的超塑性可分为细晶超塑性和相变超塑性两大类。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 4. 影响金属塑性的主要因素有：化学成份，组织，变形温度，应变速率，变形力学条件。 5. 等效应力表达式： 。 6. 常用的摩擦条件及其数学表达式：库伦摩擦条件，常摩擦条件 。 7.π 平面是指：通过坐标原点并垂于等倾线的平面，其方程为 __ 。 8.一点的代数值最大的 __ 主应力 __ 的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转所得滑移线即为线。 9. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z = 10. 在有限元法中：应力矩阵 [S]= ，单元部各点位移 {U}=
三、计算题（共计 40 分） 1 、已知金属变形体一点的应力量为Mpa ，求：（ 18 分） (1) 计算方向余弦为 l=1/2 ， m=1/2 ， n= 的斜截面上的正应力大小。 (2) 应力偏量和应力球量； (3) 主应力和最大剪应力； 解： (1) 可首先求出方向余弦为（ l,m,n ）的斜截面上的应力（） …… 4' 进一步可求得斜截面上的正应力 …… 2' (2) 该应力量的静水应力为 …… 2' 其应力偏量
…… 2' 应力球量 …… 2' (3) 在主应力面上可达到如下应力平衡 …… 2' 其中 欲使上述方程有解，则 …… 1' 即 解之则得应力量的三个主应力 …… 2' 对应地，可得最大剪应力 …… 1' 2 、如图所示，设有一半无限体，侧面作用有均布压应力，试用主应力法求
欢迎共阅填空题 1.冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生 2.金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性. 3.由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织,称为:变形织构 4.随着变形程度的增加,金属的强度硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化 5.超塑性的特点:大延伸率低流动应力无缩颈易成形无加工硬化 6.细晶超塑性变形力学特征方程式中的m为:应变速率敏感性指数 7.塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力 8.:伸长9. 10. 11., 12. 13.: 14. 15. 16. 1.155 17.当主应力顺序 ε 为: 1 18. 19. 20. 21. 22.不考虑速度间断时的虚功(率)方程的表达式为:
选择题 1下面选项中哪个不是热塑性变形对金属组织和性能的影响() A 改善晶粒组织C 形成纤维组织 B 产生变形织构D 锻合内部缺陷 2导致钢的热脆性的杂质元素是() A 硫C 磷B 氮D 氢 3 A 45） A 6A 1(2i i u x ??7A B C 应变增量主轴与当时的应变全量主轴不一定重合 Ｄ 应变增量ｄε ｉｊ 对时间ｔ的导数 即为应变速率ε ｉｊ 8关于滑移线的说法，错误的是（ ） A 滑移线必定是速度间断线 B 沿同一条滑移线的速度间断值为常数 C 沿滑移线方向线应变增量为零 D 直线型滑移线上各点的应力状态相同
9根据体积不变条件，塑性变形时的泊松比ν（ ） A ＜0.5 C ＝0.5B ＞0.5 10下面关于粗糙平砧间圆柱体镦粗变形说法正确的有（） AI 区为小变形区 BII 区为难变形区 C III 区为小变形区 11A 12A B C Ｄ A 连续性A n m ?B 某受力物体内应力场为： 0,,2 3 ,6233222312===--=-=+-=zx yz z xy y x y x c y c xy c x c xy ττστσσ，系数321,,c c c 的值应为：（） A 3,2,1321===c c c B 3,2,1321-==-=c c c C 3,2,1321=-==c c c D 无解
金属塑性成形原理复习指南 第一章绪论 1、基本概念 塑性:在外力作用下材料发生永久性变形，并保持其完整性的能力。 塑性变形:作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的永久变形成为塑性变形。 塑性成型:材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定的力学性能的加工方法。 2、塑性成形的特点 1）其组织、性能都能得到改善和提高。 2）材料利用率高。 3）用塑性成形方法得到的工件可以达到较高的精度。 4）塑性成形方法具有很高的生产率。 3、塑性成形的典型工艺 一次成形（轧制、拉拔、挤压） 体积成形 塑性成型 分离成形（落料、冲孔） 板料成形 变形成形（拉深、翻边、张形） 第二章金属塑性成形的物理基础 1、冷塑性成形 晶内：滑移和孪晶（滑移为主）滑移性能（面心>体心>密排六方） 晶间：转动和滑动 滑移的方向：原子密度最大的方向。 塑性变形的特点： ① 各晶粒变形的不同时性； ② 各晶粒变形的相互协调性； ③ 晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 合金使塑性下降。 2、热塑性成形 软化方式可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶等。 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移，晶内孪生，晶界滑移和扩散蠕变等。 3、金属的塑性 金属塑性表示方法：延伸率、断面收缩率、最大压缩率、扭转角（或扭转数） 塑性指标实验：拉伸试验、镦粗试验、扭转试验、杯突试验。 非金属的影响：P冷脆性 S、O 热脆性 N 蓝脆性 H 氢脆 应力状态的影响：三相应力状态塑性好。 超塑性工艺方法：细晶超塑性、相变超塑性 第三章金属塑性成形的力学基础 第一节应力分析 1、塑性力学基本假设：连续性假设、匀质性假设、各向同性假设、初应力为零、体积力为零、体积不变假设。
《金属塑性成形原理》 习题答案 一、填空题 1. 衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 2. 所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 3. 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 4. 请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 ＝＋ 5. 对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。 ＝； ＝。 6.1864 年法国工程师屈雷斯加（ H.Tresca ）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为。 7. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。
8. 变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力不同，而各点处的最大切应力为材料常数。 9. 在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。 10. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 11、金属塑性成形有如下特点：、、、。 12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和三类。 13、金属的超塑性分为和两大类。 14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为和。其中 变形是主要的，而变形是次要的，一般仅起调节作用。 15、冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织，这个过程称为金属的。 16、常用的摩擦条件及其数学表达式。
《金属塑性成形原理》习题集 2012年12月7日
第一章 金属的塑性和塑性变形 1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？ 2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属 的塑性？ 3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的 附加应力？ 4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？ 6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应 力？ 8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？ 10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？ 12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何起 润滑作用？ 第二章 应力应变分析 1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？ 2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有哪些方法？ 3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？ 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力？ 5．什么是等效应力？有何物理意义？ 6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态？ 7．什么是点的应变状态？如何表示点的应变状态？ 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量？ 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变？ 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义？ 11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系？其原因何在？ 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点？ 13． 已知物体中一点的应力分量为??? ? ? ?????---=3075 80 75050805050ij σ，试求方向余弦为2 1==m l ，
简答题： 1.试简述提高金属塑性变形的主要途径有哪些？ (1)提高材料成分和组织的均匀性 (2)合理选择变形温度和应变速率 (3)合理选择变形方式 (4)减小变形的不均匀性 2.简答滑移和孪生变形的区别 相同点：都是通过位错运动来实现, 都是切应变 不同点：孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行；孪生的晶体变形部分的位向发生了改变，而滑移后晶体各部分位向未改变。 3.塑性成型时的润滑方法有哪些？ (1)特种流体润滑法。 (2)表面磷化-皂化处理。 (3)表面镀软金属。 4.塑性变形时应力应变关系的特点？ 在塑性变形时，应力与应变之间的关系有如下特点 （1）应力与应变之间的关系是非线性的，因此，全量应变主轴和应力主轴不一定重合。 ν=。、 （2）塑性变形时，可以认为体积不变，即应变球张量为零，泊松比0.5 （3）对于应变硬化材料，卸载后再重新加载时的屈服应力就是卸载时的屈服应力，比初始屈服应力要高。 （4）塑性变形是不可逆的，与应变历史有关，即应力－应变关系不再保持单值关系。 5.Levy－Mises理论的基本假设是什么？ （1）材料是刚塑性材料，级弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量。 （2）材料符合米塞斯屈服准则。 （3）每一加载瞬时，应力主轴和应变增量主轴重合。 （4）塑性变形上体积不变。 6.细化晶粒的主要途径有哪些？ （1）在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作脱氧剂。 （2）采用适当的变形程度和变形温度。 （3）采用锻后正火等相变重结晶的方法。 7.试从变形机理上解释冷加工和超塑性变形的特点。 冷塑性变形的主要机理：滑移和孪生。金属塑性变形的特点：不同时性、相互协调性和不均匀性。由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为变形织构。随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性韧性降低，这种现象称为加工硬化。超塑性变形机理主要是晶界滑移和原子扩散（扩散蠕变）。其特点为大延伸率、低流动应力、无缩颈、易成形和无加工硬化。 8.Mises屈服准则与Tresca屈服准则的主要区别是什么？各适用于何种情况？ σ的影响而后者没有。Mises屈服准答：Mises屈服准则与Tresca屈服准则的主要区别是前者考虑了中间主应力 2 则适用于各种塑性变形情况，而Tresca屈服准则只在具有两个主应力相等的圆柱体应力状态下才准确。 9.减少不均匀变形的主要措施有哪些？ 答：1）尽量减小接触摩擦的有害影响 2）正确地选择变形温度－速度 3）合理设计工具形状和正确地选择坯料 4）尽量使坯料的成分和组织均匀。 10.影响摩擦系数的主要因素有哪些？ 答：1）金属的种类和化学成分 2）工具的表面状态 3）接触面上的单位压力 4）变形温度 5）变形速度。
试卷 一、填空题：（每题 3 分，共计30 分） 1. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 2. 金属的超塑性可分为细晶超塑性和相变超塑性两大类。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 4. 影响金属塑性的主要因素有：化学成份，组织，变形温度，应变速率，变形力学条件。 5. 等效应力表达式： 。 6. 常用的摩擦条件及其数学表达式：库伦摩擦条件，常摩擦条件 。 7.π平面是指：通过坐标原点并垂于等倾线的平面，其方程为 __。 8.一点的代数值最大的主应力的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转所得滑移线即为线。
9. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z = 10. 在有限元法中：应力矩阵[S]= ，单元部各点位移{U}= 二、简答题（共计30 分） 1. 提高金属塑性的主要途径有哪些？（8 分） 答：提高金属塑性的途径有以下几个方面： (1) 提高材料成分和组织的均匀性； (2) 合理选择变形温度和应变速率； (3) 选择三向压缩性较强的变形方式； (4) 减小变形的不均匀性。 2.纯剪切应力状态有何特点？（ 6 分） 答：纯剪切应力状态下物体只发生形状变化而不发生体积变化。 纯剪应力状态下单元体应力偏量的主方向与单元体应力量的主方向一致，平均应力。 其第一应力不变量也为零。
3. 塑性变形时应力应变关系的特点？（8 分） 答：在塑性变形时，应力与应变之间的关系有如下特点： (1) 应力与应变之间的关系是非线性的，因此，全量应变主轴与应力主轴不一定重合。 (2) 塑性变形时，可以认为体积不变，即应变球量为零，泊松比。 (3) 对于应变硬化材料，卸载后再重新加载时的屈服应力就是报载时的屈服应力，比初始屈服应力要高。 (4) 塑性变形是不可逆的，与应变历史有关，即应力－应变关系不再保持单值关系。 4. Levy-Mises 理论的基本假设是什么？（8 分） 答：Levy-Mises 理论是建立在以下四个假设基础上的： (1) 材料是刚塑性材料，即弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量； (2) 材料符合Mises 屈服准则，即； (3) 每一加载瞬时，应力主轴与应变增量主轴重合； (4) 塑性变形时体积不变，即，所以应变增量量就是应变增量偏量，即
第一章 1.什么是金属的塑性什么是塑性成形塑性成形有何特点 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形； 塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。 一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工：
①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。