金属塑性变形的基本理论
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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。
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。
2、张量的性质1、存在不变量,张量的分量一定可以组成某些函数f(Tij),这些函数的值不随坐标而变。
2、2阶对称张量存在三个主轴和三个主值;张量角标不同的分量都为零时的坐标轴方向为主轴,三个角标相同的分量为值。
必学-金属材料热处理轧制原理基本理论知识金属材料及热处理、金属塑性变形与轧制原理基本理论知识金属材料及热处理部分一、金属材料的种类材料是人类用来制造各种有用物件的物质。
工程材料是指具有一定性能,在特定条件下能够承担某种功能、被用来制取零件和元件的材料。
工程材料的种类繁多,分类方法也不同,但均可分为金属材料和非金属材料两大类。
金属材料通常分为黑色金属和有色金属两大类,黑色金属包括钢、铸铁、锰、铬及其合金,有色金属材料是除黑色金属之外的所有金属及其合金。
在铸铁中,由于采用不同的处理方式可使石墨呈现不同的形式。
根据石墨形态的差别,将铸铁分为下列几种:普通灰铸铁(石墨呈片状)、蠕墨铸铁(石墨呈蠕虫状)、可锻铸铁(石墨呈团絮状)、球墨铸铁(石墨呈球状)。
二、金属的结构1,金属的晶体结构金属和合金在固态下通常都是晶体。
内部原子或离子在三维空间呈周期性有规则的重复排列的固体称为晶质体(晶质)。
习惯上,将具有几何多面体外形的晶质称为晶体,相应地,将不具有几何多面体外形的晶质称为晶粒。
由一个核心(晶核)生长而成的晶体称为单晶体,在单晶体的不同方向上测量其性能时,表现出或大或小的差异,这就是晶体的各向异性。
金属材料通常由许多不同位向的小晶粒所组成,称为多晶体;多晶体中各晶粒的各向异性互相抵消,故一般不显示各向异性,所以在工业用的金属材料中,通常见不到各向异性特征,称之为伪各向同性。
工业上使用的金属元素中,除了少数具有复杂的晶体结构外,绝大多数都具有比较简单的晶体结构,其中最典型、最常见的金属晶体结构有三种类型,即体心立方结构,面心立方结构和密排六方结构。
2,金属的同素异构转变大部分金属只有一种晶体结构,但也有少数金属如Fe、Mn、Ti、Co等具有两种或几种不同的晶体结构,即具有多晶型。
当外部条件(如温度和压力)改变时,金属可能由一种晶体结构转变成另一种晶体结构。
这种固态金属在不同温度下具有不同晶格的现象称为多晶型性或同素异晶性。
材料成型力学原理部分第十四章金属塑性变形的物理基础1、塑形成形:利用金属的塑性,使金属在外力作用下成形的一种加工方法,亦称金属塑性加工或金属压力加工。
2、金属塑性成形的优点:生产效率高、材料利用率高、组织性能亦改变、尺寸精度高。
3、塑性成形工艺:锻造、轧制、拉拔、挤压、冲裁、成型4、金属冷塑形变形的形式:1、晶内变形:滑移和孪生2、晶间变形:晶粒间发生相互滑动和转动5、加工硬化:在常温状态下,金属的流动应力随变形程度的增加而上升,为了使变形继续下去,就需要增加变形外力或变形功。
(指应变对时间的变化率)6、热塑性变形时金属组织和性能的变化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、形成纤维组织5、改善偏析7、织构的理解:多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构。
8、细化晶粒:1、晶粒越细小,利于变形方向的晶粒越多2、滑移从晶粒内发生止于晶界处,晶界越多变形抗力越大9、热塑性变形机理:晶内滑移、晶界滑移和扩散蠕变10、塑性:不可逆变形,表征金属的形变能力11、塑性指标:金属在破坏前产生的最大变形程度12、影响塑性的因素:1、化学成分和合金成分对金属塑性的影响2、组织状态对金属塑性的影响3、变形温度4、应变速率5、应力状态13、单位流动压力P:接触面上平均单位面积上的变形力14、碳和杂质元素的影响碳:其含量越高,塑性越差;磷:冷脆;硫:热脆性;氧:热脆性;氮:时效脆性、蓝脆、气孔;氢:氢脆、白点、气孔和冷裂纹等15、合金元素的影响:塑性降低硬度升高16、金属组织的影响(1)晶格类型(2)晶粒度(3)相组成(4)铸造组织17、变形温度对金属塑性的影响:对大多少金属而言,总的趋势是随着温度升高,塑性增加。
但是这种增加并不是线性的,在加热的某些温度区间,由于相态或晶界状态的变化而出现脆性区,使金属的塑性降低。
(蓝脆区和热脆区)18、变形抗力:指金属在发生塑性变形时,产生抵抗变形的能力一般用接触面上平均单位面积变形力来表示,又称单位面积上的流动压力19、质点的应力状态:变形体内某点任意截面上应力的大小和方向20、对变形抗力的影响因素:①化学成分:纯金属和合金②组织结构:组织状态、晶粒大小和相变③变形温度④变形程度:加工硬化⑤变形速度⑥应力状态21、金属的超塑性:细晶超塑性、相变超塑性第十五章应力分析1、研究塑性力学时的四个假设:①连续性假设:变形体不存在气孔等缺陷②匀质性假设:质点的组织、化学成分等相同③各向同性假设④体积不变假设2、质点:有质量但不存在体积或形状的点3、内力:在外力作用下,物体内各质点之间就会产生相互作用的力。
金属塑性成形理论基础(一)金属塑性变形机制参考讲义前言金属塑性加工是利用金属的塑性,在外力的作用下,通过模具(或工具)使简单形状的坯料成形为所需形状和尺寸的工件(或毛坯)的技术。
它也被称之为塑性成形或压力加工。
金属塑性加工方法主要包括锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等几种类型。
为何采用塑性成形技术?⏹金属经过塑性成形后能改善其组织结构和力学性能。
铸造组织经过热塑性变形后由于金属的变形和再结晶,会使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织,使钢锭内原有的偏析、缩松、气孔、夹渣等压实和焊合,其组织变得更加紧密,提高了金属的塑性和力学性能。
因此铸件的力学性能低于同材质的锻件的力学性能。
⏹塑性成形能保证金属纤维组织的连续性,使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致,金属流线完整,可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。
什么是塑性变形?当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后,金属就会产生变形。
当外力停止作用后,金属的变形并不消失。
这种变形称为塑性变形。
(当外力作用在金属上时,如受拉,金属内的原子间距变大,如果这种变化是弹性范围内的,当外力去除后,原子还能恢复到原来的状态;如果外力较大,这种变化就达到了塑性阶段了,当外力去除之后,有一部分变化就不能恢复了,金属就发生了塑性变形。
作为一种极限,当外力大到一定程度,原子间的结合力被打破,那么金属就断了。
)塑性是指金属材料在载荷外力的作用下,产生永久变形(塑性变形)而不被破坏的能力。
塑性不仅与材料本身的性质有关,还与变形有方式和变形条件有关。
材料的塑性不是固定不变的,不同的材料在同一变形条件下会有不同的塑性,而同一材料,在不同的变形条件下,会表现不同的塑性。
塑性是反映金属的变形能力,是金属的一咱重要的加工性能。
塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工,如冲压、冷弯、冷拔、校直等。
金属材料通过冶炼、铸造,获得铸锭后,可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材,以及零件毛坯或零件。
金属塑性成型的理论与仿真摘要:金属塑性成型技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本,最古老,亦是极重要的加工手段之一,包括锻、冲、挤、轧,拉、辊、旋、辗等工艺技术。
结合近代科技,金属成形技术正向精密、高效、节能、节材,清洁化生产方向发展,是国家工业发展的最基础工艺技术之一。
本文主要对塑性成型的基本原理、方法以及应用做了综合介绍。
文章还介绍了有限元法处理金属塑性成型过程的问题。
最后针对塑性成形技术的发展提出了一些建议和对该技术在以后的生产中的展望。
关键词:塑性成型原理应用展望引言:金属塑性成型就是利用金属的塑性,在工具及模具的外力作用下来加工制件的少切削或无切削的工艺方法。
由于工艺本身的特点,它虽然有很长的发展历史却又在不断的研究和创新之中,新工艺、新方法层出不穷。
这些研究和创新的基本目的不外乎增加材料塑性、提高成形零件的精度及性能、降低变形力、增加模具使用寿命和节约能源等。
而“塑性成形原理”正是实现这些目的的基础理论知识。
金属塑性成型技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本,最古老,亦是极重要的加工手段之一。
除了这些传统的应用外金属成形技术正向精密、高效、节能、节材,清洁化生产方向发展,是国家工业发展的最基础工艺技术之一一、金属塑性成型机理1、冷态下的塑性成型塑性成形所用的金属材料绝大部分是多晶体,其变形过程较单晶体的复杂得多,这主要是与多晶体的结构特点有关。
多晶体是由许多结晶方向不同的晶粒组成。
每个晶粒可看成是一个单晶体。
晶粒之间存在厚度相当小的晶界。
1.1晶内变形晶内变形的主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。
1.1.1滑移当晶体受力时,由于各个滑移系相对于外力的空间位向不同,其上所作用的切应力分量的大小也必然不同。
现设某一晶体作用有由拉力 P引起的拉伸应力σ,其滑移面的法线方向与拉伸轴的夹角为υ,面上的滑移方向与拉伸轴的夹角为λ,通过简单的静力学分析可知,在此滑移方向上的切应力分量为τ=σcosυcosλ令μ=cosυcosλ,称为取向因子。
弹性:材料的可恢复变形的能力。
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:材料在一定外力作用下,利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法。
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形并获得一定力学性能的加工方法。
塑性成形的特点:组织性能好、材料利用率高、生产效率高、尺寸精度高、设备相对复杂。
冷态塑性变形的机理:晶内变形(滑移和孪生)和晶间变形(滑动和转动)滑移:晶体在力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)和晶向(滑移向)相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
孪生:晶体在力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面(孪生面)和晶向(孪生向)发生均匀切边滑移面:滑移中,晶体沿着相对滑动的晶面。
滑移方向:滑移中,晶体沿着相对滑动的晶向。
塑性变形的特点:不同时性、不均匀性、相互协调性。
合金:合金是由两种或者两种以上的金属元素或者金属元素与非金属元素组成具有金属特性的物质。
合金分为固溶体(间隙固溶体、置换固溶体)和化合物(正常价、电子价、间隙化合物)固溶强化:以间隙或者置换的方式融入基体的金属所产生的强化。
弥散强化:若第二项是通过粉末冶金的方法加入而引起的强化。
时效强化:若第二项为力是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化。
冷态下的塑性变形对组织性能的影响:组织:晶粒形状发生变化,产生纤维组织晶粒内部产生亚晶结构晶粒位向改变:产生丝织构和板织构性能:产生加工硬化(随着塑性变形的程度的增加,金属的塑性韧性降低,强度硬度提高的现象)加工硬化的优点:变形均匀,减小局部变薄,增大成形极限缺点:塑性降低、变形抗力提高、变形困难。
热塑性变形的软化过程:动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶金泰回复:从热力学角度,变形引起金属内能增加,而处于稳定的高自用能状态具有向变形前低自由能状态自发恢复的趋势静态再结晶:冷变形金属加热到更高温度后,在原来版型体中金属会重新形成无畸变的等轴晶直至完全取代金属的冷组织的过程。