有色金属塑性加工

金属材料的塑性

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。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。

金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，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。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。 字串2

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金属材料的硬度

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

1.布氏硬度（HB）

以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

2.洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

挤压与拉拔新技术

静液挤压简介：挤压方式的一种。通过凸模加压给液体，由液体将压力传给坯料，使金属通过凸模成形。由于坯料侧面无普通挤压时存在的摩擦力所以变形均匀，可提高挤压变形量所需的挤压力也比普通挤压时小。主要用于挤压大变形量的线材、型材或是挤压低塑性材料。

静液挤压所使用的高压介质，一般有粘性液体和粘塑性体。前者如蓖麻油、矿物油等，主要用于冷静液挤压和500～600℃以下的温、热静液挤压；后者如耐热脂、玻璃、玻璃-石墨混合物等，主要用于较高熔点金属的热静液挤压(坯料加热温度在700℃以上的挤压)。

与普通挤压法一样，根据需要，静液挤压可在不同的温度下进行。一般将金属和高压介质均处于室温时的挤压过程，称为冷静液挤压；在室温以上变形金属的再结晶温度以下的挤压过程，称为温静液挤压；而在再结晶温度以上的挤压过程，称为热静液挤压。

类型：

静液挤压的类型按挤压时的温度不同可分为冷静液挤压和高温静液挤压两种。(1)冷静液挤压在常温下进行。布彼克等人研究的一种兼有拉线作用的线材静液连续挤压，就属于冷静液挤压，它的原理如图2所示。被加工的线坯通过起拉伸作用和密封作用的入口模，在拉力和高压液体的共同作用下被挤出，借助于卷筒的不停转动，便可实现连续挤压。采用这种方法生产线材，可使道次变形率大大超过拉伸极限。冷静液挤压的主要缺点是设备结构与操作比较复杂，卷筒的传动部分在高压室外，需采用高密封技术，每次拉线前的准备时间较长。(2)高温静液挤压使用的高压液体的温度超过金属的再结晶温度的静液挤压。高压液体一般是动物油和矿物油，挤压温度可在300℃左右。采用耐热油脂作为高压液体时，挤压温度最高可达到1000℃；但当挤压温度高于500℃时，通常不用耐热油脂，而使用金属氧化物或一些盐类作高压液体。

优点：摩擦小，变形均匀，模磨损小，材料处于高压介质中，有利于提高材料的变形能力，适用于低温大变形加工。

缺点：需要对坯料进行预加工，介质的填充和排泄，效率低，需要解决高压密封

中南大学考试试卷

2001 —— 2002 学年第二学期时间110 分钟

金属塑性加工原理课程64 学时4 学分考试形式：闭卷

专业年级材料1999 级总分100 分，占总评成绩70%

一、名词解释（本题10分，每小题2分）

1.热效应

2.塑脆转变现象3.动态再结晶

4.冷变形

5.附加应力

二.填空题（本题10分，每小题2分）

1.主变形图取决于______，与_______无关。

2.第二类再结晶图是_____，_______与__________的关系图。

3.第二类硬化曲线是金属变形过程中__________与__________之间的关系曲线。

4.保证液体润滑剂良好润滑性能的条件是_______，__________。

5.出现细晶超塑性的条件是_______，__________，__________。

三、判断题（本题10分，每小题2分）

1.金属材料冷变形的变形机构有滑移（），非晶机构（），孪生（），晶间滑动（）。

2.塑性变形时，静水压力愈大，则金属的塑性愈高（），变形抗力愈低（）。

3.金属的塑性是指金属变形的难易程度（）。

4.为了获得平整的板材，冷轧时用凸辊型，热轧时用凹辊型（）。

5.从金相照片上观察到的冷变形纤维组织，就是变形织构（）。

四、问答题（本题40 分，每小题10 分）

1.分别画出挤压、平辊轧制、模锻这三种加工方法的变形力学图，并说明在生产中对于低塑性材料的开坯采用哪种方法为佳？为什么？

2.已知材料的真实应变曲线，A 为材料常数，n 为

硬化指数。试问简单拉伸时材料出现细颈时的应变量为多少？

3.试比较金属材料在冷，热变形后所产生的纤维组织异同及消除措施？

4.以下两轧件在变形时轧件宽度方向哪一个均匀？随着加工的进行会出现什么现象？为什么？（箭头表示轧制方向）

五、证明题（本题10 分）

证明Mises 塑性条件可表达成：

六、综合推导题（本题20 分）

试用工程法推导粗糙砧面压缩矩形块（Z 向不变形）的变形力P 表达式，这里接触摩擦

绪 论

0-1 请选择你生活学习中所接触的五种物品，写一篇约五千字的调研笔记，调查其从原料到该物品制造的全过程，运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。

第一章 应力分析与应变分析

1-1 塑性加工的外力有哪些类型？

1-2 内力的物理本质是什么？诱发内力的因素有哪些？

1-3 何谓应力、全应力、正应力与切应力？塑性力学上应力的正、负号是如何规定的？

1-4 何谓应力特征方程、应力不变量？

1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力？它们在塑性加工上有何意义？

1-6 何谓应力张量和张量分解方程？它有何意义？

1-7 应力不变量（含应力偏张量不变量）有何物理意义？

1-8 塑性变形的力学方程有哪几种？其力学意义和作用如何？

1-9 锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型？

1-10 变形与位移有何关系？何谓全量应变、增量应变？它们有何联系和区别？

1-11 简述塑性变形体积不变条件的力学意义。

1-12何谓变形速度？它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系？

1-13 何谓变形力学图？如何根据主应力图确定塑性变形的类型？

1-14 锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型？

1-15 塑性加工时的变形程度有哪几种表示方法？各有何特点？

1-16已知一点的应力状态MPa，试求该应力空间中的斜截面上的正应力和切应力为多少？

1-17现用电阻应变仪测得平面应力状态下与x轴成0°，45°，90°角方向上的应力值分别为，试问该平面上的主应力各为多少？

1-18 试证明：

（1）

（2） 1-19 一圆形薄壁管，平均半径为R，壁厚为t，二端受拉力P及扭矩M的作用，试求三个主应力的大小与方向。

1-20 两端封闭的薄壁圆管。受轴向拉力P，扭矩M，内压力ρ作用，试求圆管柱面上一点的主应力的大小与方向。其中管平均半径为R，壁厚为t，管长为l。

1-21已知平面应变状态下，变形体某点的位移函数为，，试求该点的应奕分量，并求出主应变的大小与方向。