第2章塑性和变形抗力

[材料成型工艺技术基础]韩建民版第二章答案1.何谓塑性变形?单晶体、多晶体塑性变形的机理各是什么？金属在外力的作用下，内部产生应力，该应力使原子偏离其原来的平衡位置，当应力超过金属材料的屈服极限，外力去除后，原子达到新的平衡状态，金属恢复不到原来的形状和尺寸，产生的永久变形。

单晶体: 晶体在切应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面彼此以刚性的整体相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍。

多晶体：内部每个晶粒相互协调和配合，当外力达到一定值后晶界发生变形和破碎，其中既有晶内的滑移变形，也有晶间的滑动和转动。

2.何谓冷变形，何谓热变形，冷变形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化，热变形后金属的组织和性能会产生怎么样的变化？金属锻造在升温变形过程中，金属原子获得能量，将低温变形中出现的应力吸收，微结构中碎晶形核等生长，将变形晶粒全部消失，这个温度就是再结晶温度，此温度以下的就是冷变形，以上的就是热变形。

冷变形后，晶粒在外力作用下倍扭曲拉长，随着变化逐渐成纤维状，有些晶粒破碎成碎晶，这种结构的晶格对进一步变形有阻碍作用，使金属的的强度和硬度升高，而塑性和韧性下降；热变形后，冷变形过程中出现的碎晶或杂志为核心形核并长大，直到全部冷变形晶粒消失为止，消除加工硬化，这个过程是再结晶不是相变，其晶粒均匀生长细化，塑性增加。

3.为什么规定锻造温度范围？碳钢合理的始锻温度和终锻温度应在铁碳合金状态图的什么位置？锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的一段温度间隔。

确定锻造温度的基本原则是，就能保证金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并得到所要求的组织和性能。

锻造温度范围应尽可能宽一些，加热温度太低，表面会开裂，或者内部裂纹，加热温度过高，导致钢坯过烧，无法成型产品。

碳钢的锻造温度范围如图（铁-碳状态图）中的阴影线所示：钢的始锻温度主要受过热的限制，合金结构钢和合金工具钢的始锻温度主要受过热和过烧温度的限制。

机械制造技术基础第二章课后答案#1.金属切削过程的实质是什么答：金属切削过程就是刀具从工件上切除多余的金属，使工件得到符合技术要求的几何精度和表面质量的过程。

2.切削运动可分哪两类，各有什么特点答：切削运动可分为主运动和进给运动。

主运动在切削过程中速度最高，消耗的功率最大，并且在切削过程中切削运动只有一个。

进给运动的速度较低、消耗的功率较小，进给运动可以有一个或多个。

3.切削用量的主要参数有哪些答.：切削用量的参数有切削速度、进给量和背吃刀量。

4.试述车刀前角、后角、主偏角、负偏角和刃倾角的作用，并指出如何使用答：前角对切削的难易程度有很大的影响，前角大小的选择与工件材料、刀具材料、加工要求有关。

后角的作用是为了减小后刀面与工件之间的摩擦和减少后刀面的磨损。

主偏角的大小影响切削条件、刀具寿命和切削分力的大小。

！5.车外圆时，车刀装得过高或过低、偏左或偏右，刀具角度会发生哪些变化什么情况下可以利用这些变化答：当刀尖高于工作中心时，刀具工作前角将增大，工作后角将减小。

如果刀尖低于工作中心，则刀具工作前角减小，后角增大。

若刀杆右偏，则车刀的工作主偏角将增大，负偏角将减小。

若刀杆左偏，则车刀的工作主偏角将减小，负偏角将增大。

6.试标出图刀具的五个基本角度及主切削刃和副切削刃。

7.列举外圆车刀在不同参考系中的主要标准角度及其定义。

答：1）前角：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角；后角：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角；主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角；副偏角：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角；刃倾角：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角；副后角：在副切削刃上选定点的副正交平面内，副后刀面与副切削平面之间的夹角。

8.偏角的大小对刀具耐用度和三个切削分力有何影响当车削细长轴时，主偏角应选得较大还是较小为什么答：当切削面积不变时，主偏角增大，切削厚度也随之增大，切屑变厚，因而主切削力随着主偏角的增大而减小，但当主偏角增大到60~70之间时，主切削力又逐渐增大主偏角；背向力随着主偏角的增大而减小，进给力随着主偏角的增大而增大。

思考题1．为什么说力学性能是机械零件设计时首先要考虑的性能?解：所谓力学性能是指金属在力或能的作用下，材料所表现出来的性能。

力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等，机械零件在加工过程或使用过程中，都要受到不同形式外力的作用，而力学性能反映了金属材料在各种外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，是选用金属材料的重要依据，因此是机械零件设计时首先要考虑的性能。

2．塑性和强度都是金属材料的一种能力。

金属材料的塑性对零件制造有什么特殊意义?金属材料的强度对零件使用有什么特殊意义?解：金属材料的断后伸长率（A）和断面收缩率（Z）数值越大，表示材料的塑性越好。

塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，易于通过塑性变形加工成复杂形状的零件。

当零件工作时所受的应力，低于材料的屈服强度或规定残余延伸强度，则不会产生过量的塑性变形。

材料的屈服强度或规定残余延伸强度越高，允许的工作应力也越高，则零件的截面尺寸及自身质量就可以减小。

零件在工作中所承受的应力，不允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。

R m也是机械零件设计和选材的重要依据。

3．通过拉伸试验绘制的力—伸长曲线表达了金属材料在静拉伸力作用下的强度行为、塑性行为等。

请就力-伸长曲线思考下列问题：(1)哪一段曲线表达了材料的弹性变形能力和抗弹性变形能力(刚度)?(2)哪一段曲线表达了材料的塑性变形能力和抗塑性变形能力?(3)哪一段曲线表达了材料的塑性变形后强度得到提高的能力(形变强化能力)?解：(1)op——弹性变形阶段(2)p点后的水平或锯齿状线段——屈服阶段(3)屈服后至m点——强化阶段4．强度判据R e L、R m、R r0.2都是机械零件选材和设计的依据，应用场合有何不同?解：R e L——有明显屈服现象的金属材料。

R r0.2——无明显屈服现象的金属材料。

R m——承受的最大应力，零件在工作中所承受的应力，不允许超过R m，否则会产生断裂。

5．抗拉强度与硬度之间有没有一定的关系？为什么？解：有。

金属塑性变形抗力计算的意义及方法摘要：变形抗力作为材料的一种特性，反映了热变形过程中显微组织变化情况，因此，如果金属塑性变形中的变形抗力能够准确地测量出来，那么伴随变形过程的显微组织变化，就能够通过变形抗力的变化而预报出来。

从而能够在变形后不进行性能测试的情况下，预测工件的力学性能。

本文着重介绍金属塑性变形抗力及其计算的意义及方法。

关键词：塑性变形抗力；变形抗力；计算方法；意义金属材料的变形抗力是指金属在一定的变形条件下进行塑性变形时，在单位横截面积上抵抗此变形的能力。

变形抗力是表征金属和合金压力加工性能的一个基本量。

变形抗力的研究起步很早，由于实验条件有限，20世纪40年代以前属于研究的萌芽阶段，20世纪40年代以后随着热模拟技术的应用对变形抗力的研究才有了很大的进步。

1 变形抗力的测定方法简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布1.1 拉伸试验法：/pl P F ε= ()0ln /l l ε=1.2 压缩试验法：/pc P F ε= ()0ln /h h ε=1.3 扭转试验法： 圆柱体试样4032Mr d τπ=⋅ 空心管试样02M F d τ=平2 影响变形抗力的主要因素2.1金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响2.1.1化学成分对塑性变形抗力的影响对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形抗力也大。

同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。

合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显著影响。

原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；2）形成化合物；3）形成第二相组织，使变形抗力增加。

2.1.2组织对塑性变形抗力的影响1）基体金属原子间结合力大，变形抗力大。

单相组织合金含量越高，S σ越大。

原因：晶格畸变。

单相组织变形抗力大于多相组织。

硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则S σ高。

2）第二相越细、分布越均匀、数量越多，则S σ越高。

质点阻碍滑移。

3）晶粒直径越大，变形抗力越大。

第二章练习题1.填空题1-1直角自由切削，是指没有参加切削，并且刃倾角的切削方式。

1-2在一般速度范围内，第I变形区的宽度仅为0.02〜0.2mm。

切削速度，宽度愈小，因此可以近似视为一个平面，称为剪切面。

1-3靠前刀面处的变形区域称为变形区，这个变形区主要集中在和前刀面接触的切屑底面一薄层金属内。

1-4在已加工表面处形成的显著变形层（晶格发生了纤维化），是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦所造成的，这一变形层称为变形区。

1-5从形态上看，切屑可以分为带状切屑、、和崩碎切屑四种类型。

1-6在形成挤裂切屑的条件下，若减小刀具前角，减低切削速度，加大切削厚度，就可能得至1 。

1-7在形成挤裂切屑的条件下，若加大刀具前角，提高切削速度，减小切削厚度，就可能得至1 。

1-8经过塑性变形后形成的切屑，其厚度h ch通常都要工件上切削层的厚度h D,而切屑长度L ch通常切削层长度L c o1-9切削过程中金属的变形主要是剪切滑移，所以用的大小来衡量变形程度要比变形系数精确些。

1-10相对滑移是根据纯剪切变形推出的，所以它主要反映变形区的变形情况，而变形系数则反映切屑变形的综合结果，特别是包含有变形区变形的影响。

1-11切屑与前刀面的摩擦与一般金属接触面间的摩擦不同，因为切屑与前刀面之间的压力很大（可达1.96〜2.94GPa以上），再加上几百度的高温，致使切屑底面与前刀面发生现象。

1-12在粘结情况下，切屑与前刀面之间的摩擦是切屑粘结部分和上层金属之间的摩擦，即切屑的。

1-13根据摩擦情况不同，切屑与前刀面接触部分可分为两个摩擦区，即和滑动区。

1-14切屑与前刀面粘结区的摩擦是变形区变形的重要成因。

1-15硬脆材料与金属材料的切除过程有所不同，其切除过程以为主。

1-16磨削时砂轮表面的微小磨粒切削刃的几何形状是不确定的，通常有较大的负（一60°〜—85°）和刃口楔角（80 °〜145 °）,以及较大的半径。