特种塑性成形第4章

滑移
滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一
定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移变形示意图
d)塑性变形
孪生
孪生：晶体内的一部分原子（红色）相对另一部分原子沿某个
晶面转动，使未转动部分与转动部分的原子排列成镜面对称关系。
一、金属的可锻性（塑性加工性能）
定义：在锻造过程中，金属通过塑性加工而不开裂， 并获得合格零件的能力。 衡量指标：金属的塑性和变形抗力 塑性越高、变形抗力越低，可锻性越好。
二、影响金属可锻性的因素：
三个主要因素：金属的本质、加工条件、应力状态 1、金属的本质（内在因素）： ①化学成分
➢ 碳钢：钢的含碳量越低，可锻性越好; ➢ 合金钢：合金元素含量越高，可锻性越差； ➢ 纯金属的可锻性优于合金。 ②金属组织
冷变形过程缺点：
①冷变形过程的加工硬化使金属的塑性变差，给进一步塑性变 形带来困难。 ②对加工坯料要求其表面干净、无氧化皮、平整。 ③加工硬化使金属变形处电阻升高，耐蚀性降低。
五、纤维组织及其利用
纤维组织（热加工流线）：
塑性加工中，金属的晶粒形状和晶界分布的杂质沿变形方 向被拉长，呈纤维状。纤维组织不能热处理消除，只能通过锻 压改变其形状和方向。
纯金属或单相固溶体（奥氏体）的可锻性优于多相组织； 均匀细晶的可锻性优于粗晶组织和铸态柱状晶； 钢中存在网状二次渗碳体时可锻性下降。
影响金属可锻性的因素：
2、加工条件：
①变形温度 温度越高，金属塑性提高，
变形抗力降低，可锻性提高。
加热温度过高，产生缺陷： 过热：晶粒长大，使综合机械性能下降； 过烧：晶粒边界氧化或熔化 ，一击即碎； 脱碳：碳与环境气体反应，使表层含碳量减少； 严重氧化：表层与 氧反应，生成氧化物。

一 、理想材料的加卸载准则 理想材料的加载面与初始屈服面是一样的。 由于屈服面不能扩大，所以当应力点达到屈服面上， 应力增量 d 不能指向屈服面外，而只能沿屈服面切线。 d 加载 f ( ij ) 0, 弹性状态
d
n
f ( ij ) 0, f df d ij 0 ij




（4-1）


其中 张量写法：
G E / 2(1 )
ij 3 ij m ij 2G E
1 m kk 为平均正应力。 3
（4-2）
其中
本构关系
将三个正应变相加，得：
kk
3 1 2 m kk kk 2G E E
kk
(5 37)
对理想塑性材料，比例系数d要联系屈服条件来确定。 1 dw sij ( dsij d sij ) 2G 1 dJ 2 2 J 2 d dWe dW p 2G
进入塑性阶段后，应变增量可以分解为弹性部分和塑性部分。
e d ij d ij d ijp
（4-30） （4-31） （4-32）
由Hooke定律， d
e ij
d ij 2G

3 d m ij E
由Drucker公设，d d ij
p ij
其中为加载函数。塑性加载 d 0，中性变载或卸载时 0 时 d
e
注意到（5 - 5）式，We可表示为：
1 1 1 1 1 2 2 W J 2 G 2G 2 2 2 6G
e
本构关系
§4.2 Drucker公设
两类力学量 外变量：能直接从外部可以观测得到的量。如总应变，应力等。 内变量：不能直接从外部观测的量。如塑性应变，塑性功等。 内变量只能根据一定的假设计算出来。 关于塑性应变和塑性功的假设： 1、材料的塑性行为与时间，温度无关。

挤压成形
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 静液挤压 连续挤压 积极摩擦挤压 侧向挤压 半固态挤压 其它挤压成形
§1.1 静液挤压
工艺原理 在封闭体中,当挤压 杆接受施压主机提供的 动力后,开始在挤压缸 中运动,当介质的压力 达到足以克服锭坯材料 的变形抗力及变形区中 的摩擦力时,材料便从 模孔中挤出,从而形成 所需形状和尺寸的制品。
（2）分区大小 连续挤压不需要变形前对坯料及模具进行独立的加 热，主要依靠摩擦热及变形热。对于不同的合金，所 需变形温度不同，各区产热的能力不同，不同合金对 温度敏感性不同，应合理的分配各区所占比例。
应用
铜排连续挤压
铝 包 钢 金 属 复 合 连 续 挤 压
单轮双槽连续挤压
铸造-连续挤压复合
存在的问题 （1）要求有良好的密封装置； （2）坯锭的一端必须预先加工成锥形（棒材 挤压）,以使其与模孔很好地配合,防止高压介 质泄漏； （3）其次,由于液体在高压下压缩量较大,坏 锭在挤压结束时流动不易控制,容易发生制品弹 射出模口的现象,危险性大,操作困难,辅助时间 长,必须采取严格措施。
静液挤压的分类 按照加压方式划分： 活塞加压式、油泵加压式 按照产品划分： 静液挤压线棒材、异形材、双金属、管材等。
传统挤压
积极摩擦挤压
积极摩擦挤压原理
挤压力：
挤压力=挤压杆挤压力+挤压筒辅助摩擦力
由于辅助摩擦力的存在，使坯 料外层金属的流动速度加快, 且与 轴心部分速度相近, 从而消除了坯 料横断面金属流速不均的影响。来自 无润滑成形有润滑成形
积极摩擦成形
积极摩擦成形： （1）中心轴和侧壁金属流动更为均匀性； （2）无流动死角；
工艺原理
利用挤压轮、槽 封块和金属料三者之 间的摩擦力，在摩擦 力的作用下，挤压轮 和槽封块紧紧咬住坯 料，并牵引着金属向 模孔处移动，摩擦力 足以在模孔附近产生 高的挤压应力和的温 度，使金属从模孔流 出。

第四章塑性位势理论位势理论作为一种力学方法在弹性力学和塑性力学中都得到了广泛应用。

米赛斯于1928年借用弹性势函数作为塑性势函数，并提出了按照塑性势函数的梯度方向确定塑性流动方向的传统塑性位势理论。

后来又由德鲁克塑性公设，表明塑性势函数与屈服函数是一致的，从而形成了塑性应变增量方向必定正交于屈服面的关联流动法则，完善了传统塑性位势理论。

传统塑性位势理论不适应岩土材料的变形机制，因而基于传统塑性位势理论而建立的岩土本构模型，不能反映岩土的实际变形。

双屈服面模型与多重屈服面模型的出现实质上已经扩展了塑性位势理论。

作者在研究多重屈服面弹塑性理论时，提出建立岩土本构模型应采用三个塑性势面和三个屈服面，并建立了以三个主应力作为塑性势函数的岩土本构模型。

此后，杨光华用张量定律从理论上导出以三个塑性势函数表述的塑性应变增量公式。

作者在剖析传统塑性位势理论的基础上，提出以三个塑性势函数表述的塑性应变增量公式，可作为不考虑应力主轴旋转时的广义塑性位势理论。

并从基本力学概念出发，指出屈服函数与势函数必须相应，而不要求相等，相等只适用于金属情况。

郑颖人等又进一步发展建立了考虑应力主轴旋转情况下的广义塑性位势理论。

§4.1德鲁克(Drucker)塑性公设与伊留辛(Ильющин)塑性公设一、稳定与不稳定材料下图示出两类试验曲线。

在图a中，当∆σ> 0时，∆ε>0,这时附加应力∆σ对附加应变做功为非负，即有∆σ∆ε> 0。

这种材料被德鲁克(Drucker)称为稳定材料。

显然，应变硬化和理想塑性的材料属于稳定材料。

在图b所示的试验曲线上，当应力点超过p点以后，附加应力∆σ< 0，而附加应变∆ε> 0，故附加应力对附加应变做负功，即∆σ∆ε<0。

这类材料称为不稳定材料，应变软化材料属于不稳定材料。

图稳定与不稳定材料(a)稳定材料；(b)不稳定材料应当说明，德鲁克公设对稳定材料的定义只是充分条件，而非必要条件。