金屬塑性變形原理

1、金屬塑性變形原理1、變形和應力1 1 塑性變形與彈性變形金屬晶格在受力時發(fā)生歪扭或拉長，當外力未超過原子之間的結合力時，去掉外力之后晶格便會由變形的狀態(tài)恢復到原始狀態(tài)，也就是說，未超過金屬本身彈性極限的變形叫金屬的彈性變形。多晶體發(fā)生彈性變形時，各個晶粒的受力狀態(tài)是不均勻的。當加在晶體上的外力超過其彈性極限時，去掉外力之后歪扭的晶格和破碎的晶體不能恢復到原始狀態(tài)，這種永久變形叫金屬的塑性變形。金屬發(fā)生塑性變形必然引起金屬晶體組織結構的破壞，使晶格發(fā)生歪扭和紊亂，使晶粒破碎并且使晶粒形狀發(fā)生變化，一般晶粒沿著受力方向被拉長或壓縮。2 2應力和應力集中塑性變形時，作用于金屬上的外力有作用力和反作用

2、力。由于這兩種外力的作用， 在金屬內(nèi)部將產(chǎn)生與外力大小相平衡的內(nèi)力。單位面積上的這種內(nèi)力稱為應力，以(T表小。lP/S式中 (T物體產(chǎn)生的應力， MPa 作用于物體的外力，N;S 承受外力作用的物體面積，mr2i當金屬內(nèi)部存在應力，其表面又有尖角、尖缺口、結疤、折疊、劃傷、裂紋等缺陷存在時，應力將在這些缺陷處集中分布，使這些缺陷部位的實際應力比正常應力高數(shù)倍。這種現(xiàn)象叫做應力集中。金屬內(nèi)部的氣泡、縮孔、 裂紋、 夾雜物及殘余應力等對應力的反應與物體的表面缺陷相同，在應力作用下，也會發(fā)生應力集中。應力集中在很大程度上提高了金屬的變形抗力，降低了金屬的塑性，金屬的破壞往往最先從應力集中的地方開始。

3、2、塑性變形基本定律3 1 體積不變定律鋼錠在頭幾道軋制中因其縮孔、疏松、氣泡、裂紋等缺陷受壓縮而致密，體積有所減少，此后各軋制道次的金屬體積就不再發(fā)生變化。這種軋制前后體積不變的客觀事實叫做體積不變定律。它是計算軋制變形前后的軋件尺寸的基本依據(jù)。H、 B、 L 軋制前軋件的高、寬、長； h、 b、 l 軋制后軋件的高、寬、長。根據(jù)體積不變定律，軋件軋制前后體積相等，即HBL=hbl2 2 最小阻力定律鋼在塑性變形時，金屬沿著變形抵抗力最小的方向流動，這就叫做最小阻力定律。根據(jù)這個定律，在自由變形的情況下，金屬的流動總是取最短的路線，因為最短的路線抵抗變形的阻力最小，這個最短的路線，即是從該動

4、點到斷面周界的垂線。3、金屬壓力加工的摩擦當軋件和軋輾相接觸時，軋輾作用于軋件的力有N和T。垂直于軋輾表面的 力N叫正壓力，沿軋輾表面切線方向的力 T叫摩擦力。摩擦力與正壓力的比值 叫摩擦系數(shù)，以f表示，即f=T/N摩擦系數(shù)的大小與軋制溫度、軋輾材質(zhì)和軋輾表面狀態(tài)等因素有關。軋鋼生 產(chǎn)中的摩擦系數(shù)一般根據(jù)下面的經(jīng)驗公式計算：對鋼軋*gf=1.05-0.0005t 軋-0.056v對鐵軋*gf=0.94-0.0005t 軋-0.056v對表面粗糙度為520 Mm的磨光軋輾(包括鋼軋輾和鐵軋輾)f=0.82-0.0005t 軋-0.056v式中f摩擦系數(shù)；t軋軋制溫度，C ;v軋制速度，m/so4

5、、變形抗力金屬及合金的實際變形抗力取決于金屬及合金的本性屈服極限(7 s、軋制溫度、軋制速度和變形程度的影響，下面分別予以簡單的討論。(1)金屬及合金屈服極限(Ts的影響通常用金屬及合金的屈服極限口來反映金屬及合金本性對實際變形抗力的影響。但應注意，有些金屬壓縮時的屈服極限大于拉伸時的屈服極限。如鋼壓縮時的屈服極限比拉伸時約大 10% ；而有些金屬壓縮和拉伸時屈服極限相同。 因此，在選取(7 s時，一般最好用壓縮時的屈服極限，因它與軋制變形較接近。對有些金屬在靜態(tài)機械性能實驗中很難測出(T s,尤其是在高溫下更是困難，這時可以用屈服強度(7 0.2來代替。近年來由于熱變形模擬試驗機的出現(xiàn)，為各

6、種狀態(tài)下的 門的測定提供了有利條件。門是在一定條件下測得的，具值可查有關資料。(2)軋制溫度的影響軋制溫度對金屬屈服極限有很大影響。一般情況是隨著軋制溫度升高,屈服 極限下降，這是由于降低了金屬原子間的結合力。軋制溫度對金屬屈服極限的影響用變形溫度影響系數(shù)nT來表示。其他可由有關資料查得。在確定溫度影響系數(shù)時，一方面要有可靠的屈服極限與溫度關系的資料， 另一方面還要確定出金屬熱軋時的實際溫度，也就是要確定熱軋時溫度的變化。(3)變形程度的影響變形程度影響系數(shù)可以分冷軋和熱軋兩種情況。冷軋時，金屬的變形溫度 低于再結晶溫度，因此金屬只產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，變形抗力提高。所以在冷軋時 只需要考慮變形程

7、度對變形抗力的影響。在一般情況下，這種影響是用金屬屈服 極限與壓縮率關系曲線來判斷的，具變化規(guī)律對不同金屬是不同的，合金要比純 金屬大些。熱軋時，金屬雖然沒有加工硬化，但實際上變形程度對屈服極限是有影響的。各種鋼的實驗表明，在較小變形程度時(一般在20%30%以下)，屈服極限隨變形程度加大而劇烈提高，在中等變形程度時，即大于 30%,屈服極限隨 變形程度加大，提高的速度開始減慢，在許多情況下，當繼續(xù)增大變形程度時， 屈服極限反而有些降低。所以在熱軋時也必須考慮這種影響。1814 I I I I 1 I I I 1 I I I1 I I II I I I I I I I I I I II I I

8、 ILL LI2X10-146 8 1綃 246 8 I012468 10a2 o S 6 4 211 11-零«tv紫銅的變形溫度、變形程度和變形速率對變形抗力的影響(4)變形速度的影響根據(jù)研究可知，冷軋時由于變形速度的影響小，所以，變形速度影響系數(shù)3可取為1。而熱軋時，由于在軋制過程中，同時發(fā)生加工硬化，恢復和再結晶現(xiàn)象，隨 變形速度的增加，后者進行得不完全，故使變形抗力提高，因而必須考慮變形速 度的影響。5、應力和變形的不均勻金屬塑性變形時變形不均勻及變形體內(nèi)應力分布的不均勻，是最常見、最普遍的現(xiàn)象，它既影響產(chǎn)品的內(nèi)外質(zhì)量及其使用性能，也使塑性加工工藝復雜化。5. 1變形不均勻

9、的原因軋件內(nèi)變形分布不均勻，主要是接觸面的外摩擦、變形區(qū)幾何尺寸因素、軋 輾與坯料差異、軋件內(nèi)溫度不均勻、軋件材質(zhì)不均勻等原因造成的。6. 1. 1接觸面的外摩擦當軋輾和軋件接觸面上有摩擦力存在時，它使接觸面附近的金屬變形流動困 難，因而這部分金屬的變形就比其它部分的小，造成了變形的不均勻。7. 1. 2變形區(qū)幾何尺寸因素在存在外摩擦的情況下，變形的不均勻分布與變形區(qū)幾何尺寸因素有密切關系。8. 1. 3軋輾與軋件形狀差異有些產(chǎn)品形狀很復雜，需要通過通過軋輾形狀變化來改變產(chǎn)品形狀。由于軋 輾與軋件形狀不一致，造成軋件各部分變形不一致，使變形不均勻，且二者不一 致程度越大，變形越不均勻。9. 1. 4溫度不均勻高溫部分金屬的變形抗力小，易變形，低溫部分金屬的變形抗力大，難變形, 所以同一軋件內(nèi)不同的溫度區(qū)域內(nèi)的變形程度就不同，變形就不均勻。10. 1. 4軋件材質(zhì)不均勻軋件內(nèi)部成分分布不均、組織不均、存在氣團等，都促使軋件內(nèi)變形分布和 應力分布不均勻。11. 2變形不均勻的后果(1)不均勻變形將產(chǎn)生附加應力，在變形過程中可能會改變應力狀態(tài)類型， 原本為壓應力的可能變?yōu)槔瓚Γ?這樣就會降低金屬塑性，出項破壞；變形后附 加應力可保留在金屬內(nèi)部