第8講變形不均勻概念

1、金屬塑性變形理論金屬塑性變形理論第八講第八講張貴杰張貴杰Tel：-Mail： 華北理工大學金屬材料與加工工程系華北理工大學金屬材料與加工工程系2022-4-222第五章 塑性變形的不均勻性 主要內容Main Content 變形不均勻的基本概念 變形不均勻的原因及防止措施 殘余應力 2022-4-2235.1 變形不均勻的基本概念 均勻變形與不均勻變形均勻變形與不均勻變形 基本應力與附加應力基本應力與附加應力 研究變形分布的方法研究變形分布的方法2022-4-224均勻變形與不均勻變形均勻變形與不均勻變形均勻變形均勻變形 若變形區(qū)內金屬各質點的應變狀態(tài)相同，即它們相應

2、的各個軸向上變形的發(fā)生情況，發(fā)展方向及應變量的大小都相同，這個體積的變形可視為均勻的。2022-4-225均勻變形的特點均勻變形的特點 變形前體內的直線和平面，變形后仍然是直線和平面； 變形前彼此平行的直線和平面，變形后仍然保持平行； 任何一個二階曲面變形后仍為二階曲面，其中變形前的球體于變形后變?yōu)闄E球體； 兩個幾何相似且位置相似的單元體，于變形后仍保持幾何相似。2022-4-226均勻變形均勻變形2022-4-227均勻變形的條件： 變形物體的物理性質必須均勻且各向同性； 整個物體任何瞬間承受相等的變形量； 接觸表面沒有外摩擦，或沒有接觸摩擦所引起的阻力； 整個變形體處于工具的直接作用下，即

3、處于無外端的情況下。2022-4-228 要全面滿足以上條件，嚴格說是不可能的，因此，不均勻變形是絕對的。例如，擠壓或拉伸棒材的后端凹入；平砧下鐓粗圓柱體時出現的鼓形，板材軋制時易出現舌頭和魚尾等均表明變形體橫斷面上延伸都是不均勻的。這對產品質量及實現加工過程有著重大影響。因此必須對不均勻變形規(guī)律加以研究，以便采取各種有效措施來防止或減輕其不良后果。 2022-4-229單鼓形單鼓形雙鼓形雙鼓形2022-4-2210軋件頭尾凸形軋件頭尾凸形軋件頭部鐮刀彎軋件頭部鐮刀彎2022-4-2211磨損后的凹形軋輥上軋制矩形坯的情形磨損后的凹形軋輥上軋制矩形坯的情形 2022-4-2212基本應力與附加

4、應力基本應力與附加應力 金屬塑性變形時變形物體內變形的不均勻分布，不但能使物體外形歪扭和內部組織不均勻，而且還使變形物體內的應力分布也不均勻。此時，除基本應力外，還產生附加應力。 2011-10-17-32022-4-2213基本應力 由于外力作用所引起的應力叫做基本應力，表示這種應力分布的圖形叫做基本應力圖?；蛭矬w在塑性變形狀態(tài)中，完全根據彈性狀態(tài)所測出的應力叫做基本應力。 2022-4-2214附加應力 由于物體內各處的不均勻變形受到物體整體性的限制，而引起在其間相互平衡的應力叫做附加應力 2022-4-2215工作應力 工作應力是處于應力狀態(tài)的物體在變形時用各種方法實測出來的應力，其分布

5、圖為工作應力圖。 當物體的變形絕對均勻時，基本應力圖與工作應力圖相同。 而當變形呈不均勻分布時，工作應力等于基本應力與附加應力的代數和。 2022-4-2216擠壓時金屬流動擠壓時金屬流動(a)及縱向應力分布及縱向應力分布(b)、(c)圖圖(b)附加應力較小時附加應力較小時 (c) 附加應力較大時附加應力較大時實線為基本應力，虛線為附加應力，點劃線為工作應力實線為基本應力，虛線為附加應力，點劃線為工作應力2022-4-2217在凸形軋輥上軋制矩形坯的情形在凸形軋輥上軋制矩形坯的情形 2022-4-2218殘余應力 應當明確，基本應力是在外力作用下與瞬時加載(或卸載)所發(fā)生的彈性變形相對應，故當

6、外力去除后這部分彈性變形恢復，基本應力便立刻消失。 而附加應力，是在不均勻變形受物休整體性阻礙而發(fā)生的、在物體內自相平衡的內力(與此內力相對應便在物體內呈平衡存在彈性變形或畸變)，并不與外力發(fā)生直接關系，所以當外力去除，變形終止后，仍繼續(xù)保留在變形物體內部。 這樣，在塑性變形完畢后仍保留于物體內的自相平衡的應力稱為殘余應力。 2022-4-2219 在金屬整體性的阻礙下，在趨向產生較大變形的金屬層中要產生附加壓應力，而在趨向產生較小變形的金屬層中，就產生附加拉應力。 2022-4-2220附加應力的分類 按宏觀級、顯微級和原子級的變形不均勻性可把附加應力分為下述三種： 第一種附加應力，在變形物

7、體的大部分體積之間由不均勻變形所引起的彼此平衡的附加應力。上述圖示的例子即屬于此類。2022-4-2221 第二種附加應力為在變形物體內兩個或幾個相鄰晶粒之間由不均勻變形所引起的彼此平衡的附加應力。2022-4-2222 第三種附加應力為在滑移面附近或在滑移帶中由各部分彼此之間平衡起來的晶格畸變所引起的附加應力，也就是說在一個晶粒內由于變形不均所引起的附加應力。2022-4-2223溶質原子與位錯間的交互作用溶質原子與位錯間的交互作用刃型位錯周刃型位錯周圍的應力場圍的應力場2022-4-2224研究變形分布的方法研究變形分布的方法 網格法 硬度法 比較晶粒法 其他方法2011-10-20-32

8、022-4-2225網格法 它是研究金屬塑性加工中變形區(qū)內金屬流動情況應用最廣的方法。這種方法是于變形前在試樣的表面上或內部的剖面上用某種方法刻上坐標網，變形后測量和分析坐標網的變化，確定變形物體各處的變形大小及分布。其實質是觀察變形前后，各網格所限定的區(qū)域金屬幾何形狀的變化。 從圖示中網格的變化看出鐓粗時圓柱體變形的不均勻情況。目前網格法可作定量分析。2022-4-2226組合圓柱體的鐓粗時網格的變形組合圓柱體的鐓粗時網格的變形 2022-4-2227 在用網格法研究金屬的變形分布時可把網的每個單元看作是變形區(qū)的單元，在整個變形過程中承受均勻變形。坐標網可以是立體的，也可以是平面的。平面坐標

9、網可以是連續(xù)的或分開的。分開的坐標網的單元或者是正方形，或者是圓形。圓形在變形過程中變成橢圓形，此橢圓軸的尺寸和方向反映了主變形的大小和方向。2022-4-2228 對正方形網格來講，當其軸在變形前后始終與主軸重合時，則此正方形于變形后變?yōu)榫匦?，此正方形的內切圓變?yōu)闄E圓，此橢圓的軸與矩形的軸相重合。若主軸的方向相對原來正方形的軸發(fā)生了變化，則此正方形將變?yōu)槠叫兴倪呅?，此平行四邊形的內接圓為橢圓形，此橢圓的軸與新的主軸相重合。2022-4-2229坐標網的方格變化情形坐標網的方格變化情形2022-4-2230金屬通過凹模擠金屬通過凹模擠壓的變形分布壓的變形分布2022-4-2231硬度法 此法的

10、基本原理是：在冷變形情況下，變形金屬的硬度隨變形程度的增加而提高；從圖示可見，中心部分的硬度最2022-4-2232比較晶粒法 此法的實質是根據再結晶退火后的晶粒大小，與退火前的變形程度的關系，來判斷各部位變形的大小。變形越大，再結晶后晶粒越小。利用再結晶圖，近似地得出變形體內各處的變形程度。此法也只能定性地顯示變形分布情況。對于熱變形，因該過程中發(fā)生了再結晶現象，就很難判斷變形的分布。 2022-4-2233其他方法 示蹤原子法 光塑性法 云紋法 2022-4-2234課后作業(yè)Homework 給出基本應力、工作應力、附加應力和殘余應力之間的區(qū)別和聯(lián)系。 什么叫第一、第二、第三種附加應力？它們都是怎樣產生的？ 人有了知識，就會