《材料塑性成型原理》

材料塑性成形原理

PrincipleofPlasticDeformation

inMaterialProcessing

整理ppt緒論

金屬塑性加工的用途、目的與定義塑性加工的方式及其分類、特點(diǎn)幾個基本概念（彈性、塑性變形的力學(xué)特征）塑性加工技術(shù)與理論基礎(chǔ)的關(guān)系塑性加工技術(shù)的發(fā)展趨勢本課程主要內(nèi)容及與其它課程的關(guān)系教學(xué)計劃與參考書整理ppt塑性加工的用途產(chǎn)品輕量高強(qiáng)化，高附加值用于結(jié)構(gòu)件與外飾件，系國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)整理ppt整理ppt塑性加工的用途整理ppt金屬塑性加工的方式整理ppt金屬塑性加工的方式整理ppt金屬壓力加工整理ppt金屬壓力加工整理ppt金屬壓力加工整理ppt金屬壓力加工整理ppt汽車制造整理ppt汽車制造整理ppt波音777組裝整理ppt塑性加工的定義

材料在外力作用下，利用其塑性而產(chǎn)生塑性變形，成為滿足一定形狀和組織性能要求的產(chǎn)品的加工方法稱為塑性成形，也稱壓力加工。整理ppt金屬塑性成形的分類

塑性成形的種類有很多,分類方法可按以下四方面進(jìn)行分類：（1）按工件的受力與變形方式（2）

按工件的加工溫度熱成形——在充分進(jìn)行再結(jié)晶的溫度以上所完成的加工．如熱軋、熱鍛、熱擠壓等；冷成形——在不產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶的溫度以下進(jìn)行的加工，如冷軋、冷沖壓、冷擠壓、冷鍛等：溫成形——在介于冷、熱成形之間的溫度下進(jìn)行的加工，如溫鍛、溫擠壓等。（3）能量場種類：激光無模成型、爆炸成型、液壓/吹塑脹形（4）材料熱力學(xué)狀態(tài)：連鑄連軋、半固態(tài)成型、噴射成型。。。整理ppt整理ppt體積成形

①鍛造通過金屬體積的轉(zhuǎn)移和分配來進(jìn)行塑性成形

自由鍛：鍛件精度低，生產(chǎn)率不高，適于單件、小批量生產(chǎn)或大型鍛件生產(chǎn)金屬塑性加工的方式整理ppt模鍛（開式模鍛、閉式模鍛)：鍛件外形和尺寸精度高，生產(chǎn)率高，適于大批量生產(chǎn)開式模鍛閉式模鍛金屬塑性加工的方式整理ppt體積成形

②軋制：使金屬錠料或坯料通過兩個旋轉(zhuǎn)軋輥間的直線或異型的特定空間來獲得一定截面形狀的材料，使大截面材料變成了小截面材料，可生產(chǎn)型材、板材等。緒論金屬塑性加工的方式整理ppt體積成形

③拉拔：將中等截面坯料拉過有一定形狀的?？讈慝@得小截面材料，可生產(chǎn)棒材、管材和線材。金屬塑性加工的方式整理ppt體積成形

④擠壓：將在筒體中的大截面坯料或錠料一端加壓，使金屬從?？字袛D出，從而獲得符合?？捉孛嫘螤畹男〗孛娌牧?。在擠壓成形過程中，材料受到較大的三向壓應(yīng)力作用，適于生產(chǎn)低塑性材料的型材和管材。金屬塑性加工的方式整理ppt板料成形分離工序(落料、沖孔）成形工序（彎曲、拉深）沖裁拉深金屬塑性加工的方式整理ppt整理ppt金屬塑性成形的特點(diǎn)(1)可改善金屬的組織與性能;(2)幾乎無切屑,材料利用率高;(3)尺寸精度高,不少成形方法已達(dá)到少或無切削的要求;(4)生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。整理ppt彈性(elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性塑性(plasticity)：在外力作用下使材料發(fā)生穩(wěn)定、持久變形而不破壞其完整性的能力，不可逆性基本概念整理ppt可逆性：彈性變形—可逆；塑性變形—不可逆-關(guān)系：彈性變形—線性；塑性變形—非線性與加載路徑的關(guān)系：彈性—無關(guān)；塑性—有關(guān)對組織和性能的影響：彈性變形—無影響；塑性變形—影響大（加工硬化、晶粒細(xì)化、位錯密度增加、形成織構(gòu)等）變形機(jī)理：彈性變形—原子間距的變化；塑性變形—位錯運(yùn)動為主彈塑性共存：整體變形中包含彈性變形和塑性變形；塑性變形的發(fā)生必先經(jīng)歷彈性變形；在材料加工過程中，工件的塑性變形與工模具的彈性變形共存。

彈性、塑性變形的力學(xué)特征整理ppt

主應(yīng)力法滑移線法上限法有限元法金屬塑性成形問題的求解方法整理ppt

主應(yīng)力法（初等解析法）從塑性變形體的應(yīng)力邊界條件出發(fā)，建立簡化的平衡方程和屈服條件，并聯(lián)立求解，得出邊界上的正應(yīng)力和變形的力能參數(shù)，不考慮變形體內(nèi)的應(yīng)變狀態(tài)。金屬塑性成形問題的求解方法整理ppt

滑移線法假設(shè)材料為剛塑性體，在平面變形狀態(tài)下，塑性變形區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)存在兩族正交的滑移線族，結(jié)合邊界條件可解出滑移線場和速度場，從而求出塑性變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和瞬時流動狀態(tài)，計算出力能參數(shù)。金屬塑性成形問題的求解方法整理ppt

上限法

從變形體的速度邊界條件出發(fā)，對塑性變形區(qū)取較大的單元，根據(jù)極值原理，求出塑性變形能為極小值時滿足變形連續(xù)條件和體積不變條件時的動可容速度場，計算出力能參數(shù)，不考慮塑性變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是否滿足平衡方程。金屬塑性成形問題的求解方法整理ppt

有限元法將連續(xù)體離散為有限個單元的組合體，單元之間用節(jié)點(diǎn)連接，在每個單元內(nèi)假設(shè)近似函數(shù)即插值函數(shù)來分片表示系統(tǒng)的求解場函數(shù)，插值函數(shù)由節(jié)點(diǎn)值確定，單元之間的作用由節(jié)點(diǎn)傳遞，建立物理方程，對全部單元的組合體進(jìn)行數(shù)值計算，可求出變形體內(nèi)的應(yīng)變、應(yīng)力等場變量以及力能參數(shù)。金屬塑性成形問題的求解方法整理ppt材料成形問題的復(fù)雜性非線性□幾何非線性□物理非線性□狀態(tài)非線性多物理場耦合□變形□熱傳導(dǎo)模具和工藝的復(fù)雜性□復(fù)雜幾何形狀□多工序材料組織性能變化□相變、再結(jié)晶□織構(gòu)□損傷整理ppt汽車覆蓋件沖壓成形過程模擬板料液壓成形過程模擬彎管成形過程模擬五金級進(jìn)模零件成形過程模擬金屬鍛造成形過程模擬金屬拉拔成形過程模擬……..材料成形計算機(jī)模擬應(yīng)用整理ppt模型的建立翼子板零件拉深成形后、切邊前的幾何模型，投影尺寸為：長1470mm×寬706mm×高800mm，厚0.8mm。

1.3汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt模型的建立1.3

汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt模擬結(jié)果與分析

1.5★拉深工作過程⑴凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；⑵壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；⑶凸模到達(dá)下止點(diǎn)，繼續(xù)加壓定型板料；⑷卸載。

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1.5★拉深工作過程⑴凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；⑵壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；⑶凸模到達(dá)下止點(diǎn)，繼續(xù)加壓定型板料；⑷卸載。

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1.5★拉深工作過程⑴凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；⑵壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；⑶凸模到達(dá)下止點(diǎn)，繼續(xù)加壓定型板料；⑷卸載。

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1.5★拉深工作過程⑴凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；⑵壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；⑶凸模到達(dá)下止點(diǎn)，繼續(xù)加壓定型板料；⑷卸載。

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1.5★板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt模擬結(jié)果與分析

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1.5★板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt模擬結(jié)果與分析

1.5★板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt模擬結(jié)果與分析

1.5★板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt模擬結(jié)果與分析

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1.5★板料應(yīng)力演變整理ppt模擬結(jié)果與分析

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1.5★板料應(yīng)力演變整理ppt模擬結(jié)果與分析

1.5★板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt4模擬結(jié)果與分析

1.5★均質(zhì)材料凹模等效應(yīng)力的演變汽車翼子板拉深過程有限元分析

(a)均質(zhì)材料凹模等效應(yīng)力分布

(b)各追蹤點(diǎn)的等效應(yīng)力

整理ppt4模擬結(jié)果與分析

1.5★梯度材料凹?；w等效應(yīng)力的演變

(a)凹?；w等效應(yīng)力分布

(b)各追蹤點(diǎn)的等效應(yīng)力

汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt4模擬結(jié)果與分析

1.5★均質(zhì)材料凸模等效應(yīng)力的演變

(a)均質(zhì)材料凸模等效應(yīng)力分布

(b)各追蹤點(diǎn)的等效應(yīng)力

整理ppt4模擬結(jié)果與分析

1.5★梯度材料凸模等效應(yīng)力

(a)梯度材料凸模等效應(yīng)力分布

汽車翼子板拉深過程有限元分析整理ppt與其它學(xué)科的區(qū)別

與其它材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的區(qū)別：彈塑性力學(xué)的研究對象是整體（而不是分離體）變形體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律（而不是危險端面）。

與金屬學(xué)的區(qū)別：將宏觀變形力學(xué)條件/行為與微觀組織性能聯(lián)系起來整理ppt塑性成形技術(shù)需解決的基本問題設(shè)備參數(shù)選擇——力能形狀尺寸精度控制——運(yùn)動與變形學(xué)成形性、組織性能控制——物理化學(xué)

為學(xué)習(xí)后續(xù)的工藝課程作理論準(zhǔn)備，也為合理制訂塑性成形工藝規(guī)范及選擇設(shè)備、設(shè)計模具奠定理論基礎(chǔ)。

整理ppt塑性加工發(fā)展趨勢極大、極小優(yōu)質(zhì)——近無缺陷、終極性能；綠色——短流程、省能化；精密——近無余量成形；智能化——設(shè)計和制造信息數(shù)字化整理ppt本領(lǐng)域的主要研究課題

1)如何提高產(chǎn)品外形尺寸精度；2)降低力、能消耗以及掌握力能參數(shù)計算方法；3)如何改善產(chǎn)品的組織性能和表面質(zhì)量；4）如何建立工藝參數(shù)數(shù)學(xué)模型，以適應(yīng)汁算機(jī)控制，使工藝過程最佳化：5)如何改善難變形鋼與合金的塑性；6)如何采用新工藝和新技術(shù)，以擴(kuò)大鋼材品種和加工成形效率。整理ppt本課程的基本任務(wù)

1)闡明金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)，即從微觀上研究塑性變形的機(jī)理以及變形條件對塑性和變形抗力的影響，以便使工件在成形時獲得最佳的塑性狀態(tài)、最高的變形效率和優(yōu)質(zhì)的性能。2)闡明金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)，即掌握金屬塑性變形體內(nèi)的應(yīng)力場、應(yīng)變場、應(yīng)力一應(yīng)變之間關(guān)系、塑性變形時的力學(xué)條件等塑性理論基礎(chǔ)知識。在此基礎(chǔ)上，分析研究塑性成形力學(xué)問題的各種解法及其在具體工藝中的應(yīng)用．從而科學(xué)地確定變形體內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律及所需的變形力和變形功，為選擇成形設(shè)備噸位和設(shè)計模具提供依據(jù)，并為降低變形力指明方向。3)闡述金屬塑性成形時的流動規(guī)律和變形特點(diǎn)，以便確定合理的坯料尺寸和成形工藝，使工件順利成形。整理ppt本課程的基本要求1．熟悉和掌握塑性加工過程中金屬變形的微觀與宏觀的基本規(guī)律，以及各種基本變形力學(xué)方程，能推導(dǎo)典型塑性加工問題的應(yīng)力與應(yīng)變計算公式。2．掌握金屬在塑性加工過程中組織性能的變化及金屬的塑性、變形抗力、斷裂等與加工條件的關(guān)系。能按照要求或給定公式進(jìn)行變形程度、應(yīng)變速度、工件尺寸與變形力能參數(shù)等計算。3．根據(jù)所學(xué)知識，從金屬的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、材料流動、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗等方面，分析工藝與模具設(shè)計的合理性。

整理ppt第一章緒論第二章金屬塑性變形的物理本質(zhì)第三章金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)第四章金屬塑性成形中的摩擦第五章塑性加工中的流動與變形規(guī)律第六章主應(yīng)力法及其應(yīng)用整理ppt主要參考資料【1】李堯：金屬塑性成形原理【2】陳森燦：金屬塑性加工原理

【3】彭大署：金屬塑性成形原理【4】俞漢清，陳金德：金屬塑性成形原理【5】趙志業(yè)等：金屬塑性加工原理及軋制理論整理ppt整理ppt第二章金屬塑性變形的物理本質(zhì)金屬塑性加工原理

PrincipleofPlasticDeformation

inMetalsProcessing整理ppt§2.1金屬塑性變形的主要機(jī)制§2.2塑性加工中金屬的組織與性能§2.3金屬的塑性§2.4金屬的超塑性§2.5塑性變形的溫度——速度效應(yīng)§2.6金屬的變形抗力第二章金屬塑性變形的物理本質(zhì)整理ppt§2.1金屬塑性變形的主要機(jī)制2.1.1晶內(nèi)塑性變形機(jī)構(gòu)2.1.2晶間塑性變形機(jī)構(gòu)2.1.3多晶體變形的特點(diǎn)2.1.4合金的塑性變形2.1.5變形機(jī)構(gòu)圖

整理ppt2.1.1

晶內(nèi)的塑性變形機(jī)構(gòu)整理ppt滑移面與滑移方向整理ppt孿生

整理ppt滑移與宏觀塑性變形的關(guān)系

取向因子、硬取向、軟取向整理ppt2.1.2晶間的塑性變形機(jī)構(gòu)

1．晶粒的轉(zhuǎn)動與移動

整理ppt2．溶解—沉積機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是一相晶體的原子迅速而飛躍式的轉(zhuǎn)移到另一相的晶體中去。保證兩相有較大的相互溶解度外，還必須具備下列條件:（1）隨著溫度的變化或原有相晶體表面及曲率的變化，伴隨有最大的溶解度改變。

(2）變形時，應(yīng)具備足夠高的溫度條件。

整理ppt3．非晶機(jī)構(gòu)

非晶機(jī)構(gòu)是指在一定的變形溫度和速度條件下，在應(yīng)力場和熱激活的作用下，多晶體中的原子非同步、連續(xù)地發(fā)生定向遷移的過程。

整理ppt2.1.3多晶體變形的特點(diǎn)1．晶粒內(nèi)變形的不同時性與晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性

（a）變形前（b）變形后

圖2-5多晶體塑性變形的不均勻性

整理ppt2．晶界的作用及晶粒大小的影響

多晶體塑性變形的竹節(jié)現(xiàn)象

整理ppt晶界的作用在2mm內(nèi)的延伸率，%晶粒5晶粒4晶粒3晶粒2晶粒1位置，mm

圖5-6多晶鋁的幾個晶粒各處的應(yīng)變量。垂直虛線是晶界，線上的數(shù)字為總變形量整理ppt晶粒大小的影響常溫下，晶粒越細(xì)小，塑性變形抗力越大；變形分布越均勻，塑性就越好。整理ppt2.1.4合金的塑性變形1．單相固溶體合金的變形

“柯氏氣團(tuán)”與呂德斯帶

整理ppt2．多相合金的變形

聚合型，其強(qiáng)度和塑性取決于硬脆相的形態(tài)與相對分布

沉淀強(qiáng)化/彌散強(qiáng)化型，位錯的釘扎作用整理ppt2.1.5

變形機(jī)構(gòu)圖

理論剪切應(yīng)力-位錯蠕變擴(kuò)散蠕變Nabarro蠕變理論剪切應(yīng)力位錯蠕變擴(kuò)散流變溫度，℃溫度，℃-位錯滑移蠕變位錯滑移（Nabarro蠕變）彈性區(qū)

變形機(jī)制圖（a）純銀和（b）鍺給出不同變形機(jī)制起控制作用的應(yīng)力-溫度區(qū)間，兩種材料的晶粒尺寸皆為32μm以10-8/s的應(yīng)變速率來確定彈性邊界拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力位錯蠕變位錯蠕變整理ppt§2.2塑性加工中金屬的

組織與性能2.2.1冷變形2.2.2熱變形2.2.3塑性變形對固態(tài)相變的影響

整理ppt2.2.1冷變形1．冷變形的概念2．冷變形時金屬顯微組織變化3．冷變形時金屬性能變化

整理ppt2.2.2熱變形1)熱變形的概念

動態(tài)回復(fù)，動態(tài)再結(jié)晶，靜態(tài)回復(fù)，靜態(tài)再結(jié)晶亞動態(tài)再結(jié)晶整理ppt2)熱變形過程中的回復(fù)與再結(jié)晶整理ppt3)熱變形對金屬組織性能的影響

整理ppt1）改善晶粒組織2）鍛合內(nèi)部缺陷

3）破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布4）形成纖維組織5）改善偏析3．熱變形對金屬組織性能的影響整理ppt

動態(tài)再結(jié)晶圖及其應(yīng)用整理ppt§2.3金屬的塑性2.3.1塑性的基本概念2.3.2塑性指標(biāo)及其測量方法2.3.3影響塑性的因素整理ppt2.3.1塑性的基本概念什么是塑性？塑性是金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。塑性與柔軟性的區(qū)別是什么？塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。柔軟性反映材料抵抗變形的能力。整理ppt塑性與柔軟性的對立統(tǒng)一鉛---------------塑性好，變形抗力小不銹鋼--------塑性好，但變形抗力高白口鑄鐵----塑性差，變形抗力高結(jié)論：塑性與柔軟性不是同一概念整理ppt為什么要研究金屬的塑性？探索塑性變化規(guī)律尋求改善塑性途徑選擇合理加工方法確定最佳工藝制度保證產(chǎn)品質(zhì)量整理ppt2.3.2塑性指標(biāo)及其測量方法塑性指標(biāo)的測量方法塑性指標(biāo)整理ppt塑性指標(biāo)概念：金屬在破壞前產(chǎn)生的最大變形程度，即極限變形量。表示方法：斷面收縮率延伸率沖擊韌性最大壓縮率扭轉(zhuǎn)角（或扭轉(zhuǎn)數(shù)）彎曲次數(shù)整理ppt塑性指標(biāo)的測量方法拉伸試驗(yàn)法壓縮試驗(yàn)法扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法軋制模擬試驗(yàn)法整理ppt拉伸試驗(yàn)法式中：L0——拉伸試樣原始標(biāo)距長度；

Lh——拉伸試樣破斷后標(biāo)距間的長度；

F0——拉伸試樣原始斷面積；

Fh——拉伸試樣破斷處的斷面積

整理ppt壓縮試驗(yàn)法

簡單加載條件下，壓縮試驗(yàn)法測定的塑性指標(biāo)用下式確定：

式中：

——壓下率；

H0——試樣原始高度；

Hh——試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條裂紋時的高度整理ppt扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法

對于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)換作為剪切變形（γ

）。

式中：R——試樣工作段的半徑；

L0——試樣工作段的長度；

n——試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。

整理ppt軋制模擬試驗(yàn)法

在平輥間軋制楔形試件，用偏心軋輥軋制矩形試樣，找出試樣上產(chǎn)生第一條可見裂紋時的臨界壓下量作為軋制過程的塑性指標(biāo)。

整理ppt§2.3.3影響金屬塑性的因素

1)影響塑性的內(nèi)部因素2)影響金屬塑性的外部因素3)提高金屬塑性的主要途徑4)塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用整理ppt

影響塑性的內(nèi)部因素

1）化學(xué)成分（1）雜質(zhì)（2）合金元素對塑性的影響2）組織結(jié)構(gòu)

整理ppt影響金屬塑性的外部因素

1)變形溫度塑性指標(biāo)溫度，°K

圖5-14溫度對塑性影響的典型曲線整理ppt溫度，℃圖5-15碳鋼的塑性隨溫度變化圖塑性整理ppt純鋁無氧銅圖5-16幾種鋁合金及銅合金的塑性圖

整理ppt2)變形速度

塑性變形速度，1/秒ⅠⅡ圖5-18變形速度對塑性的影響整理ppt表5-1鋁合金冷擠壓時因熱效應(yīng)所增加的溫度合金號擠壓系數(shù)擠壓速度（毫米/秒）金屬溫度℃L411150158~195LD211~16150294~315LY1111~16150340~350LY113165308整理ppt3)變形程度

4)應(yīng)力狀態(tài)

σ1-σ2大氣壓σ1-σ2大氣壓

圖5-20脆性材料的各向壓縮曲線（a）大理石；（b）紅砂石；—軸向壓力；—側(cè)向壓力整理ppt5)變形狀態(tài)

圖5-24主變形圖對金屬中缺陷形狀的影響（a）未變形的情況；（b）經(jīng)兩向壓縮—向延伸變形后的情況；（c）經(jīng)—向壓縮兩向延伸后的情況

整理ppt6．尺寸因素力學(xué)性能12體積圖5-25變形物體體積對力學(xué)性能的影響

1—塑性；

2—變形抗力；

3—臨界體積點(diǎn)整理ppt

提高金屬塑性的主要途徑提高塑性的主要途徑有以下幾個方面：(1)控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成分和組織的均勻性；(2)采用合適的變形溫度—速度制度；(3)選用三向壓應(yīng)力較強(qiáng)的變形過程，減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；(4)避免加熱和加工時周圍介質(zhì)的不良影響。

整理ppt

塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用概念：表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲線圖形，簡稱塑性圖。應(yīng)用：合理選擇加工方法制定冷熱變形工藝整理ppt確定MB5合金加工工藝規(guī)程

的原則和方法

MB5屬變形鎂合金，主要成分為：

Al5.5~7.0%Mn0.15~0.5%Zn0.5~1.5%整理ppt確定MB5鎂合金熱加工工藝步驟根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式（慢速、快速等）根據(jù)相圖確定合金的相組成根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍整理ppt根據(jù)相圖確定合金的相組成溫度℃

圖5-2Mg-Al二元系狀態(tài)圖整理ppt從二元相圖上獲取的信息

T＞530℃，合金為液相

T＜270℃，合金為＋兩相組織270℃＜T＜530℃，合金為單一的相整理ppt鋁含量對鎂合金力學(xué)性能的影響δ%σb，公斤/毫米2HB公斤/毫米2圖5-3鎂合金中鋁含量對合金機(jī)械性能的影響

整理ppt根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍試驗(yàn)溫度，℃MB5合金的塑性圖αk

—沖擊韌性；εM

—慢力作用下的最大壓縮率；α0

—彎曲角度εC

—沖擊力作用下的最大壓縮率；φ

—斷面收縮率。整理ppt從塑性圖上獲取的信息慢速加工，溫度為350~400℃時,φ值和εM都有最大值，不論軋制或擠壓，都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加工。

鍛錘下加工，在350℃左右εc有突變，變形溫度應(yīng)選擇在400~450℃。

工件形狀比較復(fù)雜，變形時易發(fā)生應(yīng)力集中，應(yīng)根據(jù)αK曲線來判定。從圖中可知，在相變點(diǎn)270℃附近αK突然降低，因此，鍛造或沖壓時的工作溫度應(yīng)在250℃以下進(jìn)行為佳。整理ppt2.5超塑性2.5.1超塑性成形的基本特點(diǎn)

1）拉伸試驗(yàn)延伸率可達(dá)百分之幾百，甚至百分之幾千。2）拉伸試驗(yàn)時，試樣均勻變形，在宏觀上不出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。3）拉伸試驗(yàn)時，流動應(yīng)力很低。4）成形過程中基本上沒有加工硬化現(xiàn)象，所以超塑性合金的流動性和填充性好，容易成形。整理ppt2.5.2超塑性的分類1．恒溫超塑性或第一類超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特點(diǎn)也稱之為細(xì)晶超塑性。2．相變超塑性或第二類超塑性，又稱為動態(tài)超塑性或變態(tài)超塑性3．其它超塑性或第三類超塑性。整理ppt微細(xì)晶粒超塑性具有三個條件：①材料具有等軸穩(wěn)定的細(xì)晶組織(通常要求晶粒尺寸在0.5-5m之間)?！愣裕ЯＴ郊?xì)，越有利于出現(xiàn)超塑性。②成形溫度T0.5Tm(Tm為材料熔點(diǎn)的熱力學(xué)溫度)且大多低于普通熱鍛溫度，并要求溫度恒定。③應(yīng)變速率在10-4-10-2s-1的區(qū)間內(nèi)。

1）微細(xì)晶粒超塑性(恒溫超塑性或

第—類超塑性)

整理ppt

這類超塑性并不要求材料具有超細(xì)晶粒，而是在一定的溫度和負(fù)荷條件下，經(jīng)過多次循環(huán)相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變獲得的。相變超塑性的第一個必要條件是材料具備固態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變能力，如某些金屬和合金；第二個必要條件是應(yīng)力作用和在相變溫度區(qū)內(nèi)循環(huán)加熱和冷卻，誘發(fā)反復(fù)的結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生超塑性。

2）相變超塑性(變態(tài)超塑性、轉(zhuǎn)變超塑性或第二類超塑性)

整理ppt

非超塑性材料在一定條件下，會出現(xiàn)短時間的細(xì)而穩(wěn)定的等軸晶粒組織，并能顯示出超塑性。在消除應(yīng)力退火過程中，在應(yīng)力作用下可以得到超塑性。球墨鑄鐵和灰鑄鐵經(jīng)特殊處理也可以得到超塑性。

3）其他超塑性(短暫超塑性或

第三類超塑性)

整理ppt2.4.3細(xì)晶超塑性細(xì)晶超塑性有許多重要特征，歸納起來有以下幾個方面：1．變形力學(xué)特征2．金屬組織特征整理ppt

金屬試樣超塑性拉伸試驗(yàn)時，在載荷達(dá)到最大值以后，隨著應(yīng)變量的增加。載荷緩慢下降。在拉伸過程中，金屬的流動非常穩(wěn)定，幾乎看不到縮頸現(xiàn)象。流動應(yīng)力與真實(shí)應(yīng)變之間的關(guān)系與理想彈塑性體的相類似。流動應(yīng)力與應(yīng)變速率之間的關(guān)系具有牛頓粘性體的特征，即流動應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而上升。從力學(xué)特性上講，超塑性最主要的特性就是材料流動應(yīng)力對應(yīng)變速率的敏感性。

微細(xì)晶粒超塑性的力學(xué)特性

整理ppt

描述這種特性最簡單也最常用的是著名的貝可芬(Backofen)方程

式中，為超塑性流動應(yīng)力；為應(yīng)變速率；m為流動應(yīng)力的應(yīng)變速率敏感性指數(shù)，稱為m值；K為與材料成分、結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)溫度等有關(guān)的常數(shù)。貝可芬(Backofen)方程整理ppt

應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m值是表征超塑性的一個重要指標(biāo)。其物理意義：在m值大的情況下，隨著應(yīng)變速率增大，流動應(yīng)力迅速增大。因此，如果試樣某處出現(xiàn)縮頸的趨勢，此處的應(yīng)變速率就增大，使此處繼續(xù)變形所需的流動應(yīng)力隨之劇增，于是變形只能在其余部分繼續(xù)進(jìn)行。如果再出現(xiàn)縮頸趨勢，同樣由于縮頸部位應(yīng)變速率增加而局部強(qiáng)化，使縮頸傳播到其他部位，從而可獲得巨大的宏觀均勻變形。

m值反映金屬和合金拉伸時抗縮頸的能力，因而是評定金屬和合金是否能呈現(xiàn)超塑性的重要指標(biāo)。對于普通金屬和合金，m=0.02-0.2；對于超塑性材料，一般m=0.3-0.8，某些情況下接近1。

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右圖（a）為在對數(shù)坐標(biāo)中Mg-A1共晶合金的流動應(yīng)力與應(yīng)變速率之間的關(guān)系曲線，呈S形。曲線可分為I區(qū)，II區(qū)和III區(qū)。在I區(qū)內(nèi)，流動應(yīng)力隨應(yīng)變速率變化很大，超塑性發(fā)生在此應(yīng)變速率敏感區(qū)。將式兩邊取對數(shù)后求導(dǎo)可得m=d(1g)/d(1g)，因此，m值是1g-1g曲線上各點(diǎn)的斜率。圖7(b)就是根據(jù)Mg-A1共晶合金的S曲線求得的m-1g關(guān)系曲線。從圖可以看出，在區(qū)域II內(nèi)m0.3，所以這區(qū)域是超塑性變形區(qū)。

整理ppt1.溶解—沉淀理論根據(jù)這種理論，超塑性主要發(fā)生在兩相合金中。當(dāng)合金中一相在另一相中的極限溶解度隨溫度變化時，由于在變形過程中可能產(chǎn)生局部溫度波動，使一些相界上發(fā)生溶解過程，而在另一些相界上發(fā)生沉淀過程。這種特定的物質(zhì)遷移擴(kuò)散過程引起晶粒相互移動，在合適的高溫下，變形速度小則產(chǎn)生超塑性。該理論對于大量晶間滑移、晶粒轉(zhuǎn)動及單相合金的超塑性現(xiàn)象還無法解釋。

2.5.4超塑性變形機(jī)理

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帕烈斯涅哥夫等認(rèn)為，“溶解—沉淀”理論并不能解釋超塑性，因?yàn)橛行┖辖鹬袃上嗟臉O限溶解度并不隨溫度變化，而且在恒溫變形過程中不可能有很大的局部溫度波動。通過對Zn-A1等合金超塑性的研究，提出超塑性與合金的特殊組織狀態(tài)--亞穩(wěn)態(tài)組織有關(guān)。認(rèn)為金屬超塑性變形是組織從亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)態(tài)的過程，把亞穩(wěn)態(tài)相看作一種物質(zhì)的新態(tài)，具有無定型的準(zhǔn)液態(tài)粘性流動特性，變形時產(chǎn)生“準(zhǔn)液態(tài)的擴(kuò)散塑性”。這一理論可以解釋共晶和共析合金的超塑性、冷加工后再結(jié)晶或有序到無序轉(zhuǎn)變引起的超塑性。但不能解釋晶間滑移、單相合金及一些無需淬火的材料超塑性。

2.亞穩(wěn)態(tài)理論整理ppt

N-H（Nabarro-Herring）型擴(kuò)散蠕變理論認(rèn)為，在拉應(yīng)力作用下，空位的化學(xué)勢能產(chǎn)生局部的變化，垂直拉伸軸的晶界處于高位能狀態(tài)，平行拉伸軸的晶界處于低位能狀態(tài)。因此，在拉伸應(yīng)力作用下，必然會引起空位從高位能區(qū)向低位能區(qū)移動

3．?dāng)U散蠕變機(jī)制整理ppt空位的這種移動，引起原子向相反方向的移動，其結(jié)果是，使晶粒沿拉伸軸方向伸長，垂直拉伸軸方向縮短。在應(yīng)力作用下，原子通過晶格按箭頭方向擴(kuò)散，晶粒發(fā)生變形。變形速率與應(yīng)力的關(guān)系可由下式表示

（7.2）式中，a為晶粒形狀常數(shù)(a=5-15)；V為原子體積；DL為晶格內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)；k為波耳茲曼常數(shù)；T為溫度；d為晶粒尺寸。整理ppt這種機(jī)理的特征是：1)流動應(yīng)力和應(yīng)變速率呈線性變化，即m等于1。2)應(yīng)變速率與晶粒尺寸的平方成反比。3)變形過程的激活能是自擴(kuò)散的。

4)變形中晶粒拉長。此理論可以解釋一些材料的蠕變變形，但不能充分解釋超塑性變形，如在蠕變變形中，m值可為1，并且晶粒沿外力方向拉長；而在超塑性變形中，m值一般不大于0.8，變形后晶粒仍保持等軸狀。整理ppt

Ashby和Verral模型由四個六方晶粒所組成(圖7.3)。這組晶粒在垂直方向拉伸應(yīng)力作用下，通過晶界三角點(diǎn)處原子的擴(kuò)散和晶界的滑動，使這組晶粒由初始狀態(tài)(圖7.3(a))演變成中間狀態(tài)(圖7.3(b))。

4．?dāng)U散流動機(jī)制--Ashby-Verral模型整理ppt

Ball和Hutchison提出以位錯運(yùn)動調(diào)節(jié)晶界滑移的超塑性流變模型(圖7.4)。假定兩群晶粒在沿晶界滑移過程中，遇到障礙晶粒，使滑移被迫停止，同時在障礙晶粒內(nèi)引起內(nèi)應(yīng)力以及位錯的產(chǎn)生和運(yùn)動。其結(jié)果是，位錯塞積在接觸的晶界上，當(dāng)障礙晶粒內(nèi)應(yīng)力達(dá)到一定程度時，塞積前端和位借沿晶界攀移而消失，使內(nèi)應(yīng)力得到松弛，晶界滑移恢復(fù)。

5.位錯蠕變機(jī)制整理ppt超塑性變形機(jī)理的小結(jié)超塑性變形主要是一種晶界行為，是多種機(jī)制綜合作用的結(jié)果。如果根據(jù)S曲線(P73)來討論問題，那么在最佳應(yīng)變速率范圍(II區(qū))內(nèi)，變形以晶界滑移為主；隨著應(yīng)變速率降低到I區(qū)，擴(kuò)散蠕變機(jī)制的作用增大；當(dāng)應(yīng)變速率增加到III區(qū)時，位錯蠕變機(jī)制的作用增大[79]。整理ppt1.微細(xì)晶粒超塑性成形1)開式模鍛與普通開式模鍛比較，模具結(jié)構(gòu)基本相同，但需要增加與模具為—體的加熱和保溫裝置。同時，由于應(yīng)變速率要求在較低范圍內(nèi)，不能采用錘和熱模鍛壓力機(jī)，只能用液壓機(jī)。在成形方面，具有充模好、變形力低、組織性能好、變形道次少、彈復(fù)小的特點(diǎn)。用于鋁、鎂、鈦合金的葉片、翼板等薄腹板帶肋件或類似形狀復(fù)雜零件的模鍛。2.5.5超塑性成形的應(yīng)用整理ppt2)閉式模鍛與上述開式模鍛比較，在模具結(jié)構(gòu)上主要區(qū)別是閉式模鍛模不設(shè)飛邊槽。因而，鍛造時，模腔內(nèi)的壓力也就是靜水壓力，遠(yuǎn)高于開式模鍛。這樣，模腔更容易充滿，而且，鍛件無飛邊，可基本上作到無屑加工，成形件的精度也更高。這種模鍛的脫模稍困難一些，它可用于難成形材料形狀復(fù)雜零件的成形，如鈦合金渦輪盤鍛造。3)反擠壓超塑性反擠壓的成形精度高，表面質(zhì)量好。主要用于成形筒體、殼體件與鋅基合金和合金鋼的模具型腔。與冷擠壓相比，可大幅度降低成形載荷。整理ppt4)氣壓成形金屬在常溫狀態(tài)下的液壓脹形，由于受材料塑性的限制，較難用于成形復(fù)雜的殼體零件。超塑性脹形工藝用氣體作為加壓介質(zhì)，利用超塑性材料低的流動應(yīng)力和高達(dá)百分之?dāng)?shù)百的伸長率及良好的復(fù)制性，可以成形鈦合金、鋁合金、鋅合金的形狀復(fù)雜的殼體零件，已應(yīng)用于航空航天器制造業(yè)、機(jī)電工業(yè)、工藝美術(shù)品加工業(yè)等許多領(lǐng)域。這種工藝通常只需要一個凹?；蛲鼓＃c普通沖壓成形相比可以減少成形工序和工裝套數(shù)。整理ppt5)氣壓脹形／擴(kuò)散連接復(fù)合工藝

(SPF／DB)

實(shí)驗(yàn)證明，金屬材料在超塑性狀態(tài)下具有良好的擴(kuò)散連接性能。這一性能與超塑性氣壓脹形結(jié)合就形成了超塑性氣壓脹形/擴(kuò)散連接復(fù)合工藝，即SPF/DB。這種工藝的用途是成形夾層結(jié)構(gòu)件，主要用于鈦合金和鋁合金的飛機(jī)與航天器結(jié)構(gòu)件成形。實(shí)際上，這是迄今為止超塑性成形應(yīng)用最成功的方面之一。整理ppt§2.5金屬塑性變形的溫度——速度效應(yīng)2.5.1塑性變形熱力學(xué)條件變形程度，變形溫度與變形速度2.5.2變形中的熱效應(yīng)及溫度效應(yīng)整理ppt2.6.1變形溫度

塑性變形時金屬所具有的實(shí)際溫度，稱為變形溫度，它與加熱溫度是有區(qū)別的。變形溫度既取決于金屬變形前的加熱溫度，又與變形中能量轉(zhuǎn)化而使金屬溫度提高的溫度有關(guān)，同時又與變形金屬同周圍介質(zhì)進(jìn)行熱交換所損失的溫度有關(guān)。

整理ppt2.5.1變形速度

變形速度為單位時間內(nèi)變形程度的變化即：

式中——變形速度；

——變形程度。要考慮加工硬化和溫度效應(yīng)兩方面的作用（秒-1）

塑性變形速度，1/秒ⅠⅡ圖5-18變形速度對塑性的影響整理ppt2.5.2變形中的熱效應(yīng)及溫度效應(yīng)

所謂“熱效應(yīng)”是指變形過程中金屬的發(fā)熱現(xiàn)象，熱效應(yīng)可用發(fā)熱率來表示：

式中——發(fā)熱率；

AT——轉(zhuǎn)化為熱的那部分能量；

A——使物體產(chǎn)生塑性變形時的能量。塑性變形過程中因金屬發(fā)熱而促使金屬的變形溫度升高的效果，稱為溫度效應(yīng)，用表示：式中T1——變形前金屬所具有的溫度；

T2——變形后因熱效應(yīng)的作用金屬實(shí)際具有的溫度。整理ppt1）影響溫度效應(yīng)的因素2）變形溫度效應(yīng)的的后果有利作用不利作用整理ppt2.6金屬的變形抗力1）應(yīng)力-應(yīng)變曲線2）影響變形抗力的因素化學(xué)成份的影響組織結(jié)構(gòu)的影響晶粒大小結(jié)構(gòu)變化單組織和多組織應(yīng)力狀態(tài)的影響變形程度的影響變形溫度的影響變形速度的影響加載路徑的影響整理ppt變形抗力---金屬抵抗變形之力變形力---塑性加工時使金屬發(fā)生塑性變形的外力變形抗力和塑性是兩個不同的概念，塑性反映材料變形的能力，變形抗力則反映材料變形的難易程度。變形抗力的大小，不僅決定于材料的真實(shí)應(yīng)力(流動應(yīng)力)．而且也決定于塑性加工時的應(yīng)力狀態(tài)、接觸摩擦以及變形體的尺寸等因素。只有在單向拉伸(或壓縮)時，變形抗力等于材料在該變形溫度、變形速度、變形程度下的真實(shí)應(yīng)力。因此,離開具體的加工方法所決定的應(yīng)力狀態(tài)、接觸摩擦等因素就無法評論金屬和合金的變形抗力。2.6金屬的變形抗力整理ppt2.6.1真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線1.拉伸圖和工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸圖(工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線)條件應(yīng)力(名義應(yīng)力)σ=P/F0條件應(yīng)變(工程應(yīng)變,相對伸長)ε=△l/l0p點(diǎn)—比例極限點(diǎn)e點(diǎn)—彈性極限點(diǎn)σs—屈服極限σb—強(qiáng)度極限整理ppt2.拉伸和壓縮試驗(yàn)曲線的比較

對于一般金屬材料，拉伸和壓縮試驗(yàn)曲線在小彈塑性變形階段基本重合，但在大塑性變形時將有顯著差別。一般應(yīng)變量ε不超過10％時，可認(rèn)為兩者一致。對于一般金屬材料，在變形不大的情況下，用單向拉伸試驗(yàn)代替壓縮試驗(yàn)進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計是偏于安全的，但對于拉伸與壓縮曲線有明顯區(qū)別的材料(如鑄鐵、混凝土等)，則需要另作專門的研究。低碳鋼拉伸和壓縮試驗(yàn)曲線的比較整理ppt3.包申格效應(yīng)(Bauschingereffect)

因反向加載引起屈服應(yīng)力降低的現(xiàn)象.在一般塑性理論中都不考慮這一效應(yīng)，它會給處理塑性理論問題帶來很大的因難。但當(dāng)在生產(chǎn)中遇到材料經(jīng)受變向加載時，應(yīng)充分注意。包申格效應(yīng)可用緩慢退火消除.包申格效應(yīng)整理ppt二拉伸真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(硬化曲線)按應(yīng)變表示方法的不同，可分為三種形式:

真實(shí)應(yīng)力s和相對伸長ε組成的曲線，真實(shí)應(yīng)力s和斷面收縮率φ組成的曲線，真實(shí)應(yīng)力s和對數(shù)應(yīng)變?

組成的曲線。1.真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變真實(shí)應(yīng)力(流動應(yīng)力):s=P/F,P—載荷,F—試樣瞬時橫截面積真實(shí)應(yīng)力不同于條件應(yīng)力,是某一瞬時試樣的真正應(yīng)力.

相對伸長ε和斷面收縮率φ

都是條件應(yīng)變.真實(shí)應(yīng)變:真實(shí)相對伸長(對數(shù)應(yīng)變,自然應(yīng)變)?和真實(shí)斷面收縮率φ?整理ppt

出現(xiàn)頸縮之前,拉伸試樣處于均勻拉伸變形階段,各種應(yīng)變之間的關(guān)系如下:

F0l0=Fl

?=ln(l/l0)=ln(F0/F)=-φ

?=ln(l/l0)=ln(1+ε)

ε=φ/(1-φ)整理ppt2.真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線的作法把條件應(yīng)力－相對伸長曲線（σ-ε曲線）上的條件應(yīng)力σ換算成真實(shí)應(yīng)力s，便可作出真實(shí)應(yīng)力－相對伸長曲線（s-ε曲線）.S=P/F=P(1+ε)/F0=σ(1+ε)以σ-ε曲線為基礎(chǔ)，還可以作出s-φ曲線s-ε曲線與s-φ曲線，這兩種真實(shí)應(yīng)力－條件應(yīng)變曲線，只適用于均勻拉伸階段，即試樣頸縮以前的階段．整理ppt

由于對數(shù)應(yīng)變反映試樣的真實(shí)變形程度，普遍采用對數(shù)應(yīng)變表示的真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線（s-?曲線)

σ-ε曲線(b)s-?曲線真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線整理ppt三壓縮真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線

拉伸試驗(yàn)時最大應(yīng)變量受到頸縮的限制，壓縮試驗(yàn)可以獲得大應(yīng)變量下的真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線(a)圓柱形試樣（b)壓縮試驗(yàn)利用下式求真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線：?＝ln(H0/H)S=P/F=P/(F0e?)式中：?,s—壓縮時對數(shù)應(yīng)變，真實(shí)應(yīng)力H0,H—試樣原始高度和壓縮后高度F0,F---試樣原始截面積和壓縮后截面積P—壓縮時載荷整理ppt四變形體的模型（應(yīng)力－應(yīng)變曲線的簡化形式）（１）理想彈塑性體模型理想彈塑性模型該模型沒有考慮材料的強(qiáng)化，0A是彈性階段，A