金属塑性变形与轧制理王淑平金属塑性变形时应力和变形的不均匀性

1、6 金属塑性变形的不均匀性金属塑性变形的不均匀性6.1 一般概念一、均匀变形和不均匀变形一、均匀变形和不均匀变形 物体不仅在高度方向上变形均匀，并且在宽度方向上（从而也是在长度方向上）变形也均匀时，称为均匀变形。反之为不均匀变形。 由外力作用所引起的应力叫做基本应力。二、基本应力、附加应力、工作应力、残余应力 由于物体内各层的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起其间相互平衡的应力叫做附加应力。（1）基本应力）基本应力（2）附加应力）附加应力表示这种应力分布的图形叫基本应力图。 图6-1 在凸形轧辊上轧制矩形坯的情形la-若边缘部分自成一体时轧制后的可能长度；lb-若中间部分自成一体时轧制后的

2、可能长度；l-整个轧件轧制后的实际长度（3）工作应力）工作应力 基本应力与附加应力的代数和即为工作应力。（4）残余应力）残余应力 塑性变形结束后附加应力仍残留在变形物体中时，这种应力即称之为残余应力。 1)当附加应力等于零时，则基本应力等于工作应力 2)当附加应力与基本应力同号时，则工作应力的绝对值大于基本应力的； 3)当附加应力与基本应力异号时，则工作应力的绝对值小于基本应力的。6.2 变形及应力不均匀分布的原因 引起变形及应力不均匀分布的原因主要有接触接触面上的外摩擦面上的外摩擦、变形区的几何因素变形区的几何因素、工具和变工具和变形体的轮廓形状形体的轮廓形状、变形物体的外端、变形体内变形物

3、体的外端、变形体内温度不均匀分布温度不均匀分布、金属本身性质的不均匀金属本身性质的不均匀等等 下面分别讨论这些因素对变形及应力分布的影响。 一、 接触面的外摩擦图6-2 镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响 表示由于摩擦影响而产生的难变形区难变形区； 表示与外作用力约成45的最有利方位的易变易变形区形区； 表示变形程度居于中间的自由变形区自由变形区。 由于不均匀变形的结果，在区及区内产生附附加拉应力加拉应力 在区内的附加拉应力一般说来没有危险，因为在该区内主要是三向压应力状态图示。 在区由于附加拉应力作用的结果，使应力状态图示发生了变化：环向（切向）出现拉应力，并且越靠近外层越大；径向压缩应力减

4、弱，并且越靠近外层越小。镦粗有时在侧面出现裂纹，即为此环向拉应力作用的结果。图6-3 切向附加拉应力引起的纵裂纹二、变形区的几何因素二、变形区的几何因素 当H/d2.0，即压缩低件时，将产生单鼓的不均匀变形； 当H/d2.0，即压缩高件时，将产生双鼓的不均匀变形。 在镦粗试件时:图6-4 当镦粗高件时不同区域的变形分布情况三、工件和工具的轮廓形状三、工件和工具的轮廓形状 加工工具和物体的轮廓形状，其影响实质实质是造成某方向上所经受的变形量不一致，从而使物体内的变形与应力分布不均匀。 图6-5 沿孔型宽度上延伸分布图例例1：椭圆孔型中轧制矩形件椭圆孔型中轧制矩形件 例例2：当轧辊轴线安装不平行时

5、，若轧制窄扁钢，若轧制宽带钢时，会出现什么现象？例例3：把一块矩形铅板两边向里弯折，然后在平辊上轧制。根据弯折部分的宽度不同轧后会出现什么结果？ 第一种结果第一种结果是中部出现破裂。图6-7 中部周期性破裂 第二种结果第二种结果是折迭部分宽度逐渐变小，使得中间受的拉应力减小，两边受的压应力增加，但拉应力未引起金属破裂，近似为等强度。 第三种结果第三种结果是边缘部分产生皱纹（浪形）。 图6-8 边部在附加压应力作用下产生皱纹（浪形）示意图四、变形体温度分布不均匀四、变形体温度分布不均匀例：例：在轧钢生产中，由于加热不足而造成钢坯的上面温度高，下面温度低现象。由于上部金属比下部金属延伸大而造成的由

6、于上部金属比下部金属延伸大而造成的弯曲现象弯曲现象五、变形物体的外端五、变形物体的外端 变形物体的外端，是指在变形过程中某一瞬间不直接承受工具作用而处于变形区以外的部分。外端又称外区或刚端。 外端的强迫拉齐作用，使纵向变形不均匀性减小。横向变形不均匀性增加。矩形坯在平辊间轧制后，其长度上两端部分宽展特别大，且端部略为凸出。 6.3 变形及应力不均匀分布所引起的后果及克服措施一、一、 变形及应力不均匀分布的后果 （1）使单位变形力增大 （2）使塑性降低 （3）使产品质量降低 （4）工具磨损不均匀，操作技术复杂 二、减轻应力及变形不均匀分布的措施 （1）正确选定变形的温度-速度制度 （3）合理设计加工工具形状 （4）尽可能保证变形金属的成分及组织均匀 （2）减少金属表面上的外摩擦一、残余应力所引起的后果一、残余应力所引起的后果6.4 残余应力 （1）使物体发生不均匀的塑性变形 （2）缩短了零件的使用寿命 （3）物体的尺寸、形状发生变化 （4）降低金属的耐蚀性 二、 减轻或消除残余应力的措施 （1）变形