精整工课件含习题及答案

应力图示和变形图示,塑性变形的基本定律,塑性加工中的外摩擦,金属的塑性与变形抗力,不均匀变形,轧制过程的基本问题,实现轧制过程的条件,轧制时的宽展与前滑,轧制压力与轧制力矩,一、应力状态及应力图示,1、塑性加工的力,1）外力：,作用力-塑性加工设备可动工具部分对工件所作用的力。,约束反力阻碍金属质点运动的力。有正压力和摩擦力两种：T=fN,2）内力和应力,内力-由于外力的机械作用或是由于物理或物理-化学作用所产生的一种物体内部各部分之间的相互作用力。,图1-4加热不均引起的内力,应力-单位面积上所作用的内力。,MPa=N/mm2,作用在微小面积上的力,全应力,正应力,切应力,说明：,1、仅当截面上应力均匀分布时，作用在截面上的总内力与该截面面积之比才是实际应力；,2、当截面上的应力不均匀分布时，此比值乃是平均应力，这时截面上的实际应力需用上式来计算。,2、应力状态及应力图示,1）一点的应力状态,所谓物体处于应力状态，就是物体内的原子被迫偏离其平衡位置的状态。,2）研究金属的应力状态的意义,金属内部的应力状态，决定了金属内部各质点所处的状态是弹性状态、塑性状态还是断裂状态。而一切压力加工的目的均是在外力的作用下，使金属产生塑性变形，获得所需要的各种形状和尺寸的产品。因此，了解各种压力加工中金属内部的应力状态特点，对于确定物体开始产生塑性变形所需的外力，以及采用什么样的工具与加工制度，使力能的消耗最小等方面都具有重要的实际意义。,3）主应力的相关概念,主平面：只有正应力而无切应力的平面。主轴：与主平面法线方向平行的坐标轴。主应力：主平面作用的正应力。,规定:三个主应力大小，按代数值进行排列，即：123,4）主应力图示,用各主轴方向上主应力的存在及方向情况来表达变形体内某点应力状态的定性图。,填空题：155.应力状态可分为线应力状态、平面应力状态和。,可能的应力状态图示a线应力状态；b面应力状态；c体应力状态,二、主变形图示,1、变形,弹性变形：物体受外力作用而产生变形，当外力去除后，物体能够恢复的变形称为塑性变形。,塑性变形：物体受外力作用而产生变形，当外力去除后，物体不能够恢复其原始形状和尺寸，遗留下了不可恢复的永久变形，这种变形称为塑性变形。,图1-2原子间的作用力和图1-3理想晶体中的能同原子间距(r)的关系原子排列及其势能曲线,（3）rro时原子间作用的内力表现为斥力若压缩原子使rro，所加之力或能必须克服原子间的斥力或排斥能。,由上述可得到：,（1）r=ro时原子的斥力和引力相等内力为零，原子势能最低，原子处于最稳定位置,（2）rro时原子间作用的内力表现为引力若拉开原子使rro，所加之力或能必须克服原子间的引力或吸引能。,（4）弹性变形,所加之力或能不足以克服势垒，仅使原子被迫离开平衡位置，而处于不稳定状态。此时，去掉所加的力后，原子回到原来的平衡位置，变形也就消失。,特点：原子间距改变、原子间势能升高、物体的体积发生变化（变化不大）,（5）塑性变形,所加之力或能足以克服势垒，而使大量的原子多次地、定向地从一个平衡位置转移到另个平衡位置。这样在宏观上就产生了不能复原的永久变形,特点：形状和尺寸改变，但体积不变,反映变形区主变形情况的定性图称为主变形图示。,2、主变形图示的概念,规定：拉伸时箭头向外指；压缩时箭头向里指。,3、主变形图示的种类,（2）一向伸长一向缩短。又称平面变形图示。如宽度较大的板带轧制,（1）一向缩短两向伸长。例如有宽展情况的轧制和自由锻压。,（3）两向缩短一向伸长。如挤压和拉拔。,三种可能的变形图示（a）变形方式；（b）变形图示,变形力学图示是应力状态图示和变形图示的组合。,实际变形力学图只有23种组合方式。,三、变形力学图示,四、应力图示与变形图示之间的关系,应力图示与变形图示的符号往往不一致。,从各主应力中把扣除，余下的应力分量与塑性变形相对应。,即：变形图示符号与符号相对应。,与主变形相对应的应力图示,一、判断题58.金属塑性变形是金属与合金在外力作用下产生塑性变形的过程。()答案：106.一种变形力学图示对应一种加工方式。()答案：113.轧钢是压力加工方法的其中一种。()答案：154.一切材料都因外力作用而产生变形。（）答案：,三、填空题53.金属材料受不同载荷作用而发生的_的变化称为变形。答案：几何形状和尺寸55.金属的变形一般分为_变形和塑性变形。答案：弹性56.金属由弹性变形过渡到塑性变形主要取决于金属的机械性能和所受的_。答案：应力状态111.金属的变形方式有和。答案：弹性变形、塑性变形,一、体积不变定律,1、内容：,根据体积不变条件，则:,在压力加工过程中，只要金属的密度不发生变化，变形前后金属的体积就不会产生变化。,设矩形坯料的高、宽、长分别为H、B、L，轧后轧件的高、宽、长分别为h、b、l,矩形断面工件加工前后的尺寸,（1）确定轧制后轧件的尺寸。,2、应用：,轧505角钢，原料为连铸方坯，其尺寸为1201203000mm，已知505角钢每米理论重3.77kg，密度为7.85t/m3，计算轧后长度为多少？,解：坯料体积:V0=1201203000=4.32107mm3505角钢每米体积为:3.77/（7.85103109）=480103mm3由体积不变定律可得：4.32107=480103L故轧后长度L90m,（2）选择合理的坯料尺寸。,（3）是连轧关系的基础。,在连轧生产中，为了保证每架轧机之间不产生堆钢和拉钢，则必须使单位时间内金属从每架轧机间流过的体积保持相等，即,二、最小阻力定律,1、内容：,物体在变形过程中，其质点有向各个方向移动的可能时，则物体内的各质点将沿着阻力最小的方向移动。,叙述1:,叙述2：,金属塑性变形时，若接触摩擦较大，其质点近似沿最法线方向流动，也叫最短法线定律。,叙述3：,金属塑性变形时，各部分质点均向耗功最小的方向流动，也叫最小功原理。,（1）利用最小阻力定律分析小辊径轧制的特点。,在压下量相同的条件下，对于不同辊径的轧制，其变形区接触弧长度是不相同的，小辊径的接触弧较大辊径小，因此，在延伸方向上产生的摩擦阻力较小，根据最小阻力定律可知，金属质点向延伸方向流动的多，向宽度方向流动的少，故用小辊径轧出的轧件长度较长，而宽度较小。,轧辊直径对宽展的影响,（2）为什么在轧制生产中，延伸总是大于宽展？,其次，由于轧辊为圆柱体，沿轧制方向是圆弧的，而横向为直线型的平面，必然产生有利于延伸变形的水平分力，它使纵向摩擦阻力减少，即增大延伸，所以，即使变形区长度与轧件宽度相等时，延伸与宽展的量也并不相等，延伸总是大于宽展。,首先，在轧制时，变形区长度一般总是小于轧件的宽度，根据最小阻力定律得，金属质点沿纵向流动的比沿横向流动的多，使延伸量大于宽展量；,例：矩形六面体的镦粗,塑压矩形断面柱体变化规律,判断金属变形后的横断面形状,三、弹塑性变形共存定律,1、内容：物体在产生塑性变形之前必须先产生弹性变形，在塑性变形阶段也伴随着弹性变形的产生，所产生的总变形量为弹性变形和塑性变形之和。,用来选择工具,2、应用：,（1）对轧件、轧辊的要求:,要求轧件具有最大程度的塑性变形，而轧辊则不允许有任何塑性变形。,（2）对轧件、轧辊的选择:,选择弹性极限高，弹性模数大的轧辊，选择变形抗力小，塑性好的轧件。,轧件轧制后的高度h应等于轧制前事先调整好的辊缝高度h0，轧制时轧辊的弹性变形hn和轧制后轧件的弹性变形hM之和。,即：,计算轧件轧制后的高度,由于弹塑性共存，轧件的轧后高度总比预先设计的尺寸要大,轧辊及轧件的弹性变形图,一、判断题94.体积不变定律是指除铸造金属外的轧件，轧制前后体积不变的客观规律。()答案：,二、选择题209.轧制变形区内金属的纵向、横向流动将遵循()定律。A体积不变定律B最小阻力定律C剪应力D秒流量一致答案：B,四、计算题16.用1201201300mm方坯轧成10mm圆钢，问轧出的圆钢长度是多少？(不考虑烧损)答案：解：由体积不变定律：1201201300=1/43.14102ll238.47(m)答：圆钢长度大约为238m。17.用120mm120mm1400mm方坯轧成25mm的圆钢，若加热时有2%的烧损，问轧出的圆钢长度是多少？答案：解：由体积不变定律：1201201400(1-2%)=(1/4)3.14252ll40.268(m)答：圆钢长度大约为40m。,19.圆管坯的直径为80mm，长度为700mm，经穿孔后毛管规格外径为82mm，壁厚8mm，毛管长度应为多少？答案：解：由体积不变定律：1/43.14802700(1-2%)1/43.14822-(82-82)2ll1.85(m)答：毛管长度为1.85m。,一、塑性加工中摩擦的特点,1、与机械摩擦相比特点如下:,(1)工具与工件接触面上的单位压力大。(2)接触表面不断更新和扩大。(3)接触表面温度较高。(4)作为摩擦对的工具与工件性质差别大。,2、摩擦理论:,可分为三种基本类型：干摩擦、液体摩擦和边界摩擦。,干摩擦理论,1.干摩擦定义：指工件与工具接触面间没有任何其它介质和薄膜，仅是其金属与金属之间的摩擦。,2.干摩擦理论：机械摩擦理论、粘着摩擦理论和分子机械摩擦理论。,（1）机械摩擦理论T=fN=fnFH或T/FH=f=fn,（2）粘着摩擦理论T=Fzb,（3）分子机械摩擦理论T=FzN或f=Fz/N+,1.液体摩擦定义：,2.液体动压润滑理论,（1）液体摩擦定律：各流层因相对运动而产生的摩擦力称为内摩擦力。此内摩擦力Tt与层间接触面积S及相对速度dv成正比，而与层间距离dz成反比，即,Tt=s,或t=,液体摩擦理论,工具与工件的接触面间被润滑油完全隔开，两表面的相对滑动阻力只与液体的性质和速度梯度有关，而与接触面状态无关时，这种摩擦称为液体摩擦。,（2）雷诺方程：雷诺方程是液体动压润滑理论基础。它是从粘性流体力学的基本方程出发作了一定的假设而导出的微分方程。,边界摩擦理论,2.边界摩擦理论,在此摩擦条件下，接触面上的摩擦力显然比液体摩擦大，而比干摩擦小。影响边界摩擦的主要因素，是边界润滑膜的性质和它与金属表面的结合强度，如吸附能力越强，则效果将更为显著。因此，接触表面的压力、温度等是选择合适润滑膜的重要条件。,1.边界摩擦定义：工具与工件的接触面间仅存在厚度小于1m的润滑剂吸附层的润滑摩擦称为边界摩擦或吸附摩擦。,二、塑性加工中摩擦的作用,1、有利的方面,在轧制时正是由于摩擦的作用才使轧件被轧辊咬入。而且在轧制过程中也需要一定的摩擦力来维持稳定轧制阶段的正常进行。因此在轧制过程中摩擦是必不可少的。,2、摩擦引起的不良后果,1.工具表面状态和材质的影响2.金属化学成分的影响3.加工温度的影响4.加工速度的影响5.润滑剂种类的影响6.压下率的影响7.其它因素的影响,三、影响摩擦系数的主要因素,1、工具材质和表面状态的影响,f钢轧辊f铁轧辊,初轧：轧辊表面刻痕或堆焊,冷轧：工艺润滑,2、材料的化学成分和表面状态的影响,f,f,3、变形温度的影响,4、变形速度的影响,5、接触表面单位压力的影响,1、热轧时摩擦系数的确定,艾克隆德公式：,上式中:K1轧辊材质影响系数：钢轧辊=1.0，铸铁轧辊=0.8；K2轧制速度影响系数，可按实验曲线图确定。K3轧件材质影响系数，可据实验数据选取；t轧制温度（7001200之间适用）。,四、摩擦系数的确定方法,2、冷轧时摩擦系数的确定,式中K润滑剂的种类与质量的影响系数，,V轧制速度，米秒。,3、摩擦系数的测定方法,1.最大咬入角法：,根据便可求出而,2.轧件强迫制动法,在轧件后端作用一制动力Q，强迫轧件在转动的轧辊间停下来，在开始打滑瞬间测定制动力Q和轧制力P。,式中在计算中常取=,3.轧制力矩法,测定前滑为零时的纯轧力矩M和轧制力P，按下式计算：,4.圆环镦粗法,五、减少摩擦的技术措施,一）工具材料和表面状态,1.对于使用条件苛刻的加工工具如拉丝模常使用硬的、与工件金属难以粘着的硬质合金或金刚石；,2.一般工具材料表面上复以硬的并难以和工件金属粘着的物质如镀硬质铬、用钛或钒的碳化物做皮膜等；,3.在塑性冷加工时，工具表面应进行精加工，而且在使用中时常要进行再研磨以去掉粘着层。,二）材料的形状和表面状态,3.工具的表面精酸洗和抛丸使之有微细的凹坑以贮存润滑剂。,2.工具和工件间适当留有间隙以便多含润滑剂或在坯料的表面设计成凹面以便多贮润滑剂；,1.坯料精加工前应进行合理的预成形，精加工道次工件的变形量适当减小。,三）润滑剂,1.固体与熔体润滑剂,在接触表面用液体不能形成很厚的润滑层以及加工温度较高时由于油的分解、蒸发、燃烧和失去粘度的情况下，使用固体和熔体润滑剂。,（1）固体润滑剂一般说来凡剪切强度比工件金属小的任何物质，原则上都可以作为固体润滑剂。,（2）熔体润滑剂钢铁材料及一些合金，在热锻和热挤压过程常用玻璃作为润滑剂。,2.液体润滑剂,（1）优点：,价格便宜；易涂布；破裂的润滑膜易修复；对工具有冷却作用；制品表面光整等。,（2）分类：,矿物润滑油；动植物润滑油；合成润滑油。,一、判断题234.含铜，镍和高硫的钢使摩擦系数升高。()答案：二、选择题178.热轧温度范围内，随变形温度提高，摩擦系数将()。A增加B降低C不变答案：B三、填空题36.钢轧辊的摩擦系数比铸铁轧辊的摩擦系数要_些。答案：大,1、塑性的概念,塑性：塑性是指金属在外力作用下，能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力。,柔软性：柔软性反映材料抵抗变形的能力。它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易程度。,区别：金属的塑性与其柔软性之间没有必然的联系。,变形抗力小的金属塑性就好，变形抗力大的金属塑性就差。,一、塑性的概念及指标：,室温下的铅，塑性很高而变形抗力又小。,例如：,过热和过烧的金属与合金，其塑性很小，甚至完全失去塑性变形的能力，而变形抗力也很小；,室温下奥氏体不锈钢的塑性很好，能经受很大的变形而不破坏，但它的变形抗力却非常大；,2、塑性的指标,金属塑性的大小，用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。主要指标有：,表示金属与合金塑性变形性能的主要指标有：,金属塑性的测定方法,测定金属塑性的方法最常用的有机械性能试验方法和模拟试验法两大类。,（1）机械性能试验法,1）拉伸试验：是在材料试验机上进行的。,在拉伸试验中可确定延伸率和断面收缩率两个塑性指标，这两个指标越高，说明金属的塑性越好。,2）扭转试验：是在专用的扭转试验机上进行的。,试验时，将圆柱形试样的端固定，另一端扭转，用破断前扭转的转数（n）表示塑性的大小。,图5-1W18Cr4V高速钢破断前扭转转数与试验温度的关系,3）冲击弯曲试验。,当变化不大或有所降低而值显著增大，这表明是由塑性急剧增高而引起的；而在值较高的温度范围内值很高，则不能证明在此度范围内塑性最好。,冲击韧性值不完全是一种塑性指标，它是弯曲变形抗力和试样弯曲挠度的综合指标。,式中H试样的原始高度，mm。h试样的变形后高度，mm。,（2）模拟试验法,1）顶锻试验：也称镦粗试验,是将圆柱形试样在压力机或落锤上镦粗，把试样侧面出现第条可见裂纹时的变形量，作为塑性指标即,2）楔形轧制试验,一种是在平辊上将楔形试样轧成扁平带状。,另一种方法是在偏心辊上将矩形轧件轧成楔形。,轧后观察测量首先出现裂纹处的变形量(h/H）此变形量就表示塑性大小。,根据厚度变化的楔形件最初出现裂纹处的变形量h/H来确定其塑性大小。,塑性指标与变形温度关系的曲线图，称之为塑性图。,（1）定义,（2）用途,1）由热拉伸、热扭转等机械性能试验法测绘的塑性图，可确定变形温度范围；,2）由顶锻和楔形轧制的塑性图，不仅可以确定变形温度范围，还可以分别确定自由锻造和轧制时的许用最大变形量。,3、塑性图,W18Cr4V高速钢的塑性图,GHl30合金塑性图,1、金属的化学成份与组织状态：,化学成份:,二、塑性的影响因素及提高途径：,（1）铁、硫、锰,化学纯铁具有很高的塑性，工业纯铁在9000C左右时，塑性突然下降。,硫是钢中有害杂质，易产生“红脆”现象,锰可提高钢的塑性，但锰钢对过热的敏感性强，在加热过程中晶粒容易粗大，使钢的塑性降低。,各种硫化物和共晶体熔点,（2）碳,碳在碳钢中含碳量越高，塑性越差，热加工温度范围越窄。当C0.5%时，对塑性不利，Si2.0%时,钢的塑性降低，Si4.5%时，在冷状态下塑性很差。,铝对钢的塑性有害。,（7）磷,钢中P钢中白点是指钢的表面产生撕裂的一种现象。()答案：57.金属产生塑性变形而不破坏其完整性的能力为金属的塑性。()答案：59.金属延伸率百分数越大，塑性越好。()答案：138.一般说来，金属的伸长率与断面收缩率越大，其塑性越好。()答案：,一、判断题221.纯金属及其固溶体的塑性很低，而金属化合物的塑性较好。()答案：229.钢材的变形抗力与化学成份无关。()答案：230.钢的冷脆是钢中磷与铁形成的磷化三铁所致。()答案：236.金属塑性和韧性是一个概念。()答案：263.一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（）答案：,二、选择题8.金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破裂的能力称为（）A弹性B塑性C韧性答案：B41.磷使钢产生()。A冷脆B热脆C对脆性无影响答案：A42.硫使钢产生()。A冷脆B热脆C对脆性无影响答案：B76.轧制产品要进行检验，其中表示钢材的塑性好坏的指标是()。A屈服强度B弯曲度C延伸率答案：C,二、选择题78.金属的塑性和其柔软性的关系是()。A金属的塑性与其柔软性之间没有必然的联系B塑性提高，柔软性增加C塑性降低，柔软性增加答案：A81.金属的柔软性是不同的，它是金属()一种表示。A变形抗力B塑性C韧性答案：A129.产生白点的主要原因是钢中存在()。A氢气B磷C硫答案：A147.钢中的()是产生白点的主要原因。A氧气B氢气C二氧化碳D氮气答案：B,169.硫是钢中的有害杂质，当硫化物熔化时，在变形时引起开裂，即产生()现象。A蓝脆B红脆C冷脆答案：B179.随碳素钢的含碳量增加，其变形抗力()。A减小B增大C不变答案：B185.通常纯金属与其合金比较，变形抗力要()。A增大B相同C减小答案：C202.引起钢在热加工开裂的元素是()。AHBSCPDO答案：B205.在碳钢中，蓝脆区温度范围是()。A-200B200400C800950答案：B,三、填空题24.对钢加热的目的是为了提高钢的塑性，减少钢的_，消除应力。答案：变形抗力28.钢材断裂时，断口面积比原来截面缩小的百分率称为_。答案：断面收缩率54.金属材料在受力破坏前可以经受永久变形的性能称为_。答案：塑性80.通常用某一变形条件下的单向应力状态时的_极限作为材料的变形抗力指标。答案：屈服84.一般的碳钢中的含碳量增加，其_降低。答案：塑性,三、填空题104.钢中磷含量增高时会引起钢在低温下的韧性、塑性。答案：降低、降低105.钢中硫含量高时，会引起钢在热加工时的现象，即所说的。答案：开裂、热脆性206.硫是碳钢中的有害元素，它能使钢的下降。答案：脆性?,五、综合题41.金属的塑性大小和哪些因素有关？答案：金属的塑性和以下因素有关：(1)金属的化学成分和组织：金属的化学成分越单纯，其塑性越好；相反，化学成分越复杂，其塑性越低。例如纯金属的塑性最好，低碳钢的塑性比高碳钢的塑性好，而合金钢因所含化学成分较多，它的塑性通常最差。从组织状态看，组织不均匀的金属塑性较低，例如钢锭的组织很不均匀，故它的塑性比钢坯的塑性差的多。(2)变形温度：金属在变形时本身的温度称为变形温度。一般在变形时本身的温度称为变形温度。一般情况是，变形温度高，金属的塑性也高，故金属常在高温下进行变形。但金属的温度不可过高，否则将引起晶粒的过份长大，反面使塑性降低。(3)变形速度：金属在接受变形时，若变形进行的较快，往往引起塑性的降低。,金属变形时体内变形分布不均匀，不但使物体外形歪扭和内部组织不均匀，而且还使变形体内应力分布不均匀。此时，除基本应力外还产生附加应力。,一、不均匀变形的概念,由外力作用所引起的应力叫做基本应力。,基本应力在负荷卸除后即行消失。,1、基本应力：,由于物体内各处的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起的其间相互平衡的应力叫做附加应力。,附加应力在塑性变形结束后仍残留在变形物体中。,几种应力的概念:,2、附加应力：,附加应力符号的判断：,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可能长度；l-整个轧件轧制后的实际长度,塑性变形结束后仍残留在变形物体中的附加应力称为残余应力。,基本应力与附加应力的代数和即为工作应力。,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值。,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值。,3、残余应力：,4、工作应力：,当附加应力等于零时，则基本应力等于工作应力。,二、不均匀变形的原因,引起变形及应力不均匀分布的原因主要有接触面上的外摩擦、变形区的几何因素、工具和变形体的轮廓形状、变形物体的外端、变形体内温度不均匀分布、金属本身性质的不均匀等等,1、接触面上的外摩擦,：受摩擦影响最大的难变形区。：与外作用力约成45最有利方位的易变形区。：变形程度居于中间的自由变形区。,图6-2镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响,由于不均匀变形的结果，在区及区内产生附加拉应力:,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，且越靠近外层越大；径向压缩应力减弱，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。,切向附加拉应力引起的纵裂纹,2、变形区的几何因素,在镦粗试件时:,当H/d2.0时，将产生单鼓的不均匀变形；,当H/d2.0时，将产生双鼓的不均匀变形。,当镦粗高件时不同区域的变形分布情况,3、工件和工具的轮廓形状,加工工具和物体的轮廓形状，其影响实质是造成某方向上各部分所经受的变形量不一致，从而使物体内的应力分布不均匀。,中部：附(+)开裂,两边：附(-)皱折（波纹）,沿孔型宽度上延伸分布图,例1：椭圆孔型中轧制矩形件,例2：当轧辊轴线安装不平行时，若轧制窄扁钢，若轧制宽带钢时，会出现什么现象？,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：中部出现破裂。,中部周期性破裂,第二种结果：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：边缘部分产生皱纹（浪形）。,边部在附加压应力作用下产生皱纹（浪形）示意图,4、变形体温度分布不均匀,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弯曲现象,5、金属本身性质的不均匀,变形金属中的化学成分、组织结构、夹杂物、相的形态等分布不均会造成金属各部分的变形和流动的差异。,6、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。,三、不均匀变形的后果及克服措施,1、不均匀变形的后果:,使变形抗力增大。使塑性降低。使产品质量降低。使操作技术复杂。,2、克服措施：,正确选定变形的温度-速度制度。减少金属表面上的外摩擦。合理设计加工工具形状。尽可能使金属成分及组织均匀。,一、判断题91.塑性变形后在金属内存留下来的附加应力称工作应力。()答案：92.塑性变形会引起金属性能的变化。()答案：三、填空题117.轧制后残存在金属内部的附加应力称为。答案：残余应力,一、变形区的主要参数,变形区长度：,咬入角：,压下量:,接触弧所对应的圆心角。,接触弧之水平投影的长度。,轧件承受轧辊作用而发生塑性变形的空间区域。,1、变形区及主要参数,图7-2轧制时的变形区,2、两个重要的关系式：,1）变形区长度计算公式：,2）主要参数的关系公式：,图7-2轧制时的变形区,3、轧辊的工作直径及其计算,式中:Dk工作直径D辊环直径,1）工作直径的概念：,2）工作直径的计算：,轧辊与轧件相接触处的直径。,图7-4在平辊或矩形断面孔型中轧制,图7-1轧制示意图,在非矩形断面孔型中轧制时平均工作辊径计算示意图,常用平均高度法近似确定平均工作辊径：,不均匀压缩时的平均压下量,平均压下量：轧制前与轧制后轧件的平均高度差。,不均匀压缩时的平均压下量为,二、轧制变形的表示方法,1、绝对变形,H、B、L和h、b、l分别为轧件变形前和后的高度、宽度与长度，毫米,特点：,计算简单，能直接反映出物体尺寸的变化，但不能正确反映出物体的变形程度。,绝对变形量与轧件原始尺寸的比。,2、相对变形,特点：可正确反映出变形程度的大小。,有两块金属在宽度和长度上相同，而高度分别为H1=4毫米和H2=10毫米，经过加工后高度分别为h1=2毫米,h2=6毫米，这两块金属的压下量分别为h1=2毫米，h2=4毫米，这能说明第二块金属比第一块的变形程度大吗?,例如：,轧制前后轧件的尺寸之比。,3、变形系数,三者之间的关系：,按照体积不变定律有,故,即,2真实相对变形：,某变形瞬时的真实变形程度。,特点：,能表示变形瞬间的真实变形程度，但计算较复杂。,4、总延伸系数与道次延伸系数之间的关系,总延伸系数为：,逐道的延伸系数为:,结论：总延伸系数等于各道次延伸系数的乘积。,平均延伸系数,轧制道次与断面积及平均延伸系数的关系为：,m/s,三、轧制速度与变形速度,1、轧制速度,指轧辊的圆周速度。,1)轧制速度是指轧辊的线速度。在轧制过程中是指与金属接触处的轧辊圆周速度，它不考虑轧辊与轧件之间的相对滑动。它取决于轧辊的转数与轧辊的平均工作直径，即,2)轧制速度的提高受到轧机的结构和强度、电机能力、机械化与自动化水平、咬入条件、坯料重量及长度等一系列因素的限制。,2、变形速度：,变形速度是指最大变形方向上的变形程度对时间的变化率，或者说是应变对时间的变化率，其定义表达式为,平均变形速度的计算,(1)锻压,工具的平均压下速度。,假定接触弧的中点压下速度等于平均压下速度,（2）轧制,表7-2不同轧机轧制时的变形速度,例题：在某650轧机上开坯，已知相邻两个孔型的尺寸为280170mm与196210mm，轧辊的转数为82r/min，当后一孔型的平均工作直径为490mm时，求其变形速度。,解：（1）求压下量由轧制过程可知，前孔型轧后进入下道轧制的对应尺寸应为：280mm，210mm，170mm，196mm。,280-210=70mm,（2）求出根号之值，即,（3）求出轧制速度，即,（4）计算出轧制前后的断面积F0=280170=47600mm2F=210196=41160mm2,（5）将上述计算结果代入到,=,一、判断题6.变形速度不影响产品的性能。()答案：201.在轧钢生产中，金属的轧制速度和金属的变形速度是截然不同的两个概念。（）答案：,二、选择题172.能够确切表示某变形瞬间的真实变形程度的变形表示方法是()。A绝对变形B相对变形C真变形答案：C186.通常压下率可用()表示。A=(h/H)100%B=H/hCh=H-h答案：A,二、选择题200.一根轧件轧制前的长度为5000mm，轧制后的长度是7000mm，轧件的延伸系数()。A0.7B1.2C1.3D1.4答案：D215.总的延伸系数等于各道次延伸系数()。A之和B之积C乘积的平方根D二者无直接关系答案：B,三、填空题103.轧件在轧制前与轧制后高度减少量叫。答案：压下量114.轧件在轧制前与轧制后宽度变化差值叫。答案：宽展量,四、计算题2.在平辊中轧制矩形断面轧件，若轧辊直径为600mm，咬入角20，为求压下量？(sin20=0.34；cos20=0.94；tg20=0.36)答案：解：h=D(1-cos)=600(1-cos20)=600(1-0.94)=36mm答：压下量为36mm。13.某矩形断面轧件，轧制前的尺寸为HBL=80701500mm3，轧后的横断面尺寸为hb=6075mm2，求该道次的延伸系数。答案：解：=l/L=HB/hb=(8070)/(6075)=1.24答：该道次的延伸系数为1.24。,四、计算题15.已知某轧件轧前长度为5m，轧后长度为6.42m。求轧件的延伸率，延伸系数？答案：解：延伸率=(6.42-5)5=28.4%延伸系数=6.425=1.284答：轧件的延伸率，延伸系数分别为28.4%，1.284。20.在平辊中轧制矩形断面轧件，若轧辊直径为600mm，压下量为36mm，求咬入角。答案：解：=arcos(1-h/D)=arcos(1-36/600)=arcos0.94=20答：咬入角为20。,四、计算题21.在平辊中轧制矩形断面轧件，若轧辊直径为800mm，压下量为25mm，求变形区长度。答案：解：由公式得：答：变形区长度为100mm。5.已知某轧机终轧速度为8m/s，轧后辊道过速系数为1.1，辊子直径为350mm，求辊道的线速度和辊子转速？答案：V=终轧速度过速系数=1.18=8.8m/sn0=(60V)/(2R)=(608.8)/(23.140.35/2)=528/1.099=480.4(rpm)答：辊道的线速度为8.8m/s，辊子转速为480.4rpm,2、咬入条件的推导,一、咬入条件,依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力，将轧件拖入到轧辊之间的现象。,1、咬入的概念,咬入时的作用力分析,1轧件对轧辊的作用力N与摩擦力T,2轧辊对轧件的作用力N与摩擦力T,图8-2轧件对轧辊的作用力图8-3轧辊对轧件的作用力,图8-4作用力与摩擦力的分解,（1）当TxNx时,这就是轧件的咬入条件,=,通常将咬入条件定为,（2）当TxNx时，同样,可推得,轧件不能,咬入轧机,（3）当TxNx时，同样可推得,是轧件咬,入的临界条件。,稳定轧制条件为：,或：,或：,max（1.51.7）（热轧）,max（22.4）（冷轧）,继续进行轧制的条件仍为TxNx，即：,实际取值：,二、稳定轧制的条件,表8-1不同轧制条件下的最大咬入角,例题:假设热轧时轧辊直径D=800mm，摩擦系数0.3，求咬入条件所允许的最大压下量及建立稳定轧制过程后，利用剩余摩擦力可以达到的最大压下量。,解：（1）咬入条件允许的最大压下量：,=34mm,（2）在建立稳定轧制过程后，利用剩余摩擦力可达到的最大压下量：,=75mm,故增加的压下量为：75-34=41mm,轧辊直径、压下量对咬入的影响,压下量不变时，轧辊直径增大，咬入角将减小，有利于咬入。轧辊直径不变时，压下量减小，咬入角也减小，有利于咬入。,作用在水平方向上的外力对咬入的影响,凡顺轧制方向的水平外力，一般都有利于咬入。,轧制速度对咬入的影响,降低轧制速度，有利于轧件被咬入。,三、咬入的影响因素及改善咬入的措施,1、影响咬入的因素,轧辊表面状态对咬入的影响,轧辊表面越粗糙，则摩擦系数越大，咬入越容易。,轧件的前端形状对咬入的影响,轧件前端为楔形，或钢锭轧制时以小头进钢，均可减小咬入角而易于咬入。,孔型形状对咬入的影响,侧壁斜度越小，咬入能力改善程度越大。,2、改善咬入的措施,提高摩擦系数的措施:,（1）轧辊刻痕、堆焊或用多边形轧辊的方法（2）合理使用润滑剂。（3）清除炉尘和氧化铁皮,（4）在现场不能自然咬入的情况下，撒一把沙子或冷氧化铁皮可改善咬入。（5）当轧件温度过高，引起咬入困难时，可将轧件在辊道上搁置一段时间，使钢温适当降低后再喂入轧机。（6）增大孔型侧壁对轧件的夹持力可改善轧件的咬入（7）合理调整轧制速度。,降低咬入角的基本措施,（1）使用合理形状的连铸坯，可以把轧件前端制成楔形或锥形。（2）强迫咬入，用外力将轧件顶入轧辊中。（3）减小本道次的压下量可改善咬入条件。例如：减小来料厚度或使得本道次辊缝增大。,四、三种典型轧制情况,图8-6轧件横断面的变化情况(a)第一种轧制情况，(b)第二种轧制情况，(c)第三种轧制情况,决定轧制过程本质的主要因素是轧件和轧辊尺寸。,一、第一种轧制情况,如图8-6（a）所示，即以大压下量轧制薄轧件的轧制过程，其相对压下量3450，值较小。,1力学特征,单位接触面积上的轧制压力（单位压力）沿接触弧的分布曲线有明显的峰值，而且压下量越大，单位压力越高，且峰值越尖，尖峰向轧件出口方向移动（如图8-7）。,图8-7薄件轧制时单位压力和单位摩擦力沿接触弧之分布,2变形特征,轧件变形后沿横断面呈单鼓形,3运动学特征,如图8-8（a）所示为薄件轧制时，由于受摩擦阻力影响，在后滑区，金属横断面中心部份要比表面速度慢，而在前滑区，金属横断面中心部份要比表面速度快。,图8-8轧件金属质点沿横断面之速度图示(a)轧薄轧件，(b)轧厚轧件,二、第三种轧制情况,1力学特征,这类轧制过程的单位压力，沿其接触弧分布曲线在变形区入口处具有峰值，且向出口方向急剧降低，如图8-9所示。,2变形特征,产生局部强迫宽展而使轧件轧后横断面出现双鼓形，如图8-6（c）所示。,3运动学特征,对于厚轧件轧制的情况，由于接触表面产生粘着，金属表面速度等于轧辊表面速度；而变形区中部由于没有变形，可近似视为刚体运动,三、第二种轧制情况,（1）力学特征,由图8-10可以看出，第二种轧制情况的单位压力分布曲线没有明显峰值,（2）变形特征,压缩变形刚好深透到整个变形区高度，变形比较均匀，如图8-6（b）所示,图8-10第二种轧制情况分布曲线,图8-9第三种轧制情况沿接触弧的分布,一、判断题145.低温轧制影响轧材的咬入降低了道次压下量。()答案：,二、选择题127.不能够改善咬入条件的措施是()。A轧件端部加工成锥形B降低咬入时的轧制速度C增加轧槽表面的光洁度答案：C193.下列()情况下最大咬入角max值较大。A涂油轧辊B干面轧辊C粉面轧辊答案：C,一、宽展,1、宽展的概念,轧制前、后轧件横向尺寸的绝对差值。,2、研究宽展的意义,1）根据给定的坯料尺寸和压下量，来确定轧制后产品的尺寸，或已知轧制后轧件的尺寸和压下量，要求定出所需坯料的尺寸。,2）宽展在实际生产中和孔型设计时得到了广泛的应用。在孔型设计中，必须正确计算出宽展量。否则，孔型不是欠充满就是过充满。,图9-1圆钢轧制时可能出现的三种情况1-正常；2-充不满；3-过充满,根据金属沿横向流动的自由程度,3、宽展的种类,自由宽展：,图9-2自由宽展,限制宽展：,图9-3限制宽展图9-4在斜配孔型内的宽展,强迫宽展：,图9-5强迫宽展a-钢轨底层的强迫宽展；b-切展孔型的强迫宽展,滑动宽展,翻平宽展,鼓形宽展,4、宽展的组成,图9-6宽展沿轧件断面高度的分布,1）宽展沿横断面高度上的分布,图9-7各种宽展与值的关系,2）宽展沿轧件宽度上的分布,第一种假说认为，宽展沿轧件宽度是均匀分布的,第二种假说认为，变形区可以分为四个区域，两边的区域为宽展区，中间为前后两个延伸区，如图9-9所示,图9-8宽展沿宽度均匀分布的假说图9-9变形区分区图示,压下量的影响,5、影响宽展的因素,随压下量增加，宽展量也增加如图910所示。,图9-10宽展与压下量之间的关系（a）当h、H、h为常数、低碳钢在=900、v=1.1m/s时，b与h/H的关系；（b）当H、h为常数，条件同（a）时b与h/H的关系,图9-11宽展系数与轧辊直径的关系图9-12轧辊直径对宽展的影响,如图9-12的实验曲线表明，随轧辊直径增大，宽展量增大。,轧辊直径的影响,轧件宽度的影响,实验证明，轧件宽度小于某一定值时，随轧件宽度的增加宽展增加；超过此一定宽度之后，随轧件宽度的继续增加而宽展减小，且以后不再对宽展发生影响，如图9-13所示。,当轧制薄板时，轧件很宽，而此时的宽展很小，可忽略不计,图9-13变形体宽度不同时，宽展区与延伸区的变化图示,摩擦系数的影响,实验证明当其它条件相同时，随摩擦系数增加，宽展增加。,钢轧辊的摩擦系数比铸铁轧辊要大。因而在钢轧辊上进行轧制时的宽展比在铸铁辊上轧制时的要大。,轧制温度的影响。,轧辊材质的影响,金属表面的氧化铁皮对宽展有很大影响。,轧制速度的影响,在所有压下量条件下，轧制速度由1m/s到2m/s，宽展量有最大值，当轧制速度大于3m/s时，曲线保持水平位置，即轧制速度提高，宽展保持恒定。,金属化学成分的影响,合金钢的宽展比碳素钢的宽展大。,(5)轧制道次的影响,实验证明，在总压下量相同的情况下，轧制道次越多，总的宽展量越小。,(6)后张力对宽展的影响,实验证明，后张力对宽展有很大影响，而前张力对宽展影响很小。,b=h,热轧低碳钢（10001150）=0.310.35热轧合金钢或高碳钢=0.45,6、宽展的计算公式,若兹公式：,在轧制普通碳素钢时，采用不同的孔型，的取值范围：,表9-1宽展系数表,3）彼德诺夫齐别尔公式,2）巴赫契诺夫公式,一在孔型中轧制时，沿轧件宽度的压下量不均匀,7、孔型中轧制时横变形的特点,如图9-22所示，当方坯进椭圆孔型时，压下量沿宽度上的分布是不均匀的，因而沿孔型宽度，轧件各部份金属的自然延伸也应该不均匀,二轧件与轧辊接触的非同时性,变形区长度沿轧件宽度也是变化的。由图9-25可清楚地看清这一点,9-22孔型中轧制与简单轧制比较,图9-25接触的非同时性,由子孔型可看成是凸、平、凹形的组合，因而在孔型中轧制时，除摩擦阻力外，还存在着孔型侧壁的侧向力的作用,例如，菱形孔型就如前述的凹形工具一样，而切入孔则如凸形工具。如图9-26所示，在菱形孔中，横向变形阻力为摩擦阻力与压力的水平分量之和,四孔型中轧制时有速度差现象,如图9-27所示，在孔型中轧制时，由于轧辊工作直径不同，轧件各点的自然出辊速度应该不同,四孔型中轧制时有速度差现象,如图9-27所示，在孔型中轧制时，由于轧辊工作直径不同，轧件各点的自然出辊速度应该不同,图9-26孔型形状对宽展的影响(a)菱形孔；(b)切入孔,图9-27孔型中轧制时的速度差,二、选择题163.宽展的三种类型中以()的宽展量最小。A自由宽展B限制宽展C强迫宽展答案：B164.宽展随轧辊直径增加而()。A增加B减小C不变答案：A181.随着压下量增加，宽展()。A减小B增加C不变答案：B194.形状特殊的孔型或轧件在轧制过程中迫使金属有较大的宽展