金属塑性成性原理考试资料

1、1、塑性 ：在外力的作用下使金属材料发生塑性变 形而不破坏其完整性的能力称为塑性。2、塑性成形： 金属材料在一定的外力作用条件下， 利用其塑性使其成形并获得一定力学性能的加工 方法称为 塑性成形 也称 塑性加工 或压力加工。3、塑性成形分为 块料 和板料 成形，块料成型又分 为一次加工和二次加工。4、一次加工 ：生产原材料，加工方法包括轧制、 挤压、和拉拔。5、二次加工 ：生产零件或坯料，加工方法包括自 由锻和模锻。6、滑移 ：所谓滑移是指晶体在力的作用下，晶体 的一部分沿一定的晶面和晶向，相对于晶体的另一 部分发生相对移动或切变。7、就金属的塑性变形能力来说，滑移方向的作用 大于滑移面的作用

2、。8、滑移面对温度具有敏感性。9、设拉力P引起的拉伸力为c,则在此滑移方向上的切应力分量为T = c COScos入,令 u=cos COS 入，若=X =450，贝M U = Umax=0.5T = T max= C/210、位错增值： 由于晶体产生一个滑移带的位移量 需要上千个位错的移动，且当位错移至晶体表面产 生一个原子间距的位移后，位错便消失，这样，为 使塑性变形能不断进行，就必须有大量的位错出 现，这就是在位错理论中所说的位错的增值。11、晶体中的滑移过程，实质就是位错的移动和增 值过程， 加工硬化的原因 就是位错增值。12、孪生： 是晶体在切应力作用下，晶体的一部分 沿着一定的晶面

3、（孪生面）和一定的晶向（孪生方 向）发生均匀切变。13、晶间变形： 晶间变形的主要方式是晶粒之间相 互滑动和转动。晶间变形小，主要是因为晶间变形强度低。14、塑性变形的特点 ：（1）各晶粒变形的不同时性 （2）各晶粒变形的相互协调性（ 3）晶粒与晶粒之 间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。A晶粒越细，6 b（屈服强度）越大，5越大，金属 的塑性也越好。15、冷塑性变形对金属组织和性能的影响： （一） 组织的变化： 1、晶粒形状的变化； 2、晶粒内产生 亚结构； 3、晶粒位向改变； 4、晶粒内部出现滑移 带和孪生带。 （二）性能的变化：金属的力学性能最显著就是加工硬化。16、纤维组织：

4、 晶粒形状的变化， 若变化程度很大， 则晶粒呈现为一片如纤维状的条纹，称为纤维组 织。17、变形织构： 由于塑性变形的结果而使晶粒具有 择优取向的组织称为变形织构。18、加工硬化： 随着变形程度的增加，金属强度， 硬度增加，而塑性韧性降低，这种现象称为加工硬 化。19、冷变形后的金属进行加热、保温的过程 ：回 复T再结晶T晶粒长大；冷变形、热变形的区分方法 再结晶温度；热变形过程 动态回复或动态再结晶。20、动态回复 ：是热塑性变形过程中发生的回复。21、动态回复是高层错能金属热变形过程中唯一的 软化机制。22、高温形变热处理 : 把热变形和热处理结合起来 的方法称为高温形变热处理。23、动态

5、再结晶： 动态再结晶是在热塑性变形过程 中发生的再结晶。24、扩散性蠕变： 是在应力场作用下，由空位的定 向移动所引起的。25、热塑性变形对金属组织和性能的影响？（ 1）改善晶粒组织（ 2）锻合内部缺陷（ 3）破碎并改善 碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布（ 4）形成纤 维组织（ 5）改善偏析26、超塑性 ：金属和合金具有超常的均匀变形能力 其伸长率达到百分之几百、甚至百分之几千。27、超塑性的种类 ：细晶超塑性和相变超塑性28、塑性指标 ：伸长率断面收缩率29、金属的化学成分和组织对塑性的影响： （一） 化学成分的影响： 1、碳钢中碳和杂质元素的影响； 2、合金元素对钢的塑性的影响。（二）组织

6、的影响 ：（ 1）相组成的影响（ 2）晶粒 度的影响（ 3）铸造组织的影响30、（ 1）磷在冷变形时影响更为严重，称为 冷脆性 （2）硫和氧都可以导致 热脆性 （ 3）氮会出现 兰 脆现象（ 4）氢溶入钢中，使钢的塑性韧性降低造成 氢脆31、变形温度对金属塑性的影响 ：就大多数金属而 言，其总的趋势是：随着温度的升高，塑性增加， 但是这种增加并非简单的线性上升；在加热过程的 某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变 化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在一般情况 下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个 脆性区，包括低温的、中温的和高温的脆性区等。随着温度的升高，一方面金属的塑性和可锻性

7、 提高，另一方面由于晶粒的粗大化，以及金属内化 合物、析出物或第二相的存在和变化等原因，而出 现塑性不随温度升高而增加的各种情况。32、温度升高使金属塑性增加的原因 ：（ 1）发生回 复或再结晶（ 2）原子动能增加（ 3）金属的组织、 结构发生变化（ 4）扩散蠕变机理起作用（ 5）晶间 滑移作用增强33、热效应： 塑性变形时金属所吸收的能量，绝大 部分转化为热能，这种现象称为热效应。34、温度效应： 由于塑性变形过程中所产生的热量 而使变形体温度升高的现象，称为温度效应。35、应变速率对金属塑性的影响： 在较低的应变 速率范围内提高应变速度时，塑性降低；当应变速 率较大时，塑性基本上不再随应变

8、速率的增加而降 低；当应变速率更大时，塑性回升对于具有脆性 转变的金属，应变速率增加，金属的塑性降低从 工艺性能的角度来看，提高应变速率有利于塑性成 形在非常高的应变速率下，材料的塑性变形能力 大为提高。36、变形力学条件对金属塑性的影响？ （一）应力 状态的影响；（二）应变状态的影响。37、静水压力：应力球张量的每个分量称为平均应 力 或 静 水 应 力 ， 其 负 值 称 为 静 水 压 力 。全应力S在法线N上的投影就是斜微分面上 的正应力，它等于即 n 为什么说静水压力越大，金属的塑性会越高， 解释如下： （1）拉伸应力会促进晶间变形，加速晶 界的破坏，而压缩应力能阻止或减少晶间变形，

9、随 着静水压力的增大，晶间变形越加困难，因而提高 了金属的塑性（ 2）三向压缩应力有利于愈合塑性 变形过程中产生的各种损伤，而拉应力则相反，它 促使损伤的发展（ 3）当变形体内原先存在着少量 对塑性不利的杂质，液态相或组织缺陷时，三相压 缩作用能抑制这些缺陷，全部或部分的消除危害， 反之，在拉应力的作用下，将在这些地方产生应力 集中，促进金属的破坏（ 4）增大静水压力能抵消 由于不均匀变形引起的附加拉应力，从而减轻了附 加拉应力所造成的拉裂作用。38、提高金属塑性的基本途径 ： （1）提高材料成分 和组织的均匀性（ 2）合理选择变形温度和应变速 率（ 3）选择向压缩性较强的压缩方式， （4）减

10、小 变形的不均匀性。第三章等效应力的特点：等效应力是一个不变量等效 应力在数值上等于单向均匀拉伸时的拉伸应力等效应力并不代表某一实际平面上的应力，因而不 能再某一特定的平面上表示出来等效应力可以 理解为代表一点应力状态中应力偏张量的综合作 用在大的塑性变形问题中，只有用对数应变才能得出 合理的结果，因为：（或对数应变的特征是：）相 对应变不能表示变形的实际情况，而且变形程度愈 大，误差愈大。对数应变为可叠加应变，而相对 应变为不可叠加应变对数应变为可比应变，相对 应变为不可比应变。关系：对数应变可以看做是由相对线应变取对数得 到的。特征应变：三个主应变中绝对值最大的主应变，反映了该工序变形的特

11、征，称为特征应变。根据体积不变条件和特征应变，则塑性变形分为三 种类型：压缩类变形剪切类变形伸长类变形 应变增量是极小的增量应变速率张量与应变增量张量相似，它们都可以描 述瞬时变形形态。塑性成形理论中，如果不考虑变 形速度对材料性材料及外摩擦的影响，用两者进行 计算结果一直。若对于应变速率敏感的材料（如超 塑性材料）则用应变速率来计算。平面变形状态下的应力状态特点：由于平面变形 时，物体内与 Z 轴垂直的平面始终不会倾斜扭曲， 所以 Z 平面上没有切应力分量， Z 方向必为应力主 方向，z即为主应力，且为 X、 y的平均值，即 为中间应力，又是平均应力。此时只有三个独立的应力分量 X、 y、

12、z 。若以应力主轴为坐标轴， 平面变形时应力状态就是纯切应力状态叠加一个 应力球张量。平面变形时，由于z是不变量，而且其他应力分量都与 Z 轴无关，所以应力平衡微分 方程和平面应力状态下的应力平衡微分方程是一 样的。平面应变状态下的最大切应力所在的平面与 塑性流平面垂直的两个主平面交成 45°角。 理想弹性材料 ：物体发生弹性变形时，应力与应变 完全成线性关系，并假定它从弹性变形过渡到塑性 变形是突然的。理想塑性材料 ：材料发生塑性变形时不产生硬化的 材料。理想弹塑性材料 ：在塑性变形时，需要考虑变形之 前的弹性变形，而不考虑硬化的材料，即材料进入 塑性状态后，应力不再增加可连续产生

13、塑性变形。 弹塑性硬化材料： 在塑性变形时，既要考虑塑性变 形之前的弹性变形，又要考虑加工硬化的材料，只 有在应力不断增加，也即在加载条件下才能连续产 生塑性变形。理想刚塑性材料 ：在研究塑性变形时，既不考虑弹 性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。 刚塑性硬化材料： 在研究塑性变形时，不考虑塑性 变形之前的弹性变形，但要考虑变形过程中的加工 硬化的材料。塑性变形时应力应变关系特点：应力与应变之间 的关系是非线性的，因此，全量应变主轴与应力主 轴不一定重合塑性变形时可以认为体积不变，即 应力变球张量为零， 泊松比 =0.5 对于应变硬化 材料，卸载后再重新加载时的屈服应力就是卸载时 的屈

14、服应力，比初始屈服应力要高。塑性变形是 不可逆的，与应变历史有关，即应力 - 应变关系不 再保持单值关系。第四章库伦摩擦条件不考虑接触面上的粘合现象，认为摩擦符合库仑定 律，即摩擦力与接触面上的正压力成正比，其数学 表达式为T=U Pn 或 T =卩 n（ 4 1）式中：T摩擦力T 摩擦切应力n接触面上的正压应力卩一一外摩擦系数（简称摩擦系数）摩擦系数 卩应根据实验来确定。从式（4 1 ）可 以看出，应用库伦摩擦力时，除了要知道摩擦系数 之外，还要知道正压应力在接触面上的分布情况。式（4 1）在使用中应注意，摩擦切应力 t不能随的增大而无限增大。应为T = ma= K（被加工金属的剪切屈服强的

15、）时，被加工金属的接触表面将要 产生塑性流动，此时n的极值为被加工金属的拉伸 屈服强度Y （真实应力）。 K 与丫之间应满足一1 1定关系，根据屈服准则，K=（才乙）丫，由此并根据式（4 1）可确定摩擦系数卩的极值为=0.5 0.577（4 2）式（4 1）适用于正压力不太大、变形量较小的冷 成形工序。常摩擦力条件这一条件认为，接触面上的摩擦切应力 T与被加工 金属的剪切屈服强度 K成正比，即 T =mK 式中m摩擦因子，取值范围为 0冬m< 1 若m=1,即t = max=K,这称为最大摩擦力条件。变形速度： 许多试验结果表明，摩擦系数随变形速 度增加而有所下降。第五章1. 由于加热不

16、当产生的缺陷主要有 ：过热、过烧、 加热裂纹、铜脆、脱碳、增碳等； 由于成形工艺不当产生的缺陷主要有 ：大晶粒、晶 粒不均匀、裂纹、锻造折叠、穿流、带状组织等； 由于锻后冷却不当产生的缺陷主要有 ：冷却裂纹、 网状碳化物等； 由于锻后热处理工艺不当产生的缺陷主要有：硬度 过高或过低、硬度不均等。2. 钢的晶粒度有两种概念，即钢的奥氏体本质晶粒 度和钢的奥氏体实际晶粒度。3. 失稳有压缩失稳和拉伸失稳。 压缩失稳主要 表现为坯料的弯曲和起皱；拉伸失稳主要表现为坯 料的拉断或破裂。第六章4. 主应力法的实质是有限元法(将应力平衡微分方 程和屈服方程联立求解)。5. 金属塑性成形中具有普遍意义的金属

17、流动类型 有：平面应变镦粗型；平面应变挤压型；轴对称变 形镦粗型；轴对称应变挤压型。其中，镦粗型的金 属流动，基本上沿着垂直于工模具运动的方向；而 挤压型的金属流动则是沿着平行平行于工模具运 动的方向。对于任何形状工件的成形都可以分成若 干部分，并以上述金属流动类型的单一形式或组合 形式表示之。第七章5. 滑移线一一所谓的滑移线是一个纯力学概念，它 是塑性变形区内，最大剪切应力等于材料屈服切应 力(k)的轨迹线。滑移线场一一由于过塑性区内任一点均可引出 两条相互正交的滑移线，从而可构成滑移线网络， 它们布满于塑性区，形成滑移线场。6. 沿滑移线无线应变增量，即在滑移线方向上不产生线应变，只有剪

18、切变形，亦即滑移线具有不可 伸缩的特性。沿着滑移线的值为常数。7、若塑性区与刚性区之间或塑性区内相邻两区域之间 可能有相对滑动。8.速度间断线必定是滑移线。沿同一条滑移线 的速度间断值为常数。2m()、(沿线)9.亨盖应力方程2m()、(沿线)第八章10、前面已提到，对于复杂的塑性成形问题，要求 得一般的数学解是极其困难的。这就迫使人们去寻 找比较简单的近似求解方法，基于虚功原理和变分 极值原理的极限分析法或界限法即为其中很重要 的一种，界限法包括下限法和上限发。用下限法计算极限载荷时，只假设塑变区内的 应力状态为静可容应力场 *，它满足下列三个条 件：(1)满足平衡微分方程，即 (2)满足力

19、的边界条件，即在力面 ST 上,* *Ti Ti式中 l j方向余弦T i给定的真实表面力*' * '2（3）不违背屈服准则，即ij ij 2 k由于所假设的应力状态只要求满足静可容条件，而 不考虑塑变区内的速度（位移）状态，因此该应力 场不一定是（一般不是）真是的应力场，后面将证 明，依据应力场所求得的极限载荷总是小于（最多 等于）真实载荷，故称下限法。用上限法计算极限载荷时，只假设塑变区的位? *移状态为动可容速度场 i （或位移场 i ），它满 足下列三个条件：1）满足速度（或位移）的边界条件，即在位? * ? * ?移面Su上，i i或ii , i或 i为给定的真实速度

20、或真实位移。2）在变形体内保持连续性，不发生重叠和开 裂。3）满足体积不变的条件，即?* *ij *0或 ij*011、最大散逸功原理： 最大散逸功原理又称第二塑性变分原理。最大散逸功原理可表述如下：对刚塑 性体一定的应变增量场而言，在所有满足屈服准则 的应力场中，与该应变增量场符合应力应变关系的 应力场所做的塑性功增量为最大，其表达式为 V（ ij - ij ）d ij dV 0。 式中 ij 及 d ij 符 合应力应变关系的应力偏量（场）和应变增量（场）；、ij 满足同一屈服准则的任意应力偏量 （场）。例题 3 1： 对于 oxyz 直角坐标系，受力物体内的 一点的盈利状态为50-5ij

21、0-50-505MPa（1）画出该点的应力单元体； （2）试用应力状态特征方程求出该点的主应力及 主方向；（ 3）画出该点的应力单元体的微分面（即x、y、z面）标注在应力莫尔圆上。解:(1)应力单元体如下图所示(2)将各应力分量代入应力张量不变量公式(3-14)，可解得：J 1=5 J 2=50 J 3=0将解得的Ji、J2、J3代入应力状态方程式(3-15)得:3-5 2-500分解因式:-105 0解得：a 1= 10MPa a 2=0MPa a 3= 5MPa将应力分量代入以I、 m n为未知数的齐次线性 方程组，其解就是应力主轴的方向，有几何关系可 知，方向余弦之间必需满足l2+m+n

22、2=1，联立可得方程组：5- 10m 5n0015m0 n0510 m5n02221mn110 1对于6仁11V 2 ；0n1对于62： 121、2 ；m20 1V 2对于6:13330 m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:5 -l0 m 5n0015m0 n0510 m5n022 2lmn110 0 ；1对于l1a i:1v2 ；n1 -对于a 2：，21、2 ；m20 ；1v 2对于a:l3a 3 ：30 m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:5 -l0 m 5n0015m0 n0510 m5n022 2lmn110 0 ；1对于l

23、1a i:1v2 ；n1 -对于a 2：，21、2 ；m20 ；1v 2对于a:l3a 3 ：30 m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:5 -l0 m5n0015m0n0510 m5n02 221mn1,10 1对于6 1:11石;对于 2：12、:;m20 1V 2对于6 3：130 ;m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:015m0n0510 m5n02 221mn1,10 1对于6 1:11石;对于 2：12、:;m20 1V 2对于6 3：130 ;m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:015m0n0510 m5n02 221mn1,10 1对于6 1:11石;对于 2：12、:;m20 1V 2对于6 3：130 ;m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:015m0n0510 m5n02 221mn1,10 1对于6 1:11石;对于 2：12、:;m20 1V 2对于6 3：130 ;m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:015m0n0510 m5n02 221mn1,10 1对于6 1:11石;对于 2：12、:;m20 1V 2对于6 3：130 ;m31 n30(3)根据解得的三个主应力值可画得的应力莫 见下图:0