东北大材料成型金属学课件03金属塑性变形的宏观规律

3.金属塑性变形的宏观规律MacroDeformationRegularityofMetals3.1基本概念和研究方法

均匀变形与不均匀变形

均匀变形——

变形区某体积内所有点的变形状态都相同,称此体积的变形为均匀变形。

均匀变形物体中任一点处的立方体应变为斜角六面体。

不考虑物体整体的平移运动和转动时坐标变化：

均匀变形的基本特点变形前变形后1(平行)平面和直线(平行)平面和直线2二阶曲面(如:球体)二阶曲面(椭球体)3几何相似且位置相似的单元体几何相似的单元体均匀变形条件变形体为各向同性.变形体内各点处物理状态相同(温度、变形抗力等).接触面上任一点的绝对压下量和相对压下量相同.整个变形体同时处于工具直接作用下（无外端）.接触面上完全没有接触摩擦或没有接触摩擦引起的阻力.实际生产条件①不可能绝对各向同性②物体内各点物理状态不能绝对相同③f≠0④压下量绝对相等难以做到⑤除镦粗外，一般都有外端作用实际金属塑性成形过程中的变形均为不均匀变形。

采取一定措施可使变形接近均匀

例一：锻压圆盘时均匀加热、减少接触摩擦；例二：研究金属塑性变形时，把不均匀变形的变形区域分成许多个小体积，并假定其每个小体积的变形是均匀的。基本应力与附加应力基本应力:——物体在塑性变形状态中，由外力作用所引起的应力称为基本应力。

——完全根据弹性状态所测出的应力。

外力去除后弹性变形恢复,此基本应力消失。附加应力

:由物体内各部分的不均匀变形受物体整体性限制而产生并在物体内相互平衡的应力.残余应力

:塑性变形结束后仍保留在变形物体内的附加应力。工作应力

——试验或生产过程中，实际测量得出的应力(包括应力分布图）.

——工作应力=基本应力与附加应力的代数和。

——可能比基本应力分布更均匀，也可能更不均匀，取决于基本应力的正负及附加应力和基本应力的数值。

挤压时金属流动及纵向应力分布图

——基本应力；---附加应力；

—•—工作应力；di—变形区某截面直径1）附加应力数值不大时，工作应力为压应力。——工作应力比基本应力分布更均匀；2）附加应力数值相当大时，则中间层中工作应力为压应力；外层中工作应力可为拉应力。——工作应力比基本应力分布更不均匀。附加应力的分类（1）变形物体的几个大部分间（宏观）由于不均匀变形所引起的相互平衡的附加应力.（2）变形物体局部的各部分之间由于不均匀变形所引起的相互平衡的附加应力（如软、硬两晶粒或两相之间）.（3）变形物体的一个晶体内的各部分间由于不均匀变形所引起的附加应力，所占比例最大.

研究变形分布的主要方法（1）坐标网格法

——变形前：表面或内剖面上刻坐标网，观察变形前后各网格所限定的区域金属几何形状的变化，确定变形物体各处的变形大小及分布。

——应用最广。——用于定量分析。组合圆柱体的压缩把网的每个单元看作是变形区的单元，在整个变形过程中承受均匀变形。坐标网：立体、平面(连续、分开)分开的平面坐标网单元为圆形或正方形。坐标网单元为圆形时：变形成椭圆，轴尺寸方向为主变形大小方向；

坐标网单元为正方形时：主轴在变形前后始终与主轴重合：变形后正方形变为矩形，内切圆为椭圆，此椭圆轴与矩形轴重合；主轴在变形前后与主轴不重合：变形后正方形变为平行四边形，内接圆为椭圆，此椭圆轴与新主轴（新主应力方向）重合。正方形坐标网格的内切圆→椭圆（主轴方向为主应力方向）。最大变形发生在变形物体外层变形部分与未变形部分交互更替，变形具有周期性。阴影部分：未变形区

(2)硬度法

变形程度越大，加工硬化越强，金属硬度越大。一种极粗略的定性法，仅适用于对加工硬化敏感的金属。

(3)比较晶粒法根据变形物体内各处晶粒大小判断各处变形程度，确定变形分布。

只能定性显示变形分布。

热变形：仅适用于影响晶粒大小的因素只有变形程度而无其它的情况。

冷变形：利用退火温度一定，晶粒大小与冷变形的变形程度关系的再结晶图，来确定各尺寸晶粒的变形程度，获得变形不均匀规律。

变形程度较大时：不适用。

密栅云纹法示踪原子法光弹性法光塑性法其他研究方法习题：在图中画出工作应力。基本应力附加应力挤压件上表面裂纹应力分布图3.2自由变形理论

自由变形

——

不受变形工具形成的空间尺寸所限定的变形.直角六面体在二平锤头间压缩板材在二平轧辊间轧制

变形的方向为自由变形方向，发生自由变形的平面为自由变形平面。自由变形理论应用（1）自由变形彼此间的比值（2）金属塑性流动的运动学图形（3）由于不均匀变形,位于自由平面内的断面所得到的形状一、最小阻力定律

当物体各质点有在不同方向移动的可能时,变形物体内的每一个质点都将沿其最小阻力方向移动。即：金属质点将沿其周边的最短法线方向流动。因此最短法线方向就是最小阻力的方向.

——可预测变形体在自由变形平面内的断面形状。

自由变形理论基础直角六面体镦粗中横断面形状变化随变形的不断增加，矩形断面的长轴和短轴的长度逐渐相等，并在最后使其断面形状变成椭圆形以至圆形。

二、最小周边法则

任意断面形状柱体镦粗时，其断面形状均有趋于圆形的趋势，因为圆形断面的周界最小。前提——最小阻力的方向即为最短法线方向。“最小阻力的方向即为最短法线方向”成立条件

:

（1）接触摩擦为各向同性；

（2）接触摩擦系数具有较高的数值.分界线对X轴倾斜角α=45°~。镦粗直角平行六面体时的运动学图形

其中μ为摩擦系数

μ=0时，，塑性流动的放射性图形；b=a，μ任意值，，正常运动学图形（分界线与X轴成45°）μ各向同性:①μ较大，A→D；

②μ较小，A→B③μ＝0，理想情况，A→C(放射性)

μ↑，AB靠近AD；μ↓，AB靠近ACD

BCA•

μ各向异性：

长轴（y轴）位于μ最小的方向上时：延伸大，宽展小。

长轴位于μ最大的方向上时：宽展大，延伸小。自由变形理论的实际应用

——确定变形物体的纵向和横向的变形关系

轧件变形区纵横方向阻力图压下量相同，轧制宽度相同的轧件时，可以预知：用大轧辊轧制时，宽展量大。3.3影响金属变形行为的因素及所呈现的现象影响金属变形行为的因素接触面上的接触摩擦变形体的外端变形体的几何形状和工具形状变形体的温度不均和组织不均接触摩擦一、呈现单鼓变形和三个变形区呈现单鼓变形的几何条件：高径比H/d≤2变形工具压缩力+接触摩擦力

接触摩擦力阻碍金属质点横向流动，产生鼓形。Ⅰ区:难变形区端部接触面附近；硬取向；Ⅱ区:易变形区距端面距离较远；软取向；Ⅲ区:自由变形区靠近表面，Ⅱ区中部四周；变形量介于Ⅰ区和Ⅱ区之间。应力状态Ⅰ区：三向压;Ⅱ区：三向压；Ⅲ区：二压一拉;切向附加拉应力：越靠近外层越大；径向压应力：越靠近外层越小；二、双鼓变形几何条件：H/d>2只产生表面变形，中间层金属塑性变形很小或不塑性变形。Ⅳ区：圆柱体形状；垂直单向压应力；均匀塑性变形或弹性变形。双鼓→单鼓条件：变形程度↑，H/d↓，两个难变形锥Ⅱ区靠近时。影响因素：压下率、接触摩擦、变形区的几何因素、变形速度等三、侧面翻平现象由于接触摩擦的作用，在出现单鼓形的同时出现的侧表面金属局部地转移到接触表面上来的现象。原侧面上aa和bb镦粗后转移到端面形成条件

侧表面面积减小量大于接触面面积增加量。接触面积的增加＝接触表面上金属质点滑动＋侧面质点翻平影响因素接触摩擦条件；变形物体的几何尺寸四、粘着现象粘着区——圆柱体镦粗，若接触摩擦较大和高径比H/d较大时，在端面中心部位有一区域，金属质点对工具完全不产生相对滑动而粘着在一起。难变形区——以粘着区为基底的圆锥形或近似圆锥形的体积。圆柱体镦粗时出现的粘着区及难变形区示意图影响因素——变形区几何因素、

接触摩擦全粘着——在接触摩擦较大，H/d增加到一定程度，接触表面上不存在变形金属质点与工具间的相对滑动，即无滑动区时，接触面的面积增加仅由侧面金属的翻平造成。全滑动——接触摩擦较小，H/d减小到一定程度时，粘着区完全消失，接触表面为全滑动区。五、接触表面上应力分布不均

试件边缘的应力等于变形金属的屈服点，由于接触摩擦的作用，由边缘向中心应力逐渐增高。随H/d减小，压力差增大，原因：H/d=1时，接触面上出现滑动。假设将变形体由外至内分成许多薄层，编号分别为1、2、3等。

1层：受压力作用后，不仅本身变形，而且由于摩擦，1层还要给2层压力；

2层：变形时不仅本身变形需要足够压力，而且还需克服1层的阻力。因此作用在2层的单位压力比作用在1层的大。3层：变形时除本身变所需压力外，还需克服1层和2层给的阻力。因此3层变形时实际单位压力比2层大。以此类推，变形体单位压力由外向内逐渐增大。3.金属塑性变形的宏观规律MacroDeformationRegularityofMetals3.3.2变形物体的外端外端（外区、刚端）：变形过程中某一瞬间变形物体不直接承受工具作用而处于变形区以外的部分。外端与变形区直接相连，影响着变形区内金属的变形、应力及速度的分布，而变形区金属的变形也会影响到外端的一定区域。外端的种类：封闭形外端和非封闭形外端。一、封闭形外端被压缩体积的变形要影响到外端的一定区域；外端会阻碍被压缩体积的向外扩展。外端体积很小时，变形过程中在被压缩体积变形的影响下，外端的高度减小（其程度向周边逐渐减弱）；外端体积较大时，被压缩体积变形难进行：可能把工具压入变形物体内，部分金属沿工具周围挤出。封闭形外端可减小被压缩物体的不均匀变形，使其三向压应力状态增强，变形趋于均匀。

封闭形外端下的塑压变形1-工件，2-外端，3-工具二、非封闭形外端（锻造延伸、拉拔等）2）有外端时：①纵向延伸：强迫地“拉齐”作用。变形区中部：附加压应力，迫使自由延伸减小；上下端部：附加拉应力，迫使自由延伸增大；②横向宽展：变形区中部：宽展增大；上下端部：宽展减小外端使纵向变形不均匀性减小，横向变形不均匀性增加。矩形坯料局部压缩时外端对延伸及宽展的影响

1-工具，2-外端，3-变形区H/l≤21.沿变形区高度方向：1）无外端时：单鼓变形。中部：延伸和宽展大；上、下端部：延伸和宽展小。变形区的原始面积：ABCD1）无外端时：由ABCD→A'B'C'D'2）有外端时：由A'B'C'D'→A''B''C''D''①沿变形区宽度方向（BC,横向）：中部：纵向附加压应力，纵向延伸↓边部：纵向附加拉应力，纵向延伸↑结果：纵向变形趋于均匀②沿变形区长度方向（AB,纵向）：中部：远离外端，宽展大边部：靠近外端，宽展小结果：横向变形的不均匀性增加。（C''D''弧高度>C'D'弧高度）

2.沿变形区的纵向和横向变形：由于外端对金属横向流动的限制，使宽展比无外端时小。因此限制作用距外端越远越弱，所以变形区越长，外端对宽展的影响越小。对于H/l>2（高件）1.沿变形区高度方向：上下鼓形处：纵向附加压应力，迫使延伸减小，宽展增大；中部：纵向附加拉应力，迫使延伸增大，宽展减小；较大附加拉应力时：产生负宽展。2.沿变形区的纵向和横向：无外端时：双鼓变形有外端时：同样起“拉齐”作用，使纵向变形的不均匀性减小，横向变形的不均匀性增加。3.3.3变形工具和坯料的轮廓形状（△h不均）工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向的重要因素。工具与金属形状的差异，造成金属沿各个方向流动的阻力差异，使金属沿各个方向的变形不均，导致变形过程中出现各种不同缺陷。1.工具形状的影响：（1）凸型辊或凹型辊轧制矩形断面坯料时，出现“边浪”、“中浪”、“裂边”等缺陷；（2）轧辊压下量分配不均时，导致板材出现镰刀弯、舌头、鱼尾等缺陷。

例：①凹辊轧制矩形坯；②椭圆孔型中轧制矩形坯。

中部△h小，边缘△h大，故沿宽度方向纵向延伸不均匀。中部：μ小，产生σ附(+)开裂两边：μ大，产生σ附(-)皱折（波纹）

沿孔型宽度上延伸分布图镰刀弯边翘龟背边浪边浪正常板形2.原始坯料形状的影响例：平辊轧制沿宽度厚度不均（如两侧厚中间薄）的坯料轧件两侧：压下量大，纵向延伸大轧件中间：压下量小，纵向延伸小由于不均匀变形，产生附加应力：轧件两侧：附加压应力，使纵向延伸减小轧件中间：附加拉应力，使纵向延伸增大

实际变形中轧件轧出后前端并不完全平直，而仍然是两侧延伸大于中间部分。如果原始坯料中厚度较大的两侧部分的宽度比厚度较小的中间部分大得多，则可能使中间部分拉应力超过金属断裂强度，产生周期性断裂，相反则中间不断裂，而两侧产生皱纹。平辊轧制厚度不均的坯料3.3.4变形物体温度分布不均同一变形物体中高温部分变形抗力低，低温部分变形抗力高。在外力作用下高温部分变形大，低温部分变形小，从而产生附加应力。变形物体内因温度不同所产生热膨胀不同而引起的热应力，与由不均匀变形所引起的附加应力相叠加后，有时会加强应力的不均匀分布，引起变形物体的非正常变形、弯曲、表面裂纹、甚至芯部周期断裂等缺陷。

例：热轧中轧件从轧机轧出后出现的上翘或下翘现象。

原因之一就是钢的温度不均，例如加热炉下加热不足，使钢坯上表面温度高，下面温度低，轧制时上层压下率大，产生延伸大，下层延伸小，出现下翘。

模拟方法：铝-钢双金属轧制。铝—钢双金属轧制时由不均匀变形产生的弯曲现象例：在轧制大钢锭时，若均热时间不足，常发现钢锭中间部分产生裂纹。钢锭比较厚，若加热时间不足，则中间部分温度较低中部：T/℃低，膨胀小，σ附热(+)

轧制开始时，表面变形大，σ附(-)

中部变形小，σ附(+)

这二种拉应力叠加，可能造成中间部分金属开裂3.3.5变形金属材质不均变形物体化学成分、组织结构、夹杂物、相状态等分布不均时，造成变形体各部分物理性能的不同，如变形抗力不同造成变形和流动的差异，出现局部应力集中，导致各种宏观和微观的缺陷。

以上因素在某种塑性加工过程中往往不是单一存在的。因此，应根据加工条件对所出现的不均匀变形现象进行具体分析，找出主要因素。3.4变形不均匀分布所引起的后果及防止措施3.4.1使变形后的组织性能不均，产品质量下降

3.4.2降低金属的塑性加工工艺性能3.4.3增加工具局部磨损，使技术操作复杂

3.4.1使变形后的组织性能不均，产品质量下降

金属塑性加工过程中，变形程度分布不均必然导致组织不均，如晶粒大小、形状不均，夹杂和相状态不均等，使金属强度、塑性、韧性等性能不均，质量下降；不均匀变形引起产品尺寸和形状的变化，造成产品质量下降（镰刀弯、翘曲、皱纹等）；不均匀变形的结果使变形体内存在残余应力，防腐性能降低。3.4.2降低金属的塑性加工工艺性能不均匀变形→附加应力→金属塑性降低、变形抗力升高导致加工性能变坏。例如：挤压低塑性金属时，表面摩擦及不均匀变形使表面产生较大附加拉应力。当工作应力达到断裂强度时，表面产生周期性的向内扩展的裂纹。变形抗力的升高可能是由于附加应力的出现使工作应力变成三向同名应力状态有关。如单向拉伸中出现细颈后，细颈处应力状态由单向拉伸变为三向拉伸，使变形抗力升高。3.4.3增加工具局部磨损，使技术操作复杂不均匀变形→应力分布不均→工具各部分受力不同→不均匀磨损，给技术操作增加了困难，也增加工具的消耗和制造成本。例：在孔型中轧制型材时，由于压下量不均使轧辊孔型产生不均匀磨损，不仅影响产品形状、尺寸，也给轧机调整增加了困难。沿孔型宽度上延伸分布图避免或减少变形与应力不均匀分布应采取的措施尽量减少接触摩擦的有害影响：

提高工具表面光洁度、接触表面上加润滑剂、接触端加柔软垫片。正确选择变形温度－速度制度：加热温度均匀、变形在单相区温度范围完成；锻压H/d较大件时低速变形，使变形更深透，锻压H/d较小件时高速变形，使鼓形减小。合理设计工具形状和正确选择坯料：热轧薄板时，轧辊中部温升较大使工具有较大热膨胀，为保证宽度上压下均匀，宜采用凹辊；冷轧薄板弹性弯曲和压扁大，宜采用凸辊。尽量使坯料的成分和组织均匀：提高冶炼和锭坯质量，为使化学成份分布均匀，也可对锭进行高温均匀化处理。

ＤＣＢ轧机

ＨＣ轧机

ＷＲＳ轧机

ＣＲ轧机

ＶＣ轧机

ＣＶＣ轧机

ＦＦＣ轧机

ＰＣ轧机各种高性能新型轧机的主要类型

根据不同的设备特点，通过改变轧辊凸度、轧辊交叉、轧辊横移、轧辊弯曲和不均匀的轧辊冷却等措施，对板形施行有效的控制。（高性能轧辊凸度控制）工作辊能轴向移动（板凸度控制、减少边部变形）（双轴承座弯辊）（平直度易控）（轧辊交叉布置）（连续可变凸度）（凸度可变、液压）3.5残余应力残余应力：塑性变形完毕后保留在变形物体内的附加应力。总位能＝释出位能＋约束位能释出位能作用：确定平衡外力作用的内力的数值。约束位能作用：确定由塑性变形引起的相互平衡内力的数值。也可以确定在每一变形瞬间附加应力的数值。约束位能＝塑性变形中由于软化释放的位能＋残余应力的位能，残余应力的位能<约束位能残余应力产生原因：塑性变形、不均匀加热、冷却、淬火、相变等过程中。3.5.1残余应力的概念残余应力的分类

残余应力由附加应力变化而来，因此残余应力也是相互平衡的，并与附加应力对应，残余应力也按照平衡范围的不同分为三类：1．第一类内应力，又称宏观残余应力。由金属材料（或零件）各个部分（如表面和心部）的宏观形变不均匀而引起。此类应力使工件尺寸不稳定，严重时甚至使工件在受力之下变形产生断裂。2．第二类内应力，属微观内应力。作用尺度与晶粒尺寸为同一数量级，往往在晶粒内或晶粒之间保持平衡，是由于晶粒或亚晶粒之间变形不均匀而引起的。此类应力使金属更容易腐蚀，如：黄铜加工以后由于内应力，在春季或潮湿环境下发生应力腐蚀开裂，常称为“季节病”。

3．第三类内应力，即晶格畸变应力，属微观内应力。塑性变形时产生大量空位和位错，其周围产生了点阵畸变和应力场，此时的内应力是在几百或几千个原子范围内保持平衡，其中占主要的又是由于生成大量位错所形成的应力。此类应力是产生加工硬化的主要原因。

3.5.2变形条件对残余应力的影响（1）变形温度（2）变形速度（3）变形程度的影响（4）接触摩擦、工具和变形物体形状（1）变形温度变形温度↑，附加应力以及所形成的残余应力↓；变形温度↓，出现附加应力和从而出现残余应力的可能↑；当变形过程在高于室温下完成时，已具有某一数值的残余应力会因物体冷却至室温而增加：式中：σ0和E0为室温下的应力和弹性模量;

σt和Et为高于室温时，某温度下的应力和弹性模量;变形过程中发生相变时，第二种附加应力产生，残余应力↑。变形过程中温度的不均匀分布↑，残余应力↑。（2）变形速度室温下：变形速度↑，附加应力以及所形成的残余应力↓。高于室温：变形速度↑，附加应力以及所形成的残余应力↑。变形程度和残余应力能量的关系曲线1-第一种、第二种和第三种残余应力总能量的变化曲线；2-第一种残余应力能量的变化曲线；3-第二种和第三种残余应力总能量的变化曲线第一类残余应力：T<0.3Tm,变形程度↑，残余应力急剧↑。20～25％时，应力达到最大值，继续增加则开始减小，当>52~65%时，应力接近0。T>0.3Tm,第一类残余应力达到最大值时对应的变形程度更大，且>60～70%,也不为0。第二、三类残余应力：变形程度↑，残余应力↑，且对于双相系和多相系，残余应力比对单相系提高得更强烈。（3）变形程度的影响3.5.3残余应力所引起的后果（1)引起物体尺寸和形状的变化(影响加工精度)；（2)零件的使用寿命缩短；（3)降低金属的二次加工性能（变形抗力提高，塑性降低）；（4)降低金属的耐蚀性以及冲击韧性的疲劳强度等。(1)引起物体尺寸和形状的变化(影响加工精度)①机械加工工件形状对称：仅发生尺寸变化，形状不变。工件形状不对称：除尺寸变化外，还可发生形状改变。②时间延长(精密仪器生产)；③热处理等残余应力引起弹性变形或晶格畸变。若残余应力由于某种原因消失或其平衡遭到破坏，相应的变形也将发生变化，引起尺寸和形状的改变。切削具有残余应力的棒材示意图

表层有残余拉应力和心部有残余压应力的棒料车削成圆柱形工件时，成品工件长度增加。

（2)零件的使用寿命缩短对于有残余应力的物体，有的部分工作应力＝基本应力＋残余应力，有的部分工作应力＝基本应力－残余应力，造成应力分布不均。工作应力达到屈服强度，塑性变形，达到断裂强度时，断裂，缩短零件使用寿命。3.5.4减小或消除残余应力的措施（1）减小材料在加工和处理过程中所产生的不均匀变形；（2）热处理:

减小残余应力，但晶粒大小、力学性能发生很大变化。回火：大大减小第一种残余应力；再结晶退火：完全消除残余应力人工时效：残余应力的缓释性。第二种残余应力消除：T<T再；第三种残余应力消除：T>T再。如黄铜的三阶段退火：①40~140℃，很小部分被消除；②200℃，大部分③其余T>T再时消除回火温度对钢棒力学性能及残余应力的影响：1-纵向残余应力；2-切向残余应力；3-径向残余应力产生残余应力的根本原因：产生了不均匀变形（3）机械处理工件表面具有残余拉应力时，使物体表面产生很小的塑性变形，产生表面压缩内应力，刚好与表面层中有残余拉应力相抵消。用后一工序与前一工序相反的不均匀变形，使内应力符号相反，相互抵消。

具体方法：使零件彼此碰撞（小工件）、用木槌打击表面、表面碾压和压平（平整、多辊矫直）、表面拉制、在模子中作表面校形或精压、抛丸处理等。

缺点：只能减小第一种残余应力，且只当表面层中具有残余拉应力时才适用。a-原有的残余应力分布图；b-经表面变形所引起的残余应力分布图；c-两种残余应力的和（虚线为原来残余应力分布图）用表面小变形减小残余应力的方法表面层具有残余拉应力的板材经表面碾压后，其残余应力大为减小。在一定限度内，表面变形越大，残余应力减小得越多。黄铜棒在碾平前后的残余应力分布图

a-纵向应力；b-切向应力；c-径向应力（实线：拉制铜棒的残余应力，虚线：碾平后残余应力）表面变形可使原来的残余应力几乎减小一倍，甚至可使表面拉应力变成压应力。表面变形程度越大，残余应力减小得越多。但此变形程度一般<1.5~3%，超过此限度，不但不会减小残余应力，反而使残余应力增加。3.5.5研究残余应力的主要方法机械法：可测定棒材、管材等一类物体内的残余应力，可较精确地确定残余应力的大小和分布，但测定时会损害物体的整体性；

化学法：定性研究残余应力的一种方法。适于测定金属丝，薄条等类型的工件内的残余应力。同时可定性地比较不同的压力加工制度和热处理制度中所出现的残余应力的大小。定量性差，也需要专门的试样；X射线法：包括劳埃法和德拜法。劳埃法：根据干扰斑点形状的变化定性地确定残余应力。德拜法：一种“非破坏性”的测定方法，能定量地测出残余应力。3.6金属塑性加工时的接触摩擦接触摩擦是金属塑性加工时的重要变形条件，不仅决定金属变形时应力与变形的分布，还影响金属的塑性、变形抗力以及金属的内部组织与性能。3.6.1塑性加工时接触摩擦的特征及摩擦定律金属塑性加工时产生的接触摩擦的特征：1）具有很大接触压力：热加工100~500MPa，冷加工500~2500MPa。而重载荷机器轴承≤20~40MPa；2）变形物体有新的接触面出现，使摩擦系数增加；3）热加工时接触面上温度高：有时1200℃。塑性加工中常用的摩擦定律正压力定律常摩擦力定律润滑摩擦定律一、正压力定律式中T—接触表面上的摩擦力；PN—接触表面上的正压力；μ—塑性变形时的接触摩擦系数或式中σ1—正应力；t

—切应力随着正压力（或正应力）增大，摩擦力（或摩擦切应力）增大。由塑性能量条件，对于平面变形，最大切应力≤；当中间主应力等于最大或最小主应力时，最大切应力≤。因此，当μ一定时，σ1增大，t也同时增大，直到达到。进一步增大σ1，切应力保持为常数，金属质点沿工具表面滑动被制止。当μ变化时类似。二、常摩擦力定律接触面上切应力达到极大值时，库仑定律不适用。由塑性变形理论，摩擦切应力t等于金属的剪切屈服应力τs，即

（3-25）按最大切应力不变条件按形变能不变条件式3-25依据塑性条件只能当变形抗力与静水压力无关时才适用。三、润滑摩擦定律润滑摩擦条件：工具与变形金属的接触面间涂一层润滑的粘性介质，并在变形中润滑层保持完整。润滑摩擦力与粘度和相对滑动速度成正比，与润滑层的厚度成反比，即

式中T—润滑摩擦力；

η—粘度；F—滑动表面积；v—相对滑动速度；h—润滑层厚度。

单位润滑摩擦力3.6.2影响接触摩擦系数的因素加工物体的化学成分变形温度形变速度变形工具的表面状态变形金属表面状态单位压力润滑剂1）变形体的化学成分热轧时随着含碳量增加摩擦系数减小。40Cr中的Cr与碳钢相比，任何温度下均降低摩擦系数；30Mn2中的Mn与碳钢相比，能增大摩擦系数；复杂合金化钢与碳钢相比，低温：摩擦系数低；高温：摩擦系数高。无润滑条件下热镦粗时，摩擦系数减小的顺序：钢、铝合金、镁合金、重有色合金、热稳定有色金属合金。冷轧时摩擦系数减小的顺序：铝、铜、钢。不同结果：钢、铜、杜拉铝。原因：变形物体接触表面的物理-化学状态不同。2）变形温度有研究表明：0~1200℃，摩擦系数有三个最小值和两个最大值。低温：随温度升高，摩擦系数增大，并于450~550℃