塑性成型原理2014（第二节冷金属成形）

1、第二节金属塑性变形的物理基础，2.1金属冷塑性变形，思考，(1)滑动与双胞胎的异同？(2)多晶的变形特性？(3)什么是加工硬化现象？(4)冷加工对组织和性能的影响？一般拉伸试样、拉伸试验机、2.1.1应力-应变曲线、金属拉伸应力-应变曲线(软钢)、一般工程应力-应变曲线、OA阶段和a点OA阶段、a点BC阶段和b点d点e点、弹性系数和刚度之间的关系和区别是什么？弹性系数是材料组成性质(精细)，刚性是结构性质(巨集)。刚度的特性也从侧面影响弹性系数，以及零部件的几何尺寸等因素。什么是弹性系数？影响因素？杨氏模量？Thomas Yong(托马斯小姐)1773-1829，young双缝实验young模

2、块化视觉和彩色医学语言埃及象形文字，象形文字音乐、艺术、骑马杂技、走钢丝保险经济，这是科学和艺术并行研究，对生活抱有热希望的天才，我们几乎可以说他生命的每一天都没有白过百度百科，杨氏模量？托马斯小姐1773-1829年，“我仰慕牛顿的名字，但我没有失去他的一切。很遗憾地发现，我也会犯错，他的权威有时会阻碍科学的进步。”作为一个并排研究科学和艺术、对生活抱有热希望的天才，我们几乎可以说，他生活的每一天都没有虚度。百度百科，弹性变形是可以逆转的，变形过程中存储的能量都在卸载过程中释放，物体的变形可以完全恢复到原来的状态。也就是说，如果已知应力值，则可以唯一确定其变形。材料处于弹塑性阶段时，除了变形

3、不可用性以外，应力和变形不再与一对一的对应关系相关，即变形的大小和载荷过程。线性弹性力学只讨论应力应变关系遵循OA直线段变化规律的问题。塑性力学讨论材料弹塑性阶段的力学问题，直到屈服后被破坏。脆性材料拉伸时的应力应变曲线(镁合金)，一般应力应变曲线，镁合金，典型材料的断裂形式，钛合金，断裂形式和塑性关系，准裂变断裂-脆性材料，韧断裂-塑料材料，2.1.2单晶的塑性变形，金属一般晶体内变形晶体内变形包括滑动和双单晶变形，单晶试棒拉伸实验，1滑动所谓滑动是晶体(在此理解为构成单晶或多晶的一个粒子)的作用下，晶体的一部分沿特定晶面和晶面向晶体的另一部分发生相对运动或切向。这些晶面和结晶方向分别称为滑

4、动面和滑动方向。滑动的结果是大量原子逐渐从一个稳定的位置移动到另一个稳定的位置，产生宏观的塑性变形。a-伸展之前；B-拉伸后滑动点：(1)滑动沿晶体内原子密度最大的晶面和晶体方向发生。滑动面和滑动方向构成了“滑动系统”。3种晶体结构金属的滑动系统，(2)滑动只在剪切应力下存在滑动系统，表明金属晶体产生滑动的可能性，滑动发生需要一定大小的力。(3)滑动时，晶体的一部分相对于其他部分以滑动方向偏移的距离是原子间距的总倍数，滑动结果晶体表面会产生步长，该表面会产生滑动标记(滑动带、滑动线)。图1单晶选秀杆拉伸实验a-拉伸前B-拉伸后图2滑动线和滑动带d-100 S-1000原子间距，面心立方体比体心

5、立方晶体变形容易为什么？表面中心立方诱导密度大于体中心立方。塑性变形时，晶体的固有滑动系统不会同时启动，滑动系统的分应力必须达到阈值才能滑动。塑性变形不仅与滑移系统的数量有关，还与杂质对变形的影响、加工硬化、屈服强度大小等有关；有文献认为，体心立方晶体的塑性变形主要由螺杆电位的运动决定(面心立方晶体由叶片电位决定)，在同样的情况下，螺杆电位的运动速度比叶片电位慢很多，至少慢25倍以上。晶体刚度滑动图，20年代弗兰克尔，金属理论剪切强度3360103MPa到104MPa，金属实际剪切强度33600.5MPa到10MPa，通过电位的运动引起滑动的决定图G.L. Taylor M.Ploanyi E

6、.Orowan，电位(dislocation)，滑动的本质：电位的运动和持续增殖，DISLOCATIONS DURING COLD WORK(fig.4.6 is courtesy of m.r. plic HTA，Michigan technological university)。)。孪生子取决于晶体的一部分沿一定的晶面(称为双同面)和一定的结晶方向(称为双同面)均匀切割的剪切应力作用。双铜变形时，晶体的变形部分和未变形部分形成镜像对称关系，镜子两侧晶体的相对位置方向发生变化。变形过程中发生的这种补间变形部分称为“变形补间”，这与退火生成的双胞胎有所区别。和滑动过程一样，双动也是由电位运动

7、构成的，每个标高沿其相邻晶面和双动面移动到一个原子间距以下。滑倒和双胞胎的相似和不同？相同点：1。由前卫运动实现。2.剪切应力下。差异：1。滑动方向移动距离是原子的整数倍，孪晶相对切向距离小于孪晶方向的原子间距。2.滑动时，晶体位置不变，双方向形成未变形部分和镜对称。3.所需的临界剪切应力对动比滑动大得多。金属晶体究竟是如何用于塑料变形的，取决于以何种方式变形所需的剪切应力低。在室温下，大多数体内立方金属滑动的临界剪切应力小于孪晶临界剪切应力，因此滑动优先，只有在极低的温度下，补间的临界剪切应力小于滑动的临界剪切应力。对于面心立方金属，双动的临界剪切应力比滑动大得多，因此通常不会发生双动变形，

8、但在极低的温度(478K)或高速冲击载荷下，不会排除这种变形方法。此外，金属滑动变形严重进行，受到干扰时，在高应力集中诱导孪晶变形的情况较多。双胞胎变形后，位置变化的变形部分可能会有利于滑动，所以决定又开始滑动了，两人交替着他。对于排列紧密的6字金属，滑移系较少，滑移变形困难，因此这种金属主要以孪晶方式变形。镁合金、镁合金AZ31板材组织、焊接组织、孪晶变形、变形组织、2.1.3多晶的塑性变形、金属通常由多个比特中的不同粒子组成，晶粒之间存在晶界，因此变形包括晶体内变形和晶体间变形。多晶的滑移是多晶每个粒子的位置方向不同，因此决定金属的塑性变形在不同的模具中按布局发生的不均匀塑性变形过程。晶界

9、变形晶界变形主要是晶粒间的相对滑移和旋转。根据戴在哪个位置，其变形和难度会有所不同。冷变形条件下多晶的塑性变形主要是晶体内变形，晶界变形只是次要作用，必须协调其他变形机制。因为晶界强度高于晶体，其变形比晶体更困难。此外，晶界在生成过程中相互接触，产生犬齿交错状态，对晶界滑动产生机械干扰作用，因此，晶界变形发生时，晶界结构的破坏和裂纹容易发生，因此晶界变形量只能很小。摘要多晶塑性变形的特性，一是各粒子变形的异质性；第二，各粒子变形的相互调整；第三，粒子和粒子之间以及晶粒内部和晶界附近区域之间变形的不均匀性。2.1.4塑性变形对金属组织性能的影响，(1)随着粒子在变形方向的增加，特性对各向异性金属

10、进行冷加工变形后，粒子形状也发生变化的趋势通常与金属的宏观变形一致，变形程度较大时，粒子显示为纤维状条纹，称为纤维组织，纤维组织在金属特性上具有方向性，金属变形后质量会有显着影响，金属纵向(与纤维方向平行)，纯铝200倍，纯铝200倍，纯铁变形量0%，纯铁变形量20%，纯铁变形量68%，(2)电位密度增加，产生加工硬化的概念：变形后，晶体内的电位继续增殖，相互缠绕，晶体内的子结构，电位越过这些壁垒移动即金属的强度、硬度增加、塑性、韧性减少，从而产生所谓的“加工硬化”现象。意义：硬化是加强金属的重要方法，例如自行车链条。因为冷轧材料等加工硬化现象，还存在着顺序冷轧过程功耗增加的缺点。在冷变形过程

11、中，要增加中间处理，提高金属产品的生产成本，延长生产周期。影响：塑性变形除了改变金属的机械性能外，还改变金属的物理和化学性能(例如，增加电阻，减少耐蚀性)。加工硬化时应力应变经验关系：=n，n为加工硬化指数，0.1-0.5，反应加工硬化的强度，应变度增加时机械性质的变化，软钢，纯铜，防锈铝，奥氏体不锈钢，高锰钢等但是，在冷轧钢板、冷轧钢丝和多道次拉延过程中，加工硬化也可能导致后加工困难和开裂。因此，为了消除加工硬化，必须在工艺之间穿插热处理工艺。电位密度与材料强度的关系，退火金属：104-107/cm冷加工：1012-1013/cm，电位密度：通常通过单位面积的电位线数测量，称为电位密度。通过

12、大量实验和理论研究，发现了金属的强度与其中位错密度的关系，如下图所示。如图所示，密度之间的关系金属的电位密度在特定值(通常为106108cm-2)下强度最低，增加电位密度或减小电位密度是增加金属强度的有效方法。用加工硬化等方法提高错误密度的方法已经成为业界减少电位密度的更有效的方法，仅在最近20年受到关注。还不能制造大小大、密度低的金属，还可以制作极细微的金属或长丝，用更大尺寸的材料编织，或混合在一些材料中制作合成物。随着工业技术的发展，如果制造出一种尺寸更大、密度更低的金属，金属的强度大幅度提高，肯定是有前途的。(3)组织现象的发生伴随着金属的塑性变形，内部粒子的晶格位置方向也在变形方向上旋

13、转。变形量大(70-90%)时，多晶中原位于任意方向的单个粒子会逐渐调整方向，倾向于相互匹配。由于变形而倾向于结晶方向的这个组织称为编织或变形编织。组织不是描述粒子的形状，而是描述多晶粒子方向的特性。实际上，变形金属的粒子方向只能朝这个方向，一般来说，随着变形程度的增加，这种方向的颗粒越多，编织特征就越明显。组织的形成对金属材料的加工技术有很大的影响。金属中变形组织的形成可以表现出多种特性明显的各向异性，连退火都难以去除，晶粒方向，具有理想方向的晶体组织，变形组织，变形组织两种主要形式，菲拉(拔河)，绘图时每个粒子的特定方向倾向于平行绘图方向。平行于绘图轴的晶体方向指数uvw表示。变形组织的两

14、种主要形式：板组织(轧制)，板轧制时每个粒子的指数晶面是平行轧制表面，每个粒子的指数结晶方向是平行轧制方向。使用晶面指数(hkl)和结晶指数uvw表示板组织。“，“做耳朵”现象，做拉深件的耳朵，变形组织的优缺点？1 .例如，在制作汽车外壳的拉深钢板中，一般编织可能不均匀变形，产生褶皱或破裂。但是有1型1版编织的板材，深度性能很好。2.制造变压器的硅钢片试图使容易磁化的1 0方向与轧制平行，成为立方体组织的硅钢片，极低的铁。1，(4)残余应力由塑性变形，外力作用于金属的工作大部分在金属变形期间转化为热，金属温度上升，然后消失；转换为内部应力的部分很少，剩馀的内部应力是由金属形成的。金属塑性变形后残余应力的存在会影响工件的变形和裂纹。例如，冷轧钢板可能因变形不均匀的其馀内部应力而变形，残余内部应力降低了金属的耐蚀性，因此通常使用退火来消除金属塑性变形后的这些残余应力。但是，在某些情况下，您可能要在工作表面使用快照分区来产生一定压力应力，以抵消外部拉伸应力，从而延长工作寿命。1 .塑性变形不均；残余应力的原因，2 .温度变化不均匀；3 .不均匀相变，残余应力测试方法，1 .盲孔法：钻孔破坏原始应力平衡，重新分散应力，对圆孔周围的