固态成型理论期末复习

第一章绪论1、金属塑性加工：是利用金属能够产生永久变形的能力，使其在外力作用下进行塑性成形的一种金属加工技术，也常叫金属压力加工。

2、金属塑性加工的优点与金属切削加工、铸造、焊接等过程相比其优点为：⏹因无废屑，可节约大量金属；⏹可改善金属的组织和性能；⏹生产率高，适于大量生产。

由于金属塑性加工有这些优点，因而90%以上的钢锭都要经过塑性加工成坯或成材。

3、金属塑性加工的分类方式（1）按加工时工件的受力和变形方式：分类情况见课本表1（P2）这种分类方法主要分基本加工变形方式和组合加工变形方式。

⏹靠压力作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压⏹靠拉力作用使金属产生变形的方式有拉拔、冲压（拉延）和拉伸成型。

⏹靠弯矩和剪力作用使金属产生变形的方式有弯曲和剪切。

（2）按加工时工件的温度特征可分为热加工、冷加工和温加工。

（具体定义见8页纸）4、轧制：坯料通过转动的轧辊受到压缩，使其断面减小、形状改变、长度增加。

可分为纵轧、横轧和斜轧。

第二章热加工和冷加工中的组织性能变化一、冷加工中金属的组织与性能的变化1、金属组织结构的变化（具体见8页纸）2、金属性能变化• 加工硬化随变形程度增加，强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。

作用：①难以继续变形，需退火软化；②强化手段之一; ③抵抗局部过载；④许多冷成型加工的保证。

•产生残余应力（residual stress）各部分及各晶粒之间的变形不均和晶格畸变所产生。

•各向异性（anisotropy）晶粒的择优取向和组织纤维化引起。

二、热变形过程中金属组织与性能的变化金属组织结构和性能的变化⏹改造铸态组织：致密（焊合气孔、疏松），偏析↓，粗晶细化等，使性能↑↑。

⏹细化晶粒和破碎夹杂物：有效的再结晶控制可变为细小均匀的等轴晶粒；⏹热变形中形成的纤维组织：生产实践中应充分利用纤维组织造成变形金属具有方向性这一特点，使纤维组织形成的流线在工件内有更适宜的分布。

（晶界上非溶物质拉长所致，其不会由于再结晶而消除。

）⏹形成“流线”：出现各向异性夹杂物一般沿晶界分布，热加工时，晶粒变形，夹杂物也变形，晶粒发生再结晶形成等轴晶粒，而夹杂仍沿变形方向呈纤维状分布，这种夹杂的分布叫“流线”。

出现流线使性能出现明显的各向异性。

三、温加工变形中组织性能的变化①温轧、温锻、温挤和温拉都属于温加工。

②加工后的表面光洁度和尺寸精度要比热加工时高，变形工具的寿命要比热加工高。

③变形抗力要比冷加工低，能量消耗要比冷加工少，塑性要比冷加工大。

④在冷加工中易产生加工硬化的金属材料，如奥氏体不锈钢等、钼钢等，采用温加工更为适宜。

五、冷加工变形所形成的纤维组织与热加工变形所形成的纤维组织有何不同，并用什么方法可以消除？（可见课本上课笔记，较简单）冷加工变形所形成的纤维组织是由于晶粒被拉长长大造成的，其变成程度越大，纤维组织越明显；而热加工时形成的纤维组织是铸态组织中晶界上的一些非溶物质的拉长造成的，在铸态组织中存在有粗大的一次结晶的晶粒，在其边界上分布有非金属夹杂物薄层，在变形过程中这些粗大的晶粒在变形的主方向上被拉长，而晶间薄层也被拉长，当变形足够大时，被拉成细条状，由于完全再结晶的结果，被拉长的晶粒可变成许多细小的等轴晶，而位于晶界和晶内的非溶物质却不因再结晶而改变，仍处于被拉长状态，形成纤维状组织。

冷加工中形成的纤维组织可通过再结晶热处理的方法消除。

热加工的纤维组织则无法消除，只能靠提高钢的纯净度来减小出现的倾向。

六、定义1、动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶及亚动态再结晶静再结晶是金属在热变形后或热变形之间由于有一定的温度和一定的持续时间所产生的。

它是在较高的温度下出现新的晶核，这些新晶核逐渐长大代替原来的晶体。

2、蓝脆的通常温度范围在250～400℃，高速变形在400～600℃。

第三章金属塑性加工的不均匀一、定义1、各种应力基本应力：由于外力作用所引起的应力叫做基本应力，外力去除后这部分弹性变形恢复，基本应力便立刻消失。

工作应力：是处于应力状态的物体在变形时用各种方法实测出来的应力。

其分布图为工作应力图。

当物体的变形绝对均匀时，基本应力图与工作应力图相同。

而当变形呈不均匀分布时，工作应力等于基本应力与附加应力的代数和。

附加应力：由于物体内各处的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起在其间相互平衡的应力叫做附加应力(或叫副应力)。

附加应力，并不与外力发生直接关系，当外力去除，变形终止后，仍继续保留在变形物体内部。

残余应力：在塑性变形完毕后仍保留于物体内的自相平衡的应力称为残余应力。

二、变形及应力不均匀分布的原因1. 摩擦的影响（1）产生鼓形。

变形金属整个体积大致分为三个区域(P74俩图）：Ⅰ表示由于外摩擦影响而产生的难变形区；Ⅱ表示作用力约成45º角的最有利方位的易变形区；Ⅲ表示变形程度居于中间的自由变形区。

图3-9 圆柱体镦粗时摩擦力对变形及应力分布影响图3-10用塑料镦粗时单位压力分布图（2）不均匀变形导致，在I区及Ⅲ区内产生附加拉应力。

（3）外摩擦的影响：引起接触面上的应力(或单位压力)分布不均匀沿试料边缘的应力等于金属的屈服点，由边缘向中心部分，应力逐渐升高。

（4）外摩擦的影响：形成侧面翻平现象和粘着区2. 变形区的几何因素的影响镦粗圆柱体时，当试样原始高度与直径比H/d≤2.0时才发生单鼓形不均匀变形。

当坯料高度较大且变形程度甚小时(当H/d＞2时)，则往往只产生表面变形，而中间层的金属不产生塑性变形或塑性变形甚小，结果导致形成双鼓形(图见课本P75)3. 工具的形状和坯料形状的影响工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向的重要因素。

4. 外端的影响外端：是指在变形过程中的某瞬间，不直接承受工具作用而处于变形区以外的部分。

外端又称为外区或刚端。

外端对变形区金属的影响主要是阻碍变形区金属流动，进而产生或加剧附加的应力和应变。

5. 变形温度的影响变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形和流动的差异。

变形首先发生在那些变形抗力最小的部分。

一般，在同一变形物体中高温部分的变形抗力低，低温部分的变形抗力高。

三、研究变形分布的方法常用的方法有：网格法；硬度法；比较晶粒法。

1、网格法2、硬度法经充分退火的金属与合金，当进行冷变形后在所研究的截面上打硬度，硬度大的部位就表示这里的变形程度大。

硬度法比较简便，但是一种很粗略的方法，它只能对冷变形金属定性地反映变形的分布情况。

因为只有那些加工硬化厉害的金属，随着变形程度的增加，硬度才能发生明显的增长。

另外，硬度的变化也是非线性的。

这种情况将影响试验的效果与精确度。

3、螺钉法四、图3-16 型钻中拔长图3-17 沿孔型宽度上延伸分布图a)圆型砧b) V型砧c) 凸型砧第四章金属在加工中的断裂一、断裂的基本类型按断裂前的塑性变形的大小分：延性断裂，脆性断裂。

1、延性断裂（或称韧性断裂）：单向拉伸时，延伸率大于5%；起因：多为切（剪）应力引起，沿滑移面发生滑移变形而破坏，出现细颈现象。

特征：断裂前有明显的塑变，断面灰暗，有纤维状条纹，宏观外貌不整齐。

拉伸时，裂口多呈杯锥状。

2、脆性断裂：单向拉伸时，延伸率小于5%；起因：多为正应力引起，沿垂直于应力方向的原子面撕裂。

特征：断裂前基本上不产生塑变，断面光亮，为解理面。

二、简述钢板轧制时产生边浪或中间浪的原因。

主要原因是沿轧件宽度轧件的厚度不均，导致沿宽度方向压下率不同，长度上的延伸系数不同。

当边部较厚且较中间部分窄时，边部产生附加压应力，受中间金属的影响，边部产生波浪；当中间较厚且较边部窄时，中间部分产生附加压应力，受边部的影响，产生中间边浪。

四、在模内锻制冲孔的铝合金坯料时(如图)。

如果模壁斜度太大(5~6º)，就会在锻件周围发生纵向裂纹(图a)。

分析裂纹产生的原因以及裂纹消失的原因。

这些裂纹乃是异号主应力图中环向拉应力造成的。

当把模子侧壁斜度改小(采用1~1.5º)时，就不再发生纵向裂纹，因为金属很快与模壁接触后，就变为同号压应力图(图b)。

从而使金属的塑性提高。

五、对于硬且脆的合金钢以及较为柔软的铜，应选择何种加工方式和加工速率?1、对于硬而脆的合金钢应选择三向压应力的加工方式如：锻压，且采用低速小变形；2、对于较为柔软的铜可以采用一拉两压的加工方式：如拉拔，也可以采用挤压加工，且可以采用高速大变形。

第五章金属的塑性一、定义2、塑性与柔软性的区别是什么？塑性反映材料产生永久变形的能力。

柔软性反映材料抵抗变形的能力。

塑性与柔软性的对立统一。

3、塑性指标：金属在破坏前产生的最大变形程度，即极限变形量描述指标方法（及其定义）：断面收缩率、延伸率、冲击韧性、最大压缩率、扭转角（或扭转数）、弯曲次数4、塑性指标的测量方法拉伸试验法、压缩试验法、扭转试验法二、拉伸试验可确定以下塑性指标：延伸率和断面收缩率延伸率表示金属在拉伸轴方向上断裂前的最大变形。

延伸率大小与试样的原始计算长度有关，试样越长，集中变形数值的作用越小，延伸率就越小。

δ％作为塑性指标时，必须把计算长度固定下来才能相互比较。

对圆柱形试样，规定有和两种标准试样(d是试样的原始直径)。

断面收缩率试样的原始计算长度无关，因此在塑性材料中用ψ％作塑性指标，可以得出比极稳定的数值，有其优越性。

三、影响金属塑性的因素1、影响塑性的内部因素1）组织结构●纯金属有最好的塑性。

形成单相固溶体，则有较好的塑性；形成化合物，则使塑性降低。

●常见的双相钢与合金基本上有两种类型：一是两相固溶体的混合物；二是单相固溶体的基体上分布有硬质点过剩相。

●单相钢或具有少量第二相的钢塑性较大，而含第二相数量较多时，使塑性大为降低。

脆性第二相和易熔组成物以球雏晶或单独夹杂物形式集中在晶粒边界上，要比以一定厚度的夹层或连续的链状形式其塑性降低的程度小.2）化学成分（1）杂质（2）合金元素对塑性的影响一般规律：金属的塑性主要取决于基体金属。

碳和杂质元素碳: 碳↑－→塑性↓（渗碳体）杂质: 杂质↑－→塑性↓磷－→冷脆性。

强度、硬度↑塑性↓硫－→热脆性。

硫化物和共晶体分布晶界，熔点低氮－→时效脆性、即兰脆。

温度↓氮化物析出↑氢－→氢脆，间隙固溶体。

白点，扩散聚集微缺陷处氧－→热脆性。

氧化物、易溶共晶体分布晶界，熔点低合金元素: 合金元素加入－→塑性↓－→抗力↑2、影响金属塑性的外部因素（见8页纸）变形速度的影响（P101图7-8及其分析）3）应力状态对金属塑性的影响应力状态对塑性起影响作用的是：应力球张量。

静水压力提高金属塑性变形的解释：1、静水压力↑→晶间变形困难→金属塑性↑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；3、三向压缩作用能抑制变形体内存在的少量的对塑性不利的杂质、液相态或组织缺陷；4、增大静水压应力，可抵消由不均匀变形引起的附加拉应力，从而减轻附加拉应力所造成的拉裂作用。