金属塑性成形力学课后答案

金属塑性成形力学课后答案
【篇一：金属塑性成形原理习题】
述提高金属塑性变形的主要途径有哪些？
(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)合理选择变形方式
(4)减小变形的不均匀性
2. 简答滑移和孪生变形的区别
相同点：都是通过位错运动来实现, 都是切应变
不同点：孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行；孪生的晶体变形部分的位向发生了改变，而滑移后晶体各部分位向未改变。

3. 塑性成型时的润滑方法有哪些？
(1) 特种流体润滑法。

(2) 表面磷化-皂化处理。

(3) 表面镀软金属。

4. 塑性变形时应力应变关系的特点？
在塑性变形时，应力与应变之间的关系有如下特点
（1）应力与应变之间的关系是非线性的，因此，全量应变主轴和应力主轴不一定重合。

（2）塑性变形时，可以认为体积不变，即应变球张量为零，泊松比??0.5。

、
（3）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服应力，比初始屈服应力要高。

（4）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。

5. levy－mises理论的基本假设是什么？
（1）材料是刚塑性材料，级弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量。

（2）材料符合米塞斯屈服准则。

（3）每一加载瞬时，应力主轴和应变增量主轴重合。

（4）塑性变形上体积不变。

6. 细化晶粒的主要途径有哪些？
（1）在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作脱氧剂。

（2）采用适当的变形程度和变形温度。

（3）采用锻后正火等相变重结晶的方法。

7. 试从变形机理上解释冷加工和超塑性变形的特点。

冷塑性变形的主要机理：滑移和孪生。

金属塑性变形的特点：不同时性、相互协调性和不均匀性。

由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为变形织构。

随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性韧性降低，这种现象称为加工硬化。

超塑性变形机理主要是晶界滑移和原子扩散（扩散蠕变）。

其特点为大延伸率、低流动应力、无缩颈、易成形和无加工硬化。

8. mises屈服准则与tresca屈服准则的主要区别是什么？各适用于何种情况？
答：mises屈服准则与tresca屈服准则的主要区别是前者考虑了中间主应力?2的影响而后者没有。

mises屈服准
则适用于各种塑性变形情况，而tresca屈服准则只在具有两个主应力相等的圆柱体应力状态下才准确。

9. 减少不均匀变形的主要措施有哪些？
答：1）尽量减小接触摩擦的有害影响
2）正确地选择变形温度－速度
3）合理设计工具形状和正确地选择坯料
4）尽量使坯料的成分和组织均匀。

10. 影响摩擦系数的主要因素有哪些？
答：1）金属的种类和化学成分
2）工具的表面状态
3）接触面上的单位压力
4）变形温度
5）变形速度。

11. 单晶体塑性变形的主要机制有哪些？其机理分别是什么？
答：单晶体塑性变形的主要机制有滑移和孪生。

滑移是指在力的作用下，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。

孪生是在切应力的作用下，晶体一部分沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。

变形后，晶体的变形部分与为变形部分构成了镜面对称关系，镜面两侧晶体的相对位向发生了改变。

12. 多晶体金属塑性变形的主要特点有哪些？
1）各晶粒变形的不同时性。

2）各晶粒变形的相互协调性。

3）晶粒之间、晶内与晶界之间变形的不均匀性。

13. 细晶超塑性变形力学特征有哪些？
1）整个变形过程中，表现出低应力水平、无缩颈的大延伸现象。

2）流动应力对变形速率及其敏感。

14. 热塑性变形对金属组织影响有哪些？
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
15. 晶粒大小对金属塑性变形有何影响？
晶粒越小，则金属屈服强度越高，塑性越好。

晶粒细化提高金属屈服强度的主要原因是晶粒尺寸减小，则晶内位
错运动距离缩短，晶界上塞积的位错减少，所形成的畸变程度减弱，不易于开动周围硬取向晶粒的位错，即变形抗力增加。

细化晶粒提
高金属塑性的主要原因是晶粒尺寸减小，则单位体积内晶粒数目增多，由于多晶体各晶粒取向是随机分布的，处于变形有利的软取向
晶粒在整个体积中的分布就更为均匀，变形时产生的变形也更为均匀，从而不容易产生破环。

填空题
1.金属塑性成形有如下特点：、、、。

组织、性能好材料利用率高、尺寸精度高、生产效率高
2. 按照成形的特点，一般将塑性成形分为和。

块料成形和体积成形、
按照成形时工件的温度还可以分为、和
三类。

热成形、冷成形、温成形
3.金属的超塑性分为和两大类。

4 晶内的变形方式和单晶体一样分为和。

其中
变形是主要的，而变形是次要的，一般紧起调节作用。

5.冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形
成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织，这个过
程称为。

6. 常摩擦条件及其数学表达式：。

7. ?平面是指。

8. 请将以下张量分解为应力球张量和应力偏张量。

x?xy?xzyxyyz? + 。

zx?zy?z?
9.金属热塑性变形机理主要有、、和。

10. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归纳起来主要有
、、、、等几方面的因素。

【篇二：金属塑性成形原理习题及答案】
s=txt>一、填空题
1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示：
，则单元内任一点外的应变可表示为＝。

2. 塑性是指：在外力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。

3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。

4. 等效应力表达式：。

5.一点的代数值最大的 __ 主应力 __ 的指向称为第一主方向，由
第一主方向顺时针转移线即为线。

7．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体
摩擦。

8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。

9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。

10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。

11．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入
的少量活性物质的总称叫添加剂。

12．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫超塑性。

13．韧性金属材料屈服时，密席斯（mises）准则较符合实际的。

14．硫元素的存在使得碳钢易于产生
15．塑性变形时不产生硬化的材料叫做
16．应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。

17．平面应变时，其平均正应力?m 等于中间主应力?2。

18．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性
19．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为?1＝０.1，第二次的真实应变为?2＝０.25，则总
的真实应变?＝ 0.35 。

20．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。

21．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。

二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上
1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 a 工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做a 。

Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料；
3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为b。

Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法；
4．韧性金属材料屈服时，
Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加；
5．由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的散逸，这叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；Ｂ、力；Ｃ、应变；
6．硫元素的存在使得碳钢易于产生
Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性；
7．应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。

Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力；
8．平面应变时，其平均正应力?ｍ b 中间主应力?２。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；
9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 b 。

Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化；
10．多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为a。

Ａ、纤维组织；Ｂ、变形织构；Ｃ、流线；
三、判断题
5．塑性变形体内各点的最大剪应力的轨迹线叫滑移线。

（√ ）
6．塑性是材料所具有的一种本质属性。

（√ ）
11．影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。

（√ ）
14．静水压力的增加，有助于提高材料的塑性。

（√ ）
四、名词解释
1．上限法的基本原理是什么？
答：按运动学许可速度场来确定变形载荷的近似解，这一变形载荷
它总是大于真实载荷，即高估的近似值，故称上限解。

m
2．在结构超塑性的力学特性s?k?中，m值的物理意义是什么？答：m?
越好。

3．何谓冷变形、热变形和温变形？
答：冷变形：在再结晶温度以下（通常是指室温）的变形。

热变形：在再结晶温度以上的变形。

温变形：在再结晶温度以下，高于室温的变形。

4．何谓最小阻力定律？ dln?dln?为应变速率敏感性系数，是表示
超塑性特征的一个极重要的指标，当m值越大，塑性
答：变形过程中，物体质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少
的功，走最短的路。

5．何谓超塑性？
答：延伸率超过100%的现象叫做超塑性。

五、简答题
1．请简述有限元法的思想。

答：有限元法的基本思想是：
(1) 把变形体看成是有限数目单元体的集合，单元之间只在指定节点
处铰接，再无任何关连，通过这些节点传递单元之间的相互作用。

如此离散的变形体，即为实际变形体的计算模型；
(2) 分片近似，即对每一个单元选择一个由相关节点量确定的函数来
近似描述其场变量（如速度或位移）并依据一定的原理建立各物理
量之间的关系式；
(3) 将各个单元所建立的关系式加以集成，得到一个与有限个节点相
关的总体方程。

解此总体方程，即可求得有限个节点的未知量（一般为速度或位移），进而求
得整个问题的近似解，如应力应变、应变速率等。

所以有限元法的实质，就是将具有无限个自由度的连续体，简化成
只有有限个自由度的单元集合体，并用一个较简单问题的解去逼近
复杂问题的解。

2. levy-mises 理论的基本假设是什么？
答： levy-mises 理论是建立在以下四个假设基础上的：
(1) 材料是刚塑性材料，即弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总
的应变增量；
(2) 材料符合 mises 屈服准则，即；
(3) 每一加载瞬时，应力主轴与应变增量主轴重合；
(4) 塑性变形时体积不变，即，所以应变增量张量就是应变增量偏
张量，即
3．在塑性加工中润滑的目的是什么？影响摩擦系数的主要因素有哪些？
答：（1）润滑的目的是:减少工模具磨损；延长工具使用寿命；提
高制品质量；降低金属变形时的能耗。

（2）影响摩擦系数的主要因素：
答：1）金属种类和化学成分；
2）工具材料及其表面状态；
3）接触面上的单位压力；
4）变形温度；
5）变形速度；
6）润滑剂
4．简述在塑性加工中影响金属材料变形抗力的主要因素有哪些？答：（1）材料（化学成分、组织结构）；（2）变形程度；（3）变形温度；
（4）变形速度；（5）应力状态；（6）接触界面（接触摩擦）
5．为什么说在速度间断面上只有切向速度间断，而法向速度必须连续？
答：现设变形体被速度间断面sd分成①和②两个区域；在微段dsd 上的速度间断情况如下图所示。

根据塑性变形体积不变条件，以及变形体在变形时保持连续形，不
发生重叠和开裂可知，垂直于dsd上的速度分量必须相等，即u?u，而切向速度分量可以不等，造成①、②区的相对滑动。

其速度间断
值为[vt]?u?u ?
1
t?2t?1n?2n
6．何谓屈服准则？常用屈服准则有哪两种？试比较它们的同异点？答：（1）屈服准则：只有当各应力分量之间符合一定的关系时，质点才进入塑性状态，这种关系就叫屈服准则。

（2）常用屈服准则：密席斯屈服准则与屈雷斯加屈服准则。

（3）同异点：在有两个主应力相等的应力状态下，两者是一致的。

对于塑性金属材料，密席斯准则更接近于实验数据。

在平面应变状
态时，两个准则的差别最大为
15.5%
【篇三：金属塑性成型原理部分课后习题答案俞汉清
主编】
属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？
塑性----在外力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；塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能
完全恢复而产生的残余变形；
塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型
并获得一定力学性能
的加工方法，也称塑性加工或压力加工；
塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④
生产效率高
2.试述塑性成形的一般分类。

Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类
1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。

可分为一次成型和二次加工。

一次加工：
①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑
性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。

分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。

②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过
一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形
状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。

分正挤压、反挤压和复合
挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。

③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一
定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸
相同的小截面坯料的塑性成形方法。

生产棒材、管材和线材。

二次加工：
①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯
料锻成所需的形
状和尺寸的加工方法。

精度低，生产率不高，用于单件小批量或大
锻件。

②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产
生塑性变形，从
而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。

分开式模
锻和闭式模锻。

2）板料成型一般称为冲压。

分为分离工序和成形工序。

分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。

Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。

第二章
3.试分析多晶体塑性变形的特点。

1）各晶粒变形的不同时性。

不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。

2）各晶粒变形的相互协调性。

晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有 5个独立的滑移系启动才
能保证。

3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。

add：
4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。

5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。

6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。

7）时间性。

hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单
晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。

4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。

①晶粒越细，变形抗力越大。

晶粒的大小决定位错塞积群应力场到
晶内位错源的距离，而这个距离又影响位错的数目n。

晶粒越大，这
个距离就越大，位错开动的时间就越长，n也就越大。

n越大，应力
场就越强，滑移就越容易从一个晶粒转移到另一个晶粒。

②晶粒越细小，金属的塑性就越好。

a．一定体积，晶粒越细，晶粒数目越多，塑性变形时位向有利的晶
粒也越多，变形能较均匀的分散到各个晶粒上；
b．从每个晶粒的应力分布来看，细晶粒是晶界的影响区域相对加大，使得晶粒心部的应变与晶界处的应变差异减小。

这种不均匀性减小了，内应力的分布较均匀，因而金属断裂前能承受的塑性变形量就
更大。

5.什么叫加工硬化？产生加工硬化的原因是什么？加工硬化对塑性
加工生产有何利弊？
加工硬化----随着金属变形程度的增加，其强度、硬度增加，而塑性、韧性降低的现象。

加工硬化的成因与位错的交互作用有关。

随着塑
性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结
果产生固定割阶、位错缠结等障碍，以致形成胞状亚结构，使位错
难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动。

这样，要是金属继
续变形，就需要不断增加外力，才能克服位错间强大的交互作用力。

加工硬化对塑性加工生产的利弊：
有利的一面：可作为一种强化金属的手段，一些不能用热处理方法
强化的金属材料，可应用加工硬化的方法来强化，以提高金属的承
载能力。

如大型发电机上的护环零件(多用高锰奥氏体无磁钢锻制)。

不利的一面：①由于加工硬化后，金属的屈服强度提高，要求进行
塑性加工的设备能力增加；
②由于塑性的下降，使得金属继续塑性变形困难，所以不得不增加
中间退火工艺，
从而降低了生产率，提高了生产成本。

6.什么是动态回复？为什么说动态回复是热塑性变形的主要软化机制？
动态回复是在热塑性变形过程中发生的回复(自发地向自由能低的方
向转变的过程)。

动态回复是热塑性变形的主要软化机制，是因为：
①动态回复是高层错能金属热变形过程中唯一的软化机制。

动态回
复是主要是通过位错的攀移、交滑移等实现的。

对于层错能高的金属，变形时扩展位错的宽度窄，集束容易，位错的交滑移和攀移容
易进行，位错容易在滑移面间转移，而使异号位错相互抵消，结果
使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态结晶所需的能量水平。

因为这类金属在热塑性变形过程中，即使变形程度很大，变形温度远高于静态再结晶温度，也只发生动态回复，而不发生动态再结晶。

add：动态再结晶容易发生在层错能较低的金属，且当热加工变形量很大时。

这是因为层错能低，其扩展位错宽度就大，集束成特征位错困难，不易进行位错的交滑移和攀移；而已知动态回复主要是通过位错的交滑移和攀移来完成的，这就意味着这类材料动态回复的速率和程度都很低(应该说不足)，材料中的一些局部区域会积累足够高的位错密度差(畸变能差)，且由于动态回复的不充分，所形成的胞状亚组织的尺寸小、边界不规整，胞壁还有较多的位错缠结，这种不完整的亚组织正好有利于再结晶形核，所有这些都有利于动态再结晶的发生。

需要更大的变形量上面已经提到了。

7.什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？动态再结晶是在热塑性变形过程中发生的再结晶。

动态再结晶和静态再结晶基本一样，也会是通过
形核与长大来完成，其机理也是大角度晶界(或亚晶界)想高位错密度区域的迁移。

动态再结晶的能力除了与金属的层错能高低(层错能越低，热加工变形量很大时，容易出现动态再结晶)有关外，还与晶界的迁移难易有关。

金属越存，发生动态再结晶的能力越强。

当溶质原子固溶于金属基体中时，会严重阻碍晶界的迁移、从而减慢动态再结晶的德速率。

弥散的第二相粒子能阻碍晶界的移动，所以会遏制动态再结晶的进行。

9.钢锭经过热加工变形后其组织和性能发生了什么变化？(参见 p27-
31)
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
10.冷变形金属和热变形金属的纤维组织有何不同？
冷变形中的纤维组织：轧制变形时，原来等轴的晶粒沿延伸方向伸长。

若变形程度很大，则晶粒呈现为一片纤维状的条纹，称为纤维组织。

当金属中有夹杂或第二相是，则它们会沿变形方向拉成细带状(对塑性杂质而言)或粉碎成链状(对脆性杂质而言)，这时在光学显微镜下会很难分辨出晶粒和杂质。

在热塑性变形过程中，随着变形程度的增大，钢锭内部粗大的树枝状晶逐渐沿主变形方向伸长，与
此同时，晶间富集的杂质和非金属夹杂物的走向也逐渐与主变形方
向一致，其中脆性夹杂物(如氧化物，氮化物和部分硅酸盐等)被破碎
呈链状分布；而苏醒夹杂物(如硫化物和多数硅酸盐等)则被拉长呈条状、线状或薄片状。

于是在磨面腐蚀的试样上便可以看到顺主变形
方向上一条条断断续续的细线，称为“流线”，具有流线的组织就称
为“纤维组织”。

在热塑性加工中，由于再结晶的结果，被拉长的晶
粒变成细小的等轴晶，而纤维组织却被很稳定的保留下来直至室温。

所以与冷变形时由于晶粒被拉长而形成的纤维组织是不同的。

12.什么是细晶超塑性？什么是相变超塑性？
①细晶超塑性它是在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满足要
求的条件下所。