深度塑性变形工艺
冲裁工艺分析
4) 毛刺 毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模
和凹模的刃口切入被加工材料一定深度时，刃口正面 材料被压缩，使裂纹起点不会在刃尖处发生，而是在 模具侧面距刃尖不远的侧面
上，在拉应力作用下，裂纹
加长，材料断裂而产生毛刺。
μ是摩擦系数， μF1、μF2——凸、凹模侧面与板材间 的摩擦力
板材由于受到模具表面的力偶作用而弯曲，并从模具表面上翘起， 使模具表面和板材的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域，宽度 约为板厚的0.2～0.4。接触面间相互作用的垂直压力分布并不均匀， 随着向模具刃口的逼近而急剧增大。
冲裁中，板材的变形是在以凸模与凹模刃口连线为中 心而形成的纺锤形区域内最大，即从模具刃口向板料 中心，变形区逐步扩大。
刺按磨损后的刃口形状，成为根部很厚的大毛 刺。
3 提高断面质量的措施
通过增加光亮带的高度或采用整修工序 来实现。
增加光亮带高度的关键是延长塑性变形阶段，推迟裂 纹的产生，要求材料的塑性好，对硬质材料要尽量进 行退火；
要选择合理的模具间隙值，并使间隙均匀分布，保持 模具刃口锋利。
当间隙过大时
材料的弯曲和拉伸增大，接近于胀形破裂状态，容易 产生裂纹，使光亮带所占比例减小。
材料在凸、凹模刃口处产生的裂纹会错开一段距离而 产生二次拉裂，断面的垂直度差，毛刺大而厚，难以 去除，使冲裁件断面质量下降。
3) 模具刃口状态的影响
刃口越锋利，拉力越集中，毛刺越小。 当刃口磨损后，压缩力增大，毛刺也增大。毛
便产生微裂纹。
3 断裂分离阶段
凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂 纹不断向板材内部扩展，若间隙合理，上、下 裂纹则相遇重合，板料被拉断分离。断面上形 成一个粗糙的区域。当凸模再下行，冲落部分 将克服摩擦阻力从板材中推出，全部挤入凹模
第二章 金属材料的塑性变形与性能
9
根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力 b）压缩载荷 —压力 c）弯曲载荷 --弯力 d）剪切载荷--剪切力 e）扭转载荷--扭转力
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2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在 材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。
2
§1.金属材料的损坏与塑性变形
1.常见损坏形式
a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性的现象。
c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
3
2.常见塑性变形形式 1）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）
28
2）应用范围 主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理后的各种软钢或硬度较低的 材料。 3）优、缺点 优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均 性能；适合对毛坯及半成品测定。 缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不适合对成品及薄壁零件的测定。
29
2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛 1）定义 采用金刚石压头直接测量压痕深度来表示材料的硬度值。 2）表示方法
11
3.应力 （1）定义 单位面积上所受到的力。 （2）计算公式 σ= F/ S（ MPa/mm2 ） 式中： σ——应力； F ——外力； S ——横截面面积。
12
二、金属的变形 金属在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。
基于有限元分析的深度塑性变形技术研究进展
基于有限元分析的深度塑性变形技术研究进展刘帅;彭必友;孙鹏飞;周超;羊凡【摘要】It is very important to research severe plastic deformation (SPD) techniques, which can make material produce ultra-fine-grain organizations and improve the properties of the material significantly. In recent years, SPD became a hot spot in research. In this paper, principles, characters, applications and development of SPD techniques were introduced and the simulation and parameter optimization process of SPD by using the finite element method were summarized. The existing problems and development prospects of SPD were also presented.%介绍了几种深度塑性变形工艺的工作原理、特点及发展状况,综述了有限元分析技术对深度塑性变形过程的模拟和对其工艺参数的优化,概述当前有限元法在模拟深度塑性变形过程中的应用和重大作用,并指出其存在问题和发展前景.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】7页(P106-112)【关键词】深度塑性变形;有限元分析;等径角挤压;高压扭转【作者】刘帅;彭必友;孙鹏飞;周超;羊凡【作者单位】西华大学材料科学与工程学院四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院四川成都610039;西华大学材料科学与工程学院四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TG146.1;TG376材料是人类赖以生存和发展的物质基础，随着各行业的飞速发展，对材料性能的要求越来越高。
金属塑性成形
第四章金属塑性成形在工业生产中，金属塑性成形方法是指：金属材料通过压力加工，使其产生塑性变形，从而获得所需要工件的尺寸、形状以及性能的一种工艺方法。
常用的金属塑性成形方法如下：自由锻造：手工自由锻、机器自由锻锻造成形模型锻造：锤上模锻、压力机上模锻金属塑性成形冲压成形、挤压成形、拉拔成形、轧锻成形金属材料经过塑性成形后，其内部组织更加致密、均匀，承受载荷能力及耐冲击能力有所提高。
因此凡承受重载荷及冲击载荷的重要零件，如机床主轴、传动轴、齿轮、曲轴、连杆、起重机吊钩等多以锻件为毛坯。
用于塑性成形的金属必须具有良好的塑性，以便加工时易于产生永久性变形而不断裂。
钢、铜、铝等金属材料具有良好的塑性，可进行锻压加工；铸铁的塑性很差，在外力作用下易裂碎，不用于锻压。
在金属塑性成形方法中，锻造、冲压两种成形方法合称锻压，主要用于生产各种机器零件的毛坯或成品。
挤压、拉拔、轧锻三种成形方法是以生产金属材料为主，如型材、管材、线材、板料等，也用于制造某些零件，如轧锻齿轮、挤压活塞销等。
第一节锻造锻造是金属热加工成形的一种主要加工方法，通常采用中碳钢和低合金钢作锻件材料，锻造加工一般在金属加热后进行，使金属坯料具有良好的可变形性，以保证锻造加工顺利进行。
基本生产工艺过程如下：下料→坯料加热→锻造成形→冷却→热处理→清理→检验。
一、锻坯的加热和锻件的冷却1．加热的目的锻坯加热是为了提高其塑性和降低变形抗力，以便锻造时省力，同时在产生较大的塑性变形时不致破裂。
一般地说，金属随着加热温度的升高，塑性增加，变形抗力降低，可锻性得以提高。
但是加热温度过高又容易产生一些缺陷，因此，锻坯的加热温度应控制在一定的温度范围之内。
2．锻造温度范围各种金属材料在锻造时允许的最高加热温度，称为该材料的始锻温度。
加热温度过高会产生组织晶粒粗大和晶间低熔点物质熔化，导致过热和过烧现象。
碳钢的始锻温度一般应低于其熔点100～200︒C，合金钢的始锻温度较碳钢低。
金属的塑性变形
在某些特定条件下，金属晶体的一部分相对于另一部分沿一定轴进 行镜像对称的移动，形成孪晶。
扩散机制
金属在高温下，原子扩散能力增强，通过原子间的相互移动实现塑 性变形。
应力-应变关系与曲线分析
应力-应变关系
描述金属在塑性变形过程中所受应力 与产生的应变之间的关系。应力是单 位面积上的内力，应变是物体形状或 体积的改变程度。
热处理工艺改进
退火处理
通过退火处理可以消除金属材料内部的残余应力，改善其组织结 构和力学性能，从而提高其塑性变形能力。
正火处理
正火处理可以使金属材料获得细化的晶粒和均匀的组织，提高其 强度和塑性。
回火处理
回火处理可以消除淬火应力，稳定金属材料的组织和性能，进一 步提高其塑性变形能力。
微观组织调控手段
热处理工艺对塑性影响
01
退火处理
退火处理可以消除金属内部的残余应力，改善组织结构，提高其塑性。
例如，冷加工后的金属经过退火处理，可以恢复其塑性和韧性。
02
正火处理
正火处理可以使金属获得细化的晶粒和均匀的组织，从而提高其塑性和
韧性。正火处理常用于改善中碳钢的切削性能和力学性能。
03
淬火处理
淬火处理可以使金属获得马氏体组织，提高其硬度和强度，但会降低其
金属的塑性变形
目 录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属塑性变形过程中的组织结构演变 • 影响金属塑性变形能力因素探讨 • 金属塑性变形实验方法及技术应用 • 提高金属材料塑性变形能力策略探讨 • 总结：金属塑性变形研究意义与未来发展趋势
塑性变形基本概念与
01
原理
塑性变形定义及特点
塑性变形定义
利用电子显微镜的高分辨率和 高放大倍数，观察金属的微观 组织和结构缺陷，如位错、层 错、孪晶等。这些信息有助于 深入了解金属的塑性变形机制 和强化机制。
哈工大崔忠圻老师金属学与热处理课件金属的塑性变形ppt
04 试验标准
GB/T228.1-2010、ASTM E8/E8M-13等。
压缩试验
定义
压缩试验是测定材料在静压力作 用下变形与破坏的力学性能试验 。它可以模拟材料在承受静载荷 时的变形和破坏行为，评估材料 的抗压强度和塑性。
目的
压缩试验可以用来评估材料的抗 压强度、屈服点和塑性等力学性 能，为工程结构的设计和使用提 供依据。
03
金属的塑性变形应用
塑性变形在工业中的应用
1 2 3
生产制造
通过塑性变形工艺，可以生产出各种形状的零 部件和产品，如锻件、冲压件、挤压件等。
设备安装
利用塑性变形的原理，可以通过冷装、热装等 方法，将大型设备安装到预定位置，提高设备 的稳定性和可靠性。
维修维护
在一些设备的维修和维护中，也常常需要应用 塑性变形的原理，如矫正、校直等。
孪晶
在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面和晶向产生平移 ，并形成与主晶面平行的新晶面。这种变形机制主要受到晶体结构和相变的影响 。
晶界与界面
晶界
晶体之间的边界，是晶体结构中的缺陷之一。在塑性变形过 程中，晶界可以成为位错滑移的障碍，从而影响材料的塑性 变形行为。
界面
不同相之间的接触面，如金属与非金属之间的界面。界面可 以影响材料的强度、硬度等力学性能，并对塑性变形产生影 响。
01
在结构材料的加工过程中，常常需要应用塑性变形的原理，如
钢材的轧制、拉拔等。
结构材料的性能改善
02
通过塑性变形，可以改善结构材料的性能，如提高材料的强度
、硬度、韧性等。
结构材料的应用
03
在建筑、航空航天、汽车等领域中，也常常需要应用塑性变形
直杆受弯超载截面表层塑性变形深度的确定
摘
要 ：为了提 高金属零部件的强度，常采用 预先使零件承受超载，使局部产生塑性变形 。圆截面直杆，在超 载
弯曲情况下 ，如何求表层塑性变形深度。杆件在弯矩作用下 ，其轴线要发生弯曲，其 曲率是求截面应力、应变和 塑性变 形深度 的关键物理量。先给 定若干个 曲率再求 出若干个与之对 应的弯矩 ，绘 出二者一一对应 的关系 曲线 ，
第２ ９卷增
Ｖ１９ ｏ２ ＿．
刊
辽 宁工程 技 术大 学学报 （自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｏ ｉｇＴ ｃ ｎ ｃ ｌ ｉｅｓ ｙ （ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ｏ ｒ ａ ａ ｎｎ ｅ ｈ ｉａ Ｕｎｖ ｒｉ ｏＬ ｔ Ｎａｕ ａ ｉｎ ｅ） Ｓ
２１ ０ ０年 ５月
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｉ ｒ ｖ ｅ ｓ ｎ ｔ ｆ ｅａ ａｔＷ Ｅ ｏ ｅ ｋ ｗｅ ａ ａ ｔ ｓａ ｄ ｏ ｅ ｌ ａ Ｏ ｔ ａ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ￣ｅ ｇ ｈ ｏ ｔ ｌ ｒ ｈ ｍ ｐ ｓ ｆ ｎ ｍａ ｅ ｔ ｌ ｎｓｗｉ ｔ ｎ ｖ ｒ ｄ Ｓ ｔ ｔ ｐ ｈ ｏ ｈ
ｄ ｔｒ ｉ ｅｔ ｕｒ ａ ｕ ｅｃ ｒ ｓ ｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ａ ｎ ｎｇｍｏ ｅ ｔ ｅ ｅｍ ｎ ｈｅｃ ｖ ｔ ｒ ｏｒｅ ｐｏ ｄ ｎ ｏ ａ ｔ ｌ ｕ ｂｅ ｄｉ ｍ ｎ
Ｋ ｅ ｒ ｓ ｓ ａ ｇ ｔ ｏ ｎ ｅ ｖ ｒｏ ｄ； ｅａ ｔ ｎ ｌ ｓｉ ｅ ｏ ａ ｉｎ； ｒ ｄ ｕ ｆ ｕ ｖ ｔ ｒ ； ｄ ｐ ｈ ｏ ｓ ｒａ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｔ ｉ ｈ ｄｕ ｄ ｒ ｅ ｌ ａ ｒ ｒ ｏ ｌｓｉ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｃ ｃ ｍ ａ ｉ ｓｏ ｃ ｒ ａ ｅ ｕ ｅ ｔ ｆ ｕｆ ｃ
《材料力学性能》第三章塑性变形
3.4.3 弯曲试验
1、弯曲试验分为三点弯曲和四点弯曲，试样主要有矩形 截面和圆形截面。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
试验时，在试件跨距的中心测定绕度，绘成P～fmax关系 曲线，即弯曲图。
由左图可知，塑性材料的 力学性能由拉伸试验测定， 而不采用弯曲试验；脆性 材料根据弯曲图求得：
Mb bb ; M b Pb L 4 , Pb K 2 W 3 W d 0 32, bh2 6
生产上用得最多的是A级、B级和C级，即HRA(金钢石圆锥压头、 60kgf负荷)，HRB(1/16"钢球压头、100kgf负荷)和HRC(金钢石圆 锥压头、150kgf负荷)，而其中又以HRC用得最普遍。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
洛氏硬度的测量方法
洛氏硬度试验过程示意图
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
2、洛氏硬度 洛氏硬度的测量原理 洛氏硬度是以压痕陷凹深度作为计量硬度值的指标。
洛氏硬度的压头分硬质和软质两种。硬质的由顶角为120°的金 钢石圆锥体制成，适于测定淬火钢材等较硬的金属材料；软质的 为直径1/16“(1.5875mm)或1/8”(3.175mm)的钢球，适于退火钢、 有色金属等较软材料硬度值的测定。洛氏硬度所加负荷根据被试 金属本身硬软不等作不同规定，随不同压头和所加不同负荷的搭 配出现了各种称号的洛氏硬度级。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
维氏硬度
维氏硬度试验法开始于1925年。 维氏硬度的测定原理和布氏硬 度相同,也是根据单位压痕陷凹 面积上承受的负荷，即应力值 作为硬度值的计量指标。
所不同的是维氏硬度采用锥面夹角为136°的四方 角锥体，由金钢石制成。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
大塑性变形技术的研究与发展现状
研究方法
大塑性变形技术的研究方法主要包括实验设计、数据采集和理论分析。实验 设计是对材料的成分、制备工艺、塑性变形条件等进行研究和优化，以获得最佳 的实验效果。数据采集则是对实验过程中材料的各种性能指标进行实时监测和数 据记录，如力学性能、微观结构等。理论分析是对实验数据进行分析和建模，探 讨材料的变形机制和性能演变规律，为优化实验方案提供理论支持。
总之，混凝土损伤与塑性变形计算是土木工程和材料科学领域的重要研究内 容，对于建筑、道路桥梁、水工结构等领域的混凝土结构的可靠性、安全性和耐 久性有着重要的影响。在未来的研究中，需要进一步深入探讨混凝土损伤与塑性 变形的内在机制和相互作用关系，不断完善相关的计算理论和模型，提高计算精 度和效率，以更好地服务于工程实践。
3、未来变形监测技术在其他领 域的应用探索
未来变形监测技术不仅在传统的工程建设和地质灾害防治等领域有广泛应用， 还可以拓展到其他领域。如城市管理领域，通过变形监测技术可以实现对城市建 筑、桥梁等基础设施的实时监测和预警，为城市管理提供科学依据；在环境保护 领域，变形监测技术可以对环境污染、生态变化等进行监测和评估，为环境保护 提供技术支持。
结论
现代变形监测技术在工程建设、地质灾害防治等领域中发挥着越来越重要的 作用。本次演示介绍了现代变形监测技术的现状和未来发展趋势，探讨了未来变 形监测技术的研究方向和重点，并分享了未来变形监测技术在其他领域的应用探 索。随着科技的不断发展，相信未来的变形监测技术将会更加成熟、高效、可靠， 为人类的生产生活提供更加优质的服务。
参考内容
混凝土损伤与塑性变形计算是土木工程和材料科学领域的重要研究方向。在 建筑工程、道路桥梁、水工结构等领域，混凝土作为一种主要的建筑材料，其损 伤与塑性变形对于结构的可靠性、安全性和耐久性有着重要的影响。因此，开展 混凝土损伤与塑性变形计算的相关研究具有重要的实际意义和理论价值。
塑性加工
钳口、压肩、倒棱等
(3)修整工序——为减少锻件表面缺陷（不平、歪扭等）进行的
工序。如校正、滚圆、平整等
SUST
金属工艺学
一、自由锻
基本工序
SUST
金属工艺学
一、自由锻
基本工序
圆截面拔长
SUST
金属工艺学
一、自由锻
基本工序
矩形截面拔长
SUST
金属工艺学
一、自由锻
基本工序
SUST
金属工艺学
一、自由锻
SUST
金属工艺学
二、变形工序(拉深)
拉深：使坯料在凸模的作用下压入凹模， 获得空心体零件的冲压工序。
SUST
金属工艺学
二、变形工序(拉深)
变形过程
SUST
金属工艺学
二、变形工序(拉深)
拉深中的废品
拉裂（拉穿）
起皱
SUST
金属工艺学
二、变形工序(拉深)
防止皱折：加压边圈 压边力不宜过 大能压住工件不致 起皱即可。
（2）应变速率:也称变形速度，是应变相对于时间的变化率。
SUST
金属工艺学
三、金属的可锻性
（3）应力状态：通过受力物体内一点的各个截面上的应力状况
简称为物体内一点处的应力状态，常用主应力图来定性地说明。
压应力数量越多，数值越大，金属的塑性就越好。
SUST
金属工艺学
利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中变形， 从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法称为锻造。
一、分离工序(冲裁)
冲裁变形过程
a圆角带 b光亮带 c断裂带 d毛刺
SUST
金属工艺学
一、分离工序(冲裁)
凸凹模间隙 考虑到模具制造 中的偏差及使用 中的磨损，生产 中通常是选择一 个适当的范围作 为合理间隙，这 个范围的最小值 称为最小合理间 隙，最大值称为 最大合理间隙。
金属塑性变形的实质
象。 产生该缺陷后，性能极脆，并不能挽救，只能报废。 • 停止锻造的温度称为终锻温度，指金属热变形允许的最低温度。终锻温度过
低，金属的加工硬化严重，变形抗力急剧增加，使加工难于进行。
碳钢的锻造温度范围
2）变形速度
挤 压 Drucken
挤压是将金属坯料放入挤压模具中，在压力作用下使坯料从模孔中挤出 而变形的加工工艺。
多数实心或空心截面都可以通过挤压成形获得。由于挤出过程中，模具 的几何形状不变，因此挤出件具有恒定的截面。
挤出成形可在室温或高温下成形， 这主要取决于材料的塑性。由于要用到 模膛，每个毛坯要单独挤压，因此挤压 是一种分批的或半连续的成形工艺。
锻性越好。 • 二、影响可锻性的因素 • 1．金属的本质 • 化学成分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳和合金元素的质量
分数的增加而变差。 • 组织结构 固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（如渗碳体）差。金
属在单相状态下的可锻性比在多相状态下的好。 • 细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。（但变形抗力较大）
5、模锻 模锻是利用冲击力或压力，使放在锻模模膛内的金属坯料变 形，最后充满模膛而成形的压力加工方法。
6、板料冲压 板料冲压是利用压力，使放在冲模间的金属板料产生分 离或变形的压力加工方法。
自由锻 Freiformen (schmieden)
自由锻是指金属坯料在锻造设备的上、下抵铁或简单 的工具之间，受冲击力或压力产生塑性变形，从而获得 所需形状和尺寸的锻件的压力加工方法。由于金属坯料 在抵铁间受力变形时，沿变形方向可以自由流动，不受 限制。
回复和再结晶
• 1．回复
金属的塑性变形和断裂分析课件
腐蚀速率
金属腐蚀的速度，通常以单位 时间内腐蚀的深度或质量损失
表示。
腐蚀防护采用涂层、电镀、缓来自剂等措 施来减缓金属的腐蚀速率。
提高金属抗疲劳和抗腐蚀的方法
材料选择
选择具有优异抗疲劳和抗腐蚀 性能的材料，如不锈钢、钛合
金等。
表面处理
采用喷涂、电镀、化学镀等表 面处理技术，提高金属表面的 耐腐蚀性能。
金属的塑性变形和断 裂分析课件
目录
CONTENTS
• 金属的塑性变形 • 金属的断裂分析 • 金属的塑性和韧性 • 金属的强度和硬度 • 金属的疲劳和腐蚀
01 金属的塑性变形
塑性变形的定义
塑性变形：金属在受到外力作用 时，发生的不可逆的形状变化。
塑性变形是一种不可逆的永久变 形，即使外力撤去，也无法恢复
温度
温度对金属的塑性变形有显著影响，温度升高， 金属的塑性增加，更容易发生塑性变形。
应变速率
应变速率越快，金属的塑性越差；应变速率越慢 ，金属的塑性越好。这是因为应变速率快时，金 属内部的应变硬化速度跟不上应变速率，导致金 属容易发生断裂。
02 金属的断裂分析
断裂的定义和分类
总结词
断裂是金属材料在受力过程中发生的永久性结构变化，通常表现为突然的开裂或分离。
强度和硬度在一定程度上可以相互转换，但转换公式因材料和测试方法 而异。
强度和硬度的关系对于材料的选择和应用具有重要的指导意义，例如在 机械零件的设计和制造中，需要根据零件的工作条件和要求合理选择材 料的强度和硬度。
05 金属的疲劳和腐蚀
金属的疲劳
疲劳定义
金属在循环应力作用下 ，经过一段时间后发生
提高金属塑性和韧性的方法
合金化
机械加工中的塑性变形与损伤分析
机械加工中的塑性变形与损伤分析在机械加工过程中，塑性变形和损伤是经常出现的问题。
塑性变形是指在外力作用下，材料发生形状改变但不恢复原状的现象。
而损伤则是指材料在外力作用下发生断裂、破碎等现象。
本文将探讨机械加工中的塑性变形与损伤，以及对其进行分析和控制的方法。
一、塑性变形分析在机械加工中，材料会受到各种力的作用，导致塑性变形。
其中最常见的是切削力。
切削力在切削过程中会引起材料的塑性变形。
塑性变形主要表现为切削刃上的金属屑的形成。
这些金属屑来自于材料的切屑产生过程。
切屑的形成是材料受力后发生塑性变形的结果。
塑性变形的产生原因有多个方面，其中最主要的是外力作用。
在机械加工中，切削力是引起材料塑性变形的主要原因。
切削力大小与切削速度、切削深度、切削角度等因素有关。
当切削力超过材料的抗拉强度时，就会引起塑性变形。
此外，材料的硬度、韧性等特性也会影响塑性变形的发生。
塑性变形对机械加工的影响是多方面的。
首先，塑性变形会引起材料的形状改变，使得加工件的尺寸和形状不符合要求。
其次，塑性变形还会造成加工表面的质量下降，影响产品的使用寿命。
此外，塑性变形还会引起加工过程中的能量消耗增加，从而增加了加工成本。
二、损伤分析在机械加工中，损伤是不可避免的。
损伤可以分为两种类型：表面损伤和体积损伤。
表面损伤包括划痕、凸起和铸砂等。
体积损伤包括裂纹、孔洞和脱屑等。
损伤的产生原因主要是由于材料在加工过程中受到的应力超过了其抗拉强度而引起的。
这些应力可以是来自于刀具的切削力，也可以是来自于加工过程中的振动、冲击等。
当应力超过材料的抗拉强度时，就会出现损伤。
此外，材料的硬度、韧性等特性也会影响损伤的发生。
损伤对机械加工的影响是显而易见的。
首先，损伤会导致加工件的尺寸和形状不符合要求，影响产品的质量。
其次，损伤还会影响加工件的使用寿命，降低其可靠性和安全性。
此外，损伤还会引起加工表面的质量下降，增加后续处理工序的难度。
三、塑性变形与损伤分析方法为了分析和控制机械加工中的塑性变形与损伤，可以采用以下方法：1.力学分析力学分析是分析塑性变形和损伤的常用方法之一。
材料力学中的塑性变形与材料强度研究
材料力学中的塑性变形与材料强度研究引言：材料力学是研究固体材料的力学性质和变形行为的科学，塑性变形是材料力学中一个重要的课题，对材料强度研究起着重要的作用。
本文将从塑性变形和材料强度两方面讨论材料力学的研究现状和未来发展。
一、塑性变形塑性变形是指材料在受力作用下发生形变，并保留形变后的状态。
与弹性变形不同，塑性变形是不可逆的，并且在材料中产生永久的形变。
塑性变形的研究对于材料工程、金属材料的精炼和半导体材料的制备等领域具有重要意义。
1.1 塑性变形的机制塑性变形的机制主要有滑移、位错和相变等。
滑移是材料中原子或离子的重新排列，使晶体产生形变。
位错是晶格中的缺陷，通过位错的运动产生塑性变形。
相变是材料结构由一种形式转变为另一种形式，从而实现形变。
这些机制相互作用，共同参与塑性变形的发展。
1.2 塑性变形的影响因素塑性变形的发生和发展受到多方面因素的影响，包括温度、应变速率、晶体结构等。
温度的升高会增大材料的晶粒尺寸，从而降低材料的塑性变形能力。
应变速率的增加会导致材料的形变出现快速而剧烈的滑移，增大应变硬化，使材料更难发生塑性变形。
晶体结构的不规则性也会影响材料的塑性变形，如晶界、孪晶等。
二、材料强度研究材料强度是指材料在承受外力时能够维持其形状和抵抗破坏的能力。
材料强度的研究是材料力学研究的一个重要分支，对于工程设计和材料选择具有重要意义。
2.1 强度的分类材料强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等多个方向上的强度。
不同方向上的强度反映了材料在受力时的变形特征和抗破坏能力。
不同形状和组成的材料强度也会有差别，这需要经过实验和理论分析来研究和确定。
2.2 强度的测定材料强度的测定是材料力学研究中的一项关键工作。
常用的测定方法有拉伸试验、压缩试验、剪切试验等。
通过实验数据的收集和分析，可以确定材料的强度和断裂性能。
这些数据对于工程设计和评估材料性能具有指导意义。
三、材料力学研究的展望材料力学研究具有重要的科学意义和应用价值，随着科学技术的不断进步，材料力学的研究也在不断发展。
金属切削过程中的三个变形区
金属切削过程中的三个变形区金属切削过程是工业生产中不可或缺的生产工艺之一，它是制造各种零部件的基础。
而在这一过程中，金属材料受到了各种形变和力的影响，这些变形对于零件的质量和加工精度具有很大的影响。
在金属切削过程中，主要涉及三个变形区，它们包括：塑性变形区、热变形区和弹性变形区。
一、塑性变形区金属材料在受到外力的冲击时，往往会发生一定的体积变形，称为塑性变形。
塑性变形区主要发生在工件表层，并且具有一定的深度，常常是厚度的几个百分点。
在这个区域中，金属材料受到了很大的塑性变形，导致晶体的再定向和晶界滑移，原有的晶粒被分解成了更小的晶粒，而这些新生的晶粒往往具有更优良的力学性能和加工性能。
二、热变形区金属在加工过程中会产生热量，这些热量会使得工件表面温度升高，形成热变形区。
热变形区主要是针对高速切削，刀具与工件接触的区域受到的温度热力大，导致金属材料发生热膨胀和热软化。
这个区域内的晶粒被高温的热力影响下重新排列，晶界出现了位错、导致晶体再定向，从而改变了材料力学性能，对于提高精度和表面质量有很大的影响。
三、弹性变形区弹性变形区主要是针对较低速切削。
在这个区域中，金属材料受到外力的冲击时，会产生一定的表层弹性变形，但是后者又会回复到初始状态。
这个区域中，金属材料受到的变形相对较小，不会引起晶界滑移和晶粒再定向，但是也会对后续的加工和表面质量产生一定的影响。
总的来说，塑性变形区、热变形区和弹性变形区在金属切削过程中都有着不同的作用，对于后续加工、表面质量和零件的精度都有着很大的影响。
因此，在进行金属切削过程中，需要根据不同的加工要求来选择合适的切削条件，以减少变形，提高零件的精度和表面质量。
6061_铝合金棒滚压工艺及表面成形精度调控研究
精 密 成 形 工 程第16卷 第2期 62JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年2月收稿日期：2024-01-09 Received ：2024-01-09基金项目：国家自然科学基金（51705416，51705417）Fund ：The National Natural Science Foundation of China (51705416, 51705417) 引文格式：钟斌, 叶镇豪, 于正洋, 等. 6061铝合金棒滚压工艺及表面成形精度调控研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(2): 62-70. ZHONG Bin, YE Zhenhao, YU Zhengyang, et al. Burnishing Process and Control of Surface Forming Accuracy of 6061 Alumi-num Alloy Cylinder[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(2): 62-70. 6061铝合金棒滚压工艺及表面成形精度调控研究钟斌，叶镇豪，于正洋，王攀，李飞，肖力（西安科技大学 机械工程学院，西安 710054）摘要：目的 针对6061铝合金棒滚压成形工艺，研究不同滚压工艺参数对影响表面成形精度的接触深度与回弹量的影响规律。
方法 基于弹塑性理论，通过耦合滚压力、滚压球半径、工件半径等关键工艺参数，建立修正Hertz 接触预测数学模型，结合有限元数值模拟方法对接触深度与回弹量进行分析，并利用由滚压成形实验得到的塑性变形深度验证所构建预测数学模型的准确性。
结果 当滚压力为400、500、600 N 时，塑性滚压深度为33.99、44.32、52.78 μm ；滚压速度的变化对塑性滚压深度的影响不大，当滚压速度从500 r/min 增至700 r/min 时，塑性滚压深度变化不足2 μm 。
滚压加工中工件表层微塑性变形深度的解析分析和有限元验证
（ ｏ ｅｅ ｆ ｃ ａｉａ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ，ｏｔ ｈｎ ｎｖｒ ｔ ｏ Ｔ ｃ ｎｌ ｙＧ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｈｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ＳｕｈＣ ｉａ ｉｅ ｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ｕ ｎｚｏ １ ６ ， ｈｎ ） ｌ ｏ Ｍｅ ｉ Ｕ ｓｙ ｏ ４
加压使其表层产生微小塑性变形 ， 能改善表层 晶粒组织 ， 产生冷 （ａｅＡ ｓｔｄ ｕ ｉ ｉｇ等多种形式及各种组合工艺 。 Ｌｓｒ ｓｉｅ ｒ ｓ ｎ ） ｓ Ｂｎ ｈ
作硬化现象 ， 使表层材料存在残余压应力作用 ， 这对于提高零件
— 一
的耐磨 性 以及 抗疲 劳 强度 等具 有非 常 明显 的效 果 。
一
一
滚压正是利用了这一原理 ，它采用硬度高且表面光滑 的滚 轮、 滚柱和滚珠（ 材料为陶瓷 、Ｃ Ｎ或硬质合金等 ） 工件
十地
ｔ，ｕ ｔｌ ・ ｙ Ｕ
压缩残余应力
Ａ： 加压区域 Ｂ 塑性变形区域 ： Ｃ 平整区域 ： Ｄ： 滚压深度 Ｅ 弹性回复量 ：
ｑ ｉ ｍ ｎ ｕ ｙｏ ｕｎｓｉｇｍ ｃａ ｉ ｒ ａ ａ ｚｄ ｈ ｘ ｒｓ ｏｓｄ ｓｒ ｉ ｅｒｌ ｉｎｂ 一 ｕｒｅ ｔ ｏ ｓ ｄ ｎ ｂ ｒｉ ｎ ｈ ｎ ｍ ａｅｎ ｌ ｅ．Ｔ ｅｅｐｅｓ ｎ ｅｃｉ ｎ ｔ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｉ ｂｇｈ ａｏ
一
；ｐｏ ｓ ｅ ａｄ ｉ ｅ ｄ ｔ ｓ ｐｏｓ ｎ ｅ ｘｒ ｓ ｎ ｗｒ ｔ ｒ ｅｔ ｌａｏ ｏｔ ｏ ｅ ａ ｕ ｔｎ ａｄｈ ｅ ｅ ｉ ｓ ｏ ｓ ｕ ｖ ｖｉ ｎ ｈａ ｐ ｄ ｍ ｉ ｔ ｐ ｓ ｋｏ ． ｈ ｔ ｆ ｓ ｏ
拉伸成型深度和材料厚度的关系
拉伸成型深度和材料厚度的关系引言：拉伸成型是一种常见的金属加工工艺，通过对金属材料施加外力，使其产生塑性变形，以达到所需的形状和尺寸。
在拉伸成型过程中，拉伸成型深度和材料厚度是两个重要的参数。
本文将探讨拉伸成型深度和材料厚度之间的关系。
一、拉伸成型深度的定义和影响因素拉伸成型深度是指金属材料在拉伸成型过程中发生塑性变形的最大深度。
它通常由成型模具的几何形状和材料的力学性能决定。
以下是影响拉伸成型深度的主要因素：1.1 成型模具的几何形状成型模具的几何形状直接决定了拉伸成型的形状和尺寸。
模具的内部空间越大，金属材料就可以在成型过程中产生更大的塑性变形，从而实现更深的拉伸成型深度。
1.2 材料的力学性能材料的力学性能对拉伸成型深度也有重要影响。
材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率等指标决定了材料在拉伸过程中的变形能力。
一般来说，抗拉强度和屈服强度越高，材料的拉伸成型深度就越小；而延伸率越高，材料的拉伸成型深度就越大。
二、材料厚度对拉伸成型深度的影响材料厚度是指金属材料在拉伸成型过程中的初始厚度。
材料厚度对拉伸成型深度有重要影响，具体表现在以下几个方面：2.1 材料厚度与成型模具的匹配性材料厚度与成型模具的几何形状密切相关。
如果材料厚度过大，超过了模具的接受范围，就无法实现拉伸成型；反之，如果材料厚度过小，不足以填满成型模具的空间，也无法实现拉伸成型。
因此，材料厚度与成型模具的匹配性是保证拉伸成型深度的重要因素。
2.2 材料厚度与拉伸变形的均匀性材料厚度对拉伸变形的均匀性也有影响。
当材料厚度较大时，金属材料在拉伸过程中受到的应力分布相对均匀，变形也相对均匀，从而实现较大的拉伸成型深度。
而当材料厚度较小时，由于应力集中的问题，容易出现局部失效或变形不均匀现象，从而限制了拉伸成型深度的增加。
2.3 材料厚度与成型过程中的应力和变形材料厚度还会影响拉伸成型过程中的应力和变形。
一般来说，材料厚度越大，成型过程中的应力和变形就越小，从而实现更大的拉伸成型深度。
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左图绿线展示了SPD制备的超 细晶W在室温下的延展性能。
国内外研究现状 ASIPP
深度塑性变形工艺（SPD） 等通道角挤压 法（ECAP） 晶粒大小 致密度 低温韧脆/再结 晶性能 热加载性能/等 离子体辐照性 能 工艺优势 超细晶 +/… …/… 高压扭转法 （HPT） 纳米晶 +/… …/… 粉末冶金工艺（PM） 热等静压烧结 （HIP） 超细晶 超高压通电烧 结（RSUHP） 超细晶 …/… -/… 放电等离子体 烧结（SPS） 超细晶 …/… …/…
ECAP处理温度
在样品不产生开裂的情况下，ECAP处理温度越低，能获得的 晶粒尺寸越小，且大角晶界所占的比例越高
ECAP处理时施加背景压力
ECAP处理时背景压力的增加能阻止可能的样品断裂。
研究内容及拟采用的方法（2）
ASIPP
（2）ECAP制备不同掺杂（或合金化）W基材料的性能研究
掺杂物/合金化元素：钽、铼、钾、稀土氧化物、碳化物等 ；含量为<5% 性 能：微观形貌观察； 致密度、氧含量、热导率； 韧脆转变温度；再结晶温度 方 法：SEM/TEM 排水法、X荧光分析（XRF）、 微硬度测量/显微观察；微硬度测量
（3）超细晶/纳米晶W的各种辐照性能研究（与组内人员配合！！）
预期实验结果及进度安排
ASIPP
预期实验结果：
优化ECAP工艺，制备晶粒尺度<0.5um的超细晶/纳米晶W 通过不同掺杂（或合金化）w基材料的研究，探讨不同掺杂物对W基材料性 能的影响；并确定最佳掺杂（或合金化元素）
进度安排：
2011年7月前：完成工艺的优化 2011年11月前：制备不同掺杂的W基材料， 并完成对样品结构和机械性能的测试
参考文献
ASIPP
8、Yue Zhang, Artur V. Ganeev,Jing TaoWang, et al. Observations on the ductile-to-brittle transition in ultrafine-grained tungsten of commercial purity [J]. Mater Sci Eng A, 2009,503:37 9、H. Kurishita, S. Matsuo, H. Arakawa, et al. Development of re-crystallized W–1.1%TiC with enhanced room-temperature ductility and radiation performance [J]. J Nucl Mater, 2010,398: 87 10、Zhangjian Zhou, Gerald Pintsuka, Jochen Linke, et al. Transient high heat load tests on pure ultra-fine grained tungsten fabricated by resistance sintering under ultra-high pressure [J]. Fusion Eng Des,2010,85 :115 11、Youngmoo Kima, Kyong Ho Lee, Eun-Pyo Kim, et al. Fabrication of high temperature oxides dispersion strengthened tungsten composites by spark plasma sintering process [J]. Int J Refract Met Hard Mater, 2009,27: 842
ASIPP
开题报告
指导老师：罗广南
研究员
2010年11月20日
ASIPP
课题的意义及国内外研究现状
研究内容、拟采用的方法和手段 已有的工作基础 课题创新点 预期研究成果
研究进度安排
主要参考文献
课题的意义 ASIPP
研究背景：
快速加热和冷 却、热转化速 率快、烧结时 间短；
用于制备超细 晶/纳米晶W的 局限性
会引入杂质
已有的工作基础
ASIPP
实验室制备现状 （与南理工合作）： （1）获得W晶粒尺寸：0.9um
（未对SPD处理后样品进行轧制处 理）
（2）经ECAP处理后，纯W的 韧脆转变温度降低了约130℃
SPD处理材料微观结构特点： 高密度、非平衡、大角晶界的超 细晶/纳米晶
ASIPP
•包括热等静压（HIP）烧结、放电等离子体烧结（SPS）、超高压通电烧结 （RSUHP） 等工艺 •国内外已经就PM制备超细晶/纳米晶W基PFM进行了系统开发
国内外研究现状 ASIPP
制备超细晶/纳米晶W的制备途径之二： 深度塑性变形工艺（SPD）
•力的作用使块体材料产生大量剪切应变从 而使晶粒超细化的加工方法，可用于制备 高致密度、不受杂质污染的块体超细晶/纳 米晶材料 。
适当控制工艺，均可达到100%的理论密度 +/+ …/+
高致密度、无 杂质污染；可 连续处理，具 有大规模工业 生产的潜力 通常需在一定 温度下轧制处 理
高致密度、无 杂质污染；压 力大，晶粒尺 寸最小，可低 温加工难熔金 属 处理工艺不连 续，成本高； 制备大尺度样 品困难
样品致密度高， 快速加热和冷 均匀性好 却、热转化速 率快、烧结时 间短；超高压 有利于致密化 对先驱粉体要 求高；必须结 合适当的热处 理工艺才能获 得所需的性能 会引入杂质
课题的意义
ASIPP
超细晶/纳米晶W研究的提出：
理论研究： 自修复机制的发现可 能暗示着纳米晶W可 能缓解目前粗晶W的 辐照脆化、肿胀等问 题。
国内外研究现状
ASIPP
制备超细晶/纳米晶W的制备途径之一：粉末冶金工艺（PM）
•传统的PM工艺已相当成熟，但只能制备粗晶W；超细晶/纳米晶W要求探讨新的PM工 艺，关键在烧结的控制。
•包括等通道角挤压法（ECAP）、高压扭 转法（HTP）等工艺
• 目前可见报道中尚没有SPD用于开发W基 PFM的报道，但SPD制备W材在性能上已 经展示出诱人的前景。
Principles of Equal channel angular pressing
国内外研究现状 ASIPP
深度塑性变形工艺开发的超细晶/纳米晶W
• PFM的选择关系到聚变能开发的可行性和安全性，是聚变能开发中的关键问题之一；
•目前聚变装置中PFM主要使用C/Be/W；未来聚变堆以D、T为燃料， 且随着聚变装置进入 准稳态运行阶段，W因其熔点高、溅射率低等优异的综合性能而更具优势。
•W作为未来聚变堆PFM存在的难题：
1）低温脆化、再结晶脆化、中子辐照脆化； 2）高热流/高粒子流辐照下W表面的开裂、起泡、熔化及粒子滞留等。
参考文献
ASIPP
1、G. Federici, C.H. Skinner, J.N. Brooks, et al. Plasma--material interactions in current tokamaks and their implications for next step fusion reactors[J]. Nuclear Fusion,2001,41(12):1967 2、Joachim Roth, E. Tsitrone, A. Loarte, et al. Recent analysis of key plasma wall interactions issues for ITER[J] . J Nucl Mater,2009,390-391:1 3、Ruslan Valiev. Nanostructuring of metals by severe plastic deformation for advanced properties[J].Nature Mater, 2004,3:511 4、R.Z. Valiev, I.V. Alexandrov. Paradox of strength and ductility in metals processed by severe plastic deformation[J].J Mater Res, 2002,17(1):5 5、Graeme Ackland. Controlling Radiation Damage[J]. Science,2010, 327:1587 6、Q. Wei,T. Jiao ,K.T. Ramesh, et al. Mechanical behavior and dynamic failure of high-strength ultrafine grained tungsten under uniaxial compression [J]. Acta Materialia, 2006 ,54: 77 7、Q. Wei, H.T. Zhang, B.E. Schuster, et al. Microstructure and mechanical properties of superstrong nanocrystalline tungsten processed by high-pressure torsion [J]. Acta Materialia, 2006 54:4079
课题创新之处
ASIPP
通过将深度塑性变形工艺引入聚变堆W基面向等离子体材料的制备领域，细 化粗晶W基材料，获得具有：①致密度高②杂质含量低③晶粒尺度为几百纳米到 几十纳米④晶界密度高且主要为大角晶界 等微观结构特性的W基材料。钽、铼、 钾、稀土氧化物、碳化物等的微量添加可能提高W基材料的性能。
该新材料不仅致密度高、氧含量低，而且改善了粗晶W基材料的脆化性能 （包括：低温脆化、再结晶脆化、辐照脆化）、抗强热流加载和高通量等离子体 辐照等综合性能，适合作为面向等离子体材料在以D、T为燃料、长脉冲稳态运 行的聚变示范堆和商业堆中得到广泛应用。