金属塑性重点知识

金属塑性
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1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？
答：①在外力作用下使金属材料发生塑性成形而不破坏其完整性的能力称为塑性。

②金属材料在一定外力作用下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能的方法称
为塑性成形，也称为塑性加工或压力加工。

③组织、性能好；材料利用率高；尺寸精度高；生产效率高
2.塑性成型的一般分类？
答: Ⅰ. 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。

可分为一次加工和二次加工。

一次加工：
a)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。

b)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。

c)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：
a)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。

b)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。

c)板料成型一般称为冲压。

分为分离工序和成形工序。

i.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；
ii.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。

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1.与常规的塑性变形相比，超塑性变形具有哪些主要特征？
答：①：大伸长率②：无颈缩③：低流动力④：易成型
2.什么是细晶超塑性？什么是相变超塑性？
a)一定恒温，应变速率和晶粒度都满足要求，呈现的超塑性
b)要求具有相变或同素异构转变，一定的外力下，金属或合金在相变温度附近反复加
热和冷却，经过一定的循环次数后，获得很大的伸长率。

3.超塑性变形力学方程Y＝Kέm中，m的物理意义是什么？
a)m值指的是应变速率敏感指数：反应材料抗局部收缩或产生均匀拉深变形的能力。

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1.弹性状态进入塑性状态需要的理论假设：
a)连续性假设
b)匀质性假设
c)各向同性假设
d)初应力为零
e)体积力为零
f)体积不变假设
2.张量有哪些性质？
a)存在张量不变量张量的分量一定可以做成某些函数ƒ（P ij）这些函数值与坐标轴
的选取无关及不随坐标而变，这样的函数就叫做张量的不变量，对于二阶张量存在
三个独立的不变量
b)张量可以叠加张量几个同阶张量各对应的分量之和或差定义为同另一同阶张
量
c)张量可分对称张量、非对称张量、反对称张量若Pij=Pji，则为对称张量，若Pij
≠Pji则为非对称张量，若Pij=-Pzi则为反对称张量
d)二阶对称张量存在三个主轴和三个主值如取主轴为坐标轴，则两个下角标不同的
分量都将为零，只留下两个下角标相同的三个分量，称为主值
3.试说明应力偏张量和应力球张量的物理意义；
a)应力偏张量只能产生形状变化，而不能使物体产生体积变化，材料的塑性变形是由
应力偏张量引起的；
b)应力球张量不能使物体产生形状变化（塑性变形），而只能使物体产生体积变化。

4.等效应力有何特点？数学表达式？
a)等效应力是一个不变量
b)等效应力在数值上等于单向匀拉伸（或压缩）时的拉伸（或压缩）应力σ1 ，σ——=σ1
c)等效应力并不在表某一实际平面上的应力，因为不能在某一特定平面上表示
d)等效应力可以理解为代表一点应力状态中应力偏张量的综合作用
5.平面应力状态，平面应变状态，轴对称应力状态，纯切应力状态，各有什么特点？
a)
i.变形体内各质点与某方向轴垂直的平面上没有应力作用。

ii.σxσyτxy沿Z轴方向均匀分布。

b)
i.不产生变形的方向为主方向，与该方向垂直的平面上没有切应力
ii.在该方向有阻止变形的正应力
c)处于轴对称应力状态时，旋转体的每个子午面都始终保持平面，而且子午面之间夹
角不变。

d)450 方向面上只有正应力没有切应力，而且正应力为最大值
6.如何完整地表示受力物体内一点的应变状态？原因何在？用文字叙述
a)一点的可用该点三个互相垂直的方向上的九个应变分量来表示。

b)原因：若已知一点互相垂直的三个方向上的九个应变分量，则可求出过该点任意
方向上的应变分量，则该点的应变状态即可确定。

7.试说明应变偏张量和应变球张量的物理意义
a)应变偏张量εij ---- 表示变形单元体形状的变化；
b)应变球张量δij εm ---- 表示变单元体体积的变化；
c)塑性变形时，根据体积不变假设，即εm = 0，故此时应变偏张量即为应变张量
8.塑性变形时应变张量和应变偏张量有何关系？原因何在？
塑性变形时应变偏张量就是应变张量，这是根据体积不变假设得到的，即εm = 0，
应变球张量不存在了
9.用主应变简图来表示塑性变形的类型有哪些？
三个主应变中绝对值最大的主应变，反映了该工序变形的特征，称为特征应变。

如用主应变简图来表示应变状态，根据体积不变条件和特征应变，则塑性变形只
能有三种变形类型
a)压缩类变形，特征应变为负应变(即ε1＜0) 另两个应变为正应变。

b)剪切类变形( 平面变形)，一个应变为零，其他两个应变大小相等，方向相反。

c)伸长类变形，特征应变为正应变，另两个应变为负应变
10.屈服准则，屈服表面，屈服轨迹
a)屈服准则：在一定的变形条件( 变形温度、变形速度等)下，只有当各应力分量之
间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为屈服准则，也称塑性
条件，它是描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续
进行所必须遵守的力学条件；
11.常用的屈服准则有哪两个？如何表述分别写出其数学表达式？
常用的两个屈服准则是屈雷斯加屈服准则和米赛斯屈服准则
屈雷斯加屈服准则可以表述为：在一定的变形条件下，当受力体内的一点的最大
切应力ζmax达到某一值时，该点就进入塑性状体。

米赛斯屈服准则可以表述为：在一定的变形条件下，当受力体内一点的等效应力ζ
达到某一定值时，该点就进入塑性状态。

屈雷斯加屈服准则：σmax - σmin=2 * ζmax =C式中，σmax 、σmin ---- 代数
值最大、最小的主应力；C---- 与变形条件下的材料性质有关而与应力状态无关的
常数，它可通过单向均匀拉伸试验求的。

米赛斯屈服准则：
= σs
12.两个屈服准则有何差别？在什么状态下，两个屈服准则相同，什么状态下差别最大？
a)相同点：
i.屈服准则的表达式都与坐标轴无关，等式左边都是不变量的函数；
ii.三个主应力可以任意置换而不影响屈服，同时，认为拉应力和压应力的作用是一样的；
iii.各表达式都与应力球张量无关；
b)不同点：
i.屈雷斯加屈服准则没有考虑中间应力的影响，三个主应力大小顺序不知时，使
用不方便；而米塞斯屈服准则考虑了中间应力的影响，使用方便；
c)单向应力状态和轴对称应力状态两个准则相同
d)平面应变状态和纯切应力状态差值最大β=15.5%
13.对各项同性的硬化材料的屈服准则是如何考虑的？
a)“等向强化”模型要点：
i.材料应变硬化后仍然保持各向同性。

ii.应变硬化后屈服轨迹的中心位置和形状保持不变，也就是说在π平面上仍然是圆形和正六变形，只是大小随变形的进行而同心地均匀扩大。

14.塑性变形时，应力应变关系有何特点？为什么说塑性变形时应力和应变之间关系与加载
历史有关？
a)应力与应变的关系是非线性的，因此，全量应变主轴与应力主轴不一定重合
b)塑性变形时可认为体积不变，即应变球张量为零，泊松比v = 0.5
c)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
应力要高
d)塑性变形是不可逆的，与变形历史有关，即应力-应变关系不再保持单值关系
15.增量理论建立基础假设
a)材料是钢塑性材料，即弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量
b)材料符合米塞斯屈服准则，即σ——=σs
c)每一加载瞬时，应力主轴与应变增量主轴重合
d)塑性增量变形时体积不变
16.全量理论使用在什么场合？为什么？
全量理论适用在简单加载的条件下，因为在简单加载下才有应力主轴的方向固定
不变，也就是应变增量的主轴是和应力主轴是重合的，这种条件下对普朗特-路埃
斯方程积分得到全量应变和应力之间的关系，就是全量理论
17.在一般情况下，对应变增量积分是否等于全量应变？为什么？在什么情况下，这种积分
才成立？
一般情况下是对应变增量积分是不等于全量应变的，因为一般情况下塑性变形时
全量应变主轴与与应力主轴不一定重合。

在满足简单加载的的条件下，这种积分
才成立。

一般情况下很难做到比例加载，但满足几个条件可实现比例加载。

可参
看第三章第五节中全量理论的部分内容。

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1.塑性成型过程中的摩擦有哪些特点？
a)伴随有变形金属的塑性流动
b)接触面上压强高
c)实际接触面积大
d)不断有新的摩擦面产生
e)常在高温下产生摩擦
2.简述摩擦对塑性成型的不利影响
a)改变变形形体内应力状态，增大变形抗力
b)引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力
c)降低模具寿命
3.塑性成形中的摩擦分哪几种
干摩擦、边界摩擦、流体摩擦
4.产生摩擦的机理是什么？
a)表面凹凸学说
b)分子吸附学说
c)粘着理论
5.在计算金属塑性成型中的摩擦力时，常用的摩擦条件有哪几种？
a)库仑摩擦条件τ= μσn
b)常摩擦力条件τ= mK
当m = 1，即τ= τmax = K 这称为最大摩擦力条件
6.简述影响摩擦系数的主要因素？
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
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1.主应立法的基本原理和求解要点是什么？
主应力法的实质是将应力平衡微分方程和屈服方程联立求解。

基本假设：
①把问题简化成平面问题或轴对称问题。

②根据金属的流动趋向和所选取的坐标，对变形体截取包括接触面在内的基元体
或基元板块，切面上的正应力假定为主应力，且均匀分布。

③由于以任意应力分量表示的屈服方程是非线性的，即使对于平面问题或轴对称
问题，也难将其与平衡微分方程联接。

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1.什么是滑移线？什么是滑移线场？
a)滑移线：金属由晶体组成，其塑性变形主要是通过内部原子滑移的方式而实现，滑
移痕迹可以在变形后的金属表面上观察到，我们将塑性变形金属表面所呈现的由滑
移而形成的条纹称为滑移线。

b)滑移线场：经研究证明，滑移线就是塑性变形体内最大切应力的轨迹线，因为最大
切应力成对出现，相互正交，因此，滑移线在变形体内呈两族相互正交的网络，即
所谓的滑移线场
2.什么是滑移线的方向角？其正负号如何确定？
答：α线的切线方向与ox 轴的夹角以w表示（见图19-8），并规定ox 轴的正向
为w角的量度起始线，逆时针旋转形成的w 角为正，顺时针旋转形成的w角为
负
3.判断滑移线族性的规则是什么？
a)当α、β族线构成右手坐标系时，代数值最大的主应力σ1的作用方向位于第一与
第三象限；
b)滑移线两侧的最大切应力组成顺时针方向的为α线，组成逆时针方向的为β线
c)当已知主应力σ1和σ3的方向时，将它们沿顺时针方向旋转45 角，即得α、β族
线。

4.写出亨盖应力方程式。

该方程有何意义？它说明了滑移线场的那些重要特性？
答：平面应变状态下的应力分量完全有σm和K 来表示。

而K为材料常数，故而只要能找到沿滑移线上的σm的变化规律。

则可求得整个变形体的应力分布，这就是应用滑移线法求解平面问题的实质。

汉基从应力平衡条件出发。

推导出描述沿滑移线上各点的平均应力的变化规律的亨盖应力方程：
σm– 2kw = ξ（β）（沿α线）
σm + 2kw = η（β）（沿β线）
该方程说明了滑移线的如下特性：
滑移线的沿线特性：当沿α族（或β族）中的同一条滑移线移动时，ξ（或
η）为常数，只有当一条滑移线转到另一条滑移线时，ξ（或η）值才改变。

在任一族中的任意一条滑移线上任取两点a、b ，则可推导出滑移线的沿线特
性，即
σma - σmb = ±2Kw ab
可以得出如下结论：
（1）若滑移线场已经确定，且已知一条滑移线上任一点的平均应力，则可确
定该滑移线场中各点的应力状态。

（2）若滑移线为直线，则此直线上各点的应力状态相同。

（3）如果在滑移线场的某一区域内，两族滑移线皆为直线，则此区域内各点
的应力状态相同，称为均匀应力场。

5.试述亨盖第一定理及其推论。

同一族的一条滑移线转到另一条滑移线时，则沿另一族的任一条滑移线方向角的变化及平均应力的变化⊿ω和⊿σm均为常数
从汉基第一定理可得出如下推论：若一族的一条滑移线的某一区段为直线段，则被另一族滑移线所截得的该族滑移线的所有相应线段皆为直线
6.滑移线场有哪些典型的应力边界条件（画图说明）？图P210
a)不受力的自由表面
b)无摩擦的接触表面
c)摩擦切应力达到最大值K的接触面
d)摩擦切应力为某一中间值的接触表面此时，接触面上的摩擦切应力为0< xy <K
7.写出盖林格尔速度方程，并说明其用途。

dvα - vβdw = 0（沿α线）
dvβ+ vαdw =0 （沿β线）
它可确定塑性变形区内的速度分布
8.什么是速度间断？为什么说只有切线速度间断，而法线速度必须连续？
a)若塑性区与刚性区之间或塑性区内相邻两区域之间可能有相对滑动，即速度发生跳
跃，此现象称速度不连续，或称速度间断
b)由于材料的连续性和不可压缩性的要求，速度间断线两侧的法向速度分量必须相等
（连续），否则将出现裂缝或者重叠，而切向速度可以产生间断
9.什么是滑移线场的速端图？速端图有何用途？
速端图（速度矢端图）：滑移线上各点的速度矢端曲线
答：将沿滑移线上各点的速度分布表示在速度平面Vx一Vy上。

在速度平面上以坐标原点O为极点(零向量),将塑性流动平面内位于同一条滑移线上各点的速度矢量按同一比例均由极点绘出,然后依次连接各速度矢量的端点,只要各点取得足够近,则会形成一条曲线。

该曲线称为所研究的那条滑移线上各点的速度矢端曲线。

于是对于由a与β两族连续正交的曲线网络所构成的滑移线场,则在速度平面上相应有由两族连续正交的速度矢端曲线网络所构成的速度矢端图,亦称速端图,即为速度场。

速端图和滑移线场相配合,可以直观地表示出塑性变形区的应变状态和流动趋向
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1.什么是真实速度场（或位移场）？什么是动可容速度场（或位移场）？
2.什么是真实应力场？什么是静可容应力场？
3.试写出上限定理的数学表达式，并说明该表达式中的各项意义。

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1.什么是应力张量不变量，应力特征方程式什么？
2.什么是应力偏张量和球应力张量，他们的物理意义是什么？
3.平面应力状态和轴对称应力状态的特点及其对应的应力张量？
4.两个屈服准则有何区别，在什么状态下两个屈服准则相同，什么状态下差别最大？
5.弹性变形时应力- 应变关系有哪些特点，为什么说塑性变形时应力和应变之间关系与加载历史有关？
6.塑性加工时接触表面的摩擦条件有哪几种，其数学表达式有什么不同？
7.什么是上限法，其优点有哪些？
8.影响塑性的主要因素及提高塑性的途径有哪些？
9.为什么静水压力能提高金属的塑形？
10.影响动态回复的因素有哪些？
11.热加工过程中金属组织有哪些变化？
12.影响断裂类型的因素有哪些？
13.可谓脆性断裂，何为韧性断裂?
14.等效应力有何特点？写出其数学表达式。

15.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？
16.什么是塑性？简述提高金属塑性的主要途径？
17.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及其测定的常用方法有哪些？
18.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？
19.什么是速度间断？为什么说只有切向速度间断，而法向速度必须连续？
20.简述塑性成形中对润滑剂的要求？
21.简述金属塑性加工的主要优点：
22.简述金属塑性加工时摩擦的特点及作用
23.判断滑移线族α和β的规则是什么？
24.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？
25.材料产生塑性变形时，应力与应变关系有何特点，为什么说塑性变形时应力和应变之间
26.关系与加载历史有关？
27.主应力法的基本原理是什么?
28.画出如图所示平砧压缩矩形件时变形区各点的应力状态图示。

( 设垂直于纸面方向不变形)
29.主应力法的基本原理和求解要点是什么？
30.平面应力状态、轴对称应力状态及纯切应力状态有何特点？
31.理想塑性材料的两个常用的屈服准则的物理意义如何？中间主应力对屈服准则有何影响？
32.真实应力-应变曲线有哪几种、常用的是哪一种、有什么特点？
33.塑性成形中摩擦机理是什么？
34.塑性成形中的摩擦有何特点？举例分析其利弊。

35.塑性成形时常用的流体润滑剂和固体润滑剂各有那些？石墨和二硫化钼如何起润滑作用？
36.再结晶的研究方法有哪些?影响再结晶的因素有哪些？
37.简述提高金属塑性以及降低变形抗力的主要途径。

38.试画出理想刚塑性材料和理想弹塑性材料的应力与应变之间的关系。

39.简述金属塑性加工的主要优点。

金属材料通过塑性变形，主要有什么变化
T
1.韧性金属材料屈服时，米塞斯屈服准则较符合实际的。

2.描述变形大小可用线尺寸的变化与方位上的变化来表示，即线应变和切应变 .
3.弹性变形时应力球张量使物体产生体积变化，泊松比0.5
4.在塑形变形时，不需要考虑塑形变形之前的弹性变形，又不考虑硬化的材料叫做理想刚塑性材料。

5.塑形成形时的摩擦根据其性质可分为干摩擦, 边界摩擦和流体摩擦。

6.根据条件的不同，任何材料都有可能产生两种不同类型的断裂：脆性断裂和韧性断裂。

7.硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。

8.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性下降
9.塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。

10.应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。

11.平面应变时，其平均正应力σｍ等于中间主应力σ２。

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.材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为ε１＝０.1 ，第二次的真实应变为ε２
＝０.25 ，则总的真实应变ε＝0.35 。

14.固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的塑性。

15.对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。

16.就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性升高。

18.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。

20.塑性指标的常用测量方法扭转实验，拉伸试验，压缩试验。

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。

22.物体受外力作用下发生变形，变形分为弹性变形和塑性变化。

23.当物体变形时，向量的长短及方位发生变化，用线应变、切应变来描述变形大小
24.材料的塑性变形是由应力偏张量引起的，且只与应力张量第二不变量有关。

25.金属塑性加工时，工具与坯料接触面上的摩擦力采用库仑摩擦条件、最大摩擦条件、摩擦力不变三种假设。

26.轴对称条件下，均匀变形时，径向的正应变等于周向的正应力。

28.在单向拉伸时，常用延伸率、断面收缩率两个塑性指标来衡量塑性变形的能力。

29.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主应力法。