第十三章 思考与练习

金属塑性成形原理复习指南第一章绪论1、基本概念塑性:在外力作用下材料发生永久性变形，并保持其完整性的能力。

塑性变形: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永久变形成为塑性变形。

塑性成型:材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定的力学性能的加工方法。

2、塑性成形的特点1）其组织、性能都能得到改善和提高。

2）材料利用率高。

3）用塑性成形方法得到的工件可以达到较高的精度。

4）塑性成形方法具有很高的生产率。

3、塑性成形的典型工艺一次成形（轧制、拉拔、挤压）体积成形二次成形（自由锻、模锻）塑性成型分离成形（落料、冲孔）板料成形变形成形（拉深、翻边、张形）第二章金属塑性成形的物理基础1、冷塑性成形晶内：滑移和孪晶（滑移为主）滑移性能（面心>体心>密排六方）晶间：转动和滑动滑移的方向：原子密度最大的方向。

塑性变形的特点：① 各晶粒变形的不同时性；② 各晶粒变形的相互协调性；③ 晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。

合金使塑性下降。

2、热塑性成形软化方式可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶等。

金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移，晶内孪生，晶界滑移和扩散蠕变等。

3、金属的塑性金属塑性表示方法：延伸率、断面收缩率、最大压缩率、扭转角（或扭转数）塑性指标实验：拉伸试验、镦粗试验、扭转试验、杯突试验。

非金属的影响：P冷脆性 S、O 热脆性 N 蓝脆性 H 氢脆应力状态的影响：三相应力状态塑性好。

超塑性工艺方法：细晶超塑性、相变超塑性第三章金属塑性成形的力学基础第一节应力分析1、塑性力学基本假设：连续性假设、匀质性假设、各向同性假设、初应力为零、体积力为零、体积不变假设。

2、张量的性质1、存在不变量，张量的分量一定可以组成某些函数f(Tij),这些函数的值不随坐标而变。

2、2阶对称张量存在三个主轴和三个主值；张量角标不同的分量都为零时的坐标轴方向为主轴，三个角标相同的分量为值。

3、主应力的概念：切应力为零的微分面的正应力4、应力状态的分类：应力状态的分类 若σ1≠σ2≠σ3≠0——三向应力状态 若σ1≠σ2≠0,σ3=0——二向应力状态。

若σ1≠0;σ2=σ3=0——单向应力状态。

若σ1≠σ2=σ3——圆柱应力状态（包括单向应力状态）。

⊥ σ1 的方向均为主方向。

若σ1=σ2=σ3——球应力（静水应力）状态。

τ≡0,各方向均为主方向。

5、主应力简图：受力物体内一点的应力状态，可用作用在应力单元体上的主应力来描述，只用主应力的个数及符号来描述一点应力状态的简图称为主应力图。

（9种）6、主切应力：切应力取极值的平面的切应力。

7、八面体应力：以受力物体内任意点的应力主轴为坐标轴，在无限靠近该点作等倾斜的微分面，其法线与三个主轴的夹角都相等，在主轴坐标系空间八个象限中的等倾微分面构成一个正八面体，正八面体的每个平面称八面体平面，八面体平面上的应力称八面体应力。

8、等效应力：1)等效应力是一个不变量；2)等效应力在数值上等于单向均匀拉伸(或压缩)时的拉伸(或压缩)应力σ1 ;3)等效应力并不代表某一实际平面上的应力，因而不能在某一特定的平面上表示出来； 4)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。

9、张量的分解：应力偏张量引起物体产生变形；应力球张量引起物体产生体积变化。

10、平面应力状态的概念：若变形体内与某方向轴垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴无关，则这种应力状态即为平面应力状态。

第二节 应变分析1、 对数应变的特点：准确性、可加性、可比性；2、 体积不变条件:x y z εεε++=3、主应变简图：用主应变的个数和符号来表示应变状态的简图称主应变状态图，简称为主应变简图或主应变图（3种）4、 注意：ij ε是应变增量d εij 对时间dt 的微商，不是εij 对时间的导数。

5、平面应变：如果物体内所有质点都只在同一个坐标平面内发生变形，而在该平面的法线方向没有变形，其他方向的变形与该方向无关，这种变形称为平面变形或平面应变。

1211()()22z x y mσσσσσσ=+=+=第三节 屈服准则材料模型：理想弹塑性材料、理想刚塑性材料、硬化刚塑性材料、硬化弹塑性材料 Tresca 准则物理意义：当材料的最大切应力达到某一常数时，材料就屈服。

Mises 准则物理意义：当材料的单位体积形状改变的弹性位能(又称弹性形变能)达到某一常数时，材料就屈服。

Tresca ，Mises 准则的几何表达：Tresca ，Mises 准则的比较：（相同点、不同点）一致的点的应力特点圆柱应力状态；相差最大的点的应力特点是圆柱应力状态；第四节本构方程1、弹性应力应变关系的特点：应力与应变完全成线性关系，即应力主轴与全量应变主轴重合;变形是可逆的，与应变历史无关，应力与应变之间存在单值关系;弹性变形时，应力球张量使物体产生体积的变化，泊松比v<0.5;2、塑性应力应变关系的特点：应力与应变之间的关系是非线性的，全量应变主轴与应力主轴不一定重合；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；塑性变形时可以认为体积不变，即应变球张量为零，泊松比v=0.5；对于应变硬化材科，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。

滑移和孪生有何区别，试比较它们在塑性变形过程的作用。

答：区别：1）滑移：一部分晶体沿滑移面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离是滑移方向原区别：区别子间距的整数倍；孪生：一部分晶体沿孪生面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍；2）滑移：滑移面两边晶体的位向不变；孪生：孪生面两边的晶体的位向不同，成镜面对称；3）滑移：滑移所造成的台阶经抛光后，即使再浸蚀也不会重现；孪生：由于孪生改变了晶体取向，因此孪生经抛光和浸蚀后仍能重现；4）滑移：滑移是一种不均匀的切变，它只集中在某些晶面上大量的进行，而各滑移带之间的晶体并未发生滑移；孪生：孪生是一种均匀的切变，即在切变区内与孪生面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离。

作用：晶体塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的；孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多，但孪生改变了部分晶体的空间取向，使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，激发晶体滑移。

第十三章思考与练习简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。

答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。

滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。

孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。

在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。

设有一简单立方结构的双晶体，如图13-34所示，如果该金属的滑移系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发生滑移？为什么？答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向，而Ⅱ接近硬取向。

试分析多晶体塑性变形的特点。

答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。

②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。

③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。

④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。

金属的塑性越好。

4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。

金属的塑性越好。

5. 合金的塑性变形有何特点？答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。

单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用，多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。

但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。

根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。

当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显著的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。

6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带；晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状；晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。

对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。

随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。

即产生了加工硬化。

7. 产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。

为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。

这种现象称为加工硬化。

加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。

8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。

对于层错能高的金属，变形位错的交滑移和攀移比较容易进行，位错容易在滑移面间转移，使异号位错互相抵消，其结果是位错密度下降，畸变能降低，达不到动态再结晶所需的能量水平。

9. 什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？答：在热塑性变形过程中，层错能低的金属在变形量很大时，当加热升温时，原子具有相当的扩散能力，变形后的金属自发地向低自由能状态转变，称为动态再结晶。

影响动态再结晶的主要因素有：金属的层错能高低，晶界迁移的难易程度有关。

10. 什么是扩散性蠕变？它的作用机理是什么？答：扩散蠕变是在应力场作用下，由空位的定向移动引起的。

它的作用机理是在一定温度下，晶体中总存在一定数量的空位。

显然，空位旁边的原子容易跳入空位，相应地在原子占据的结点上出现新的空位，相当于空位朝原子迁移的相反方向迁移。

在应力场作用下，受拉应力的晶界的空位浓度高于其它部位的晶界，由于各部位空位的化学势能差，而引起空位的定向转移，即空位从垂直于拉应力的晶界析出，而被平行于拉应力的晶界所吸收。

11. 钢锭经热加工变形后的组织和性能发生什么变化？答：组织和性能发生什么变化：①改善晶粒组织②锻合内部缺陷③形成纤维状组织④．改善碳化物和夹杂物分布⑤改善偏析。