第13讲 塑性概念及指标分析

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• 塑性好坏用金属在断裂前产生的最大变形程度来 表示。它同断裂强度、冲击韧性一样，也是金属 抵抗断裂性能的一种量度。因为塑性反映出了金 属断裂前的最大变形量，所以它表示出了压力加 工时金属允许加工量的限度，是金属重要的加工 性能。
• 同时，在使用条件下，如果金属具有良好的塑性， 在发生断裂前能产生适当的塑性变形，就能避免 突然的脆性断裂，所以它同样是重要的使用性能。
金属塑性变形理论
第十三讲
张贵杰
Tel：13230587925 E-Mail： zhguijie@vip.sina.com 河北联合大学金属材料及加工工程系
第七章 金属的塑性
主要内容
Main Content
• 塑性的概念及塑性指标 • 影响塑性的主要因素 • 超塑性现象
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延伸率
l 100%
L
式中L——试样上原始计算长度； ΔL—— 断 裂 前 后 计 算 长 度 的 绝 对 伸
长量，即变形后计算长度与变形前计 算长度之差。
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延伸率包括了试样的均匀变形和集中的局部变 形两部分的变形总和。所以，延伸率的大小与试样 的原始计算长度有关，试样越长，集中变形数值的 比值越小，延伸率就越小。
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扭转数或扭转角
• 扭转数(n)，表示金属在扭转变形条件下，破坏前 的最大扭转数。对于一定尺寸的试件来说，扭转 数(n)越大，其塑性越好。扭转数可在冷、热扭转 实验机上测定、可在不同的温度和速度条件下进 行实验。
• 试验时圆柱体试样的一端固定，另一端扭转。试 验中试样受到外加扭力的作用，随着试样扭转数 的不断增加，最后将发生断裂。材料的塑性指标 用破断前的扭转数(n)或扭转角来表示。
对圆柱体试样，规定L＝10d 或 L＝5d
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断面收缩率
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F0 F1 100 %
F0
式中F0——试样的原始断面积； F1——试样断口处的断面积。
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断面收缩率的大小与试样的原始计算长 度无关。因此，用断面收缩率作为衡量材 料塑性大小指标，得出的数值比较稳定， 有其优越性。
7.1 塑性的概念及塑性指标
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• 塑性的概念 • 塑性指标
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7.1.1 塑性的概念
• 什么是塑性？ 所谓塑性，是指固体金属在外力作用
下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整 性的能力。
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• 由于影响因素复杂，很难找出一种通用的指标来描述塑 性。目前只能采用力学及工艺性能的方法来确定各种具 体条件下的塑性指标。常用的塑性指标有：
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➢ 延伸率 ➢ 断面收缩率 ➢ 扭转数或扭转角 ➢ 极限压缩率 ➢ 冲击韧性
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塑性指标的测量方法
• 拉伸试验法 • 压缩试验法 • 扭转试验法 • 轧制模拟试验法
• 在一般情况下，这些塑性指标的名称是与被确定 塑性的该压力加工过程的名称相对应，例如轧制 性，锻造性、模锻性和冲压性等。
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• 所有的塑性加工过程都同时存在几个塑性指标的 测定方法。
• 确定材料锻造性的方法：镦粗光滑圆柱体试样或 沿轮廓线带切口的圆柱体试样，在二斜砧中锻造 钢锭的方法等
• 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。
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铅--塑性好，变形抗力低
不锈钢--塑性好，变形抗力高
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白口铸铁--塑性差，变形抗力高 结论：塑性与柔软性不是同一概念
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• 扭转数(n) 最能反映载荷是以剪切应力为主的塑 性变形能力。
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极限压缩率
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H h 100%
H
式中H ——试样原始高度； h——经压缩后试样出现第一条裂纹时的高度。
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工艺塑性指标
• 在模拟具体的塑性加工过程，来确定材料的塑性 指标时，必须使其基本应力状态图示与所模拟的 塑性加工过程或所模拟的工序相似。用这种方法 所测定的塑性指标，通常称为工艺塑性指标（或 简称为工艺塑性）。
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• 塑性和其它的断裂性能指标一样，也和金 属材料的化学成份、组织结构、变形温度、 应变速率、应力状态等因素有非常密切的 关系。塑性随着这些因素的变化而变化。
• 研究塑性是为了改善塑性和选择合适的变 形方法，为了确定最合适的变形温度、应 变速率、应力状态及许用的最大变形量。
• 确定纵轧时材料的轧制性的方法：在平轧辊上轧 制楔形试样的方法和在偏心轧辊上轧制矩形断面 试样的方法；
• 确定板料冲压性的方法：杯突试验法，锥形杯深 延法以及圆形板坯冲压成柱形杯的方法等。
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• 塑性与粘性的区别 • 塑性是指金属在产生永久变形时，伴随有
组织的变化，但没有尺寸数量级超过光的 波长的完整性的破坏，而粘性是指物体虽 然也具有永久性变形，但无组织的变化和 完整性的破坏。
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• 研究塑性的意义
• 金属和合金在压力加工过程中可能出现断 裂。而一但出现断裂，加工过程就很难进 行下去。为了顺利地加工，就要求金属或 合金具有在外力作用下，能发生永久变形 而不破坏其完整性的能力。这就是所谓塑 性。
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研究塑性就要：
• 探索塑性变化规律 • 寻求改善塑性途径 • 选择合理加工方法 • 确定最佳工艺制度 • 提高产品质量
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7.1.2 塑性指标
• 塑性的大小可以由金属在不同变形条件下允许的极限变 形量来表示。此极限变形量称为塑性指标。