金属塑性成形原理_总复习

一、1.加工硬化指经过塑性变形后，金属内部的组织结构和物理力学性能发生改变，其塑性、韧性下降，强度、硬度增加，继续变形的力提高的现象。

2.加工硬化的后果：强度提高，增加设备吨位；塑性下降，降低变形程度，增加变形工序和中间退火工序；强化金属材料（不能热处理的），提高金属零件的强度，改善冷塑性加工的工艺性能。

3.措施：经冷塑性变形后金属产生加工硬化，如将变形后的金属加热到一定温度，又将产生软化，塑性韧性提高，强度硬度降低，即产生回复和再结晶—静态回复和再结晶。

二、1.金属的塑性指固体金属在外力的作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。

塑性是一种状态、而不是一种性质2.塑性的影响因素○1变形温度对塑性的影响变形温度对塑性影响显著，总趋势：温度升高、塑性增加。

三个脆区低温脆区（蓝脆区）中温脆区高温脆区主要原因：回复和再结晶消除加工硬化降低临界切应力，增加滑移系金属的组织结构发生变化增强热塑性作用加强晶界滑动作用○2变形速度对塑性的影响增加变形速度会使金属晶体的临界切应力升高，使塑性降低增加变形速度，温度效应显著，金属温度升高，使塑性提高增加变形速度，由于没有足够的时间进行回复和再结晶，使塑性降低工艺过程中一般希望提高变形速度降低摩擦改善不均匀性减少热量损失增强惯性流动○3应力状态对塑性的影响主应力状态中，压应力个数越多，数值越大，金属的塑性越好；拉应力个数越多，数值越大，金属的塑性越差。

原因拉应力促进晶间变形，加速晶界破坏；三向压缩应力有利于愈合塑性变形过程中产生的各种损伤；而拉应力则相反，它促使损伤的发展；压应力有利于抑制和消除晶体中塑性变形产生的各种微观破坏，拉应力相反；三向压应力能抵消由于不均匀变形引起的附加拉应力。

○4金属的化学成分和组织结构对塑性的影响晶格类型的影响面心立方晶格结构：塑性较好体心立方晶格结构：塑性较差密排六方晶格结构：塑性较差组织结构的影响单相组织塑性较好塑性相近 — 影响小多相组织 脆性相网状分布，塑性显著降低 塑性差别大 脆性相片状层状分布，影响小 脆性弥散均匀分布，无影响 晶粒 — 晶粒细小有利于提高塑性铸态组织 — 铸态组织中的粗大柱状晶粒、偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷，以及组织不均匀性将显著降低金属的塑性 3.提高金属塑性的途径合理选择变形温度与变形速度 合理选择变形方式提高金属材料成分和组织的均匀性 减小不均匀变形三、金属的变形抗力及其影响因素金属受外力而变形，抵抗变形的力 — 变形抗力 变形的难易程度 单位流动应力变形抗力的影响因素：化学成分、组织结构、变形温度、变形速度、变形程度、应力状态四、金属的超塑性：延伸率达＝100％～2000％ 结构超塑性（微细晶粒超塑性）动态超塑性（相变超塑性）超塑性的变形机制：晶界滑动与扩散蠕变联合机制五、塑性力学的基本假设:变形体连续、变形体均质和各向同性、变形体静力平衡、体积力和体积变形不计。

六、主应力、应力特征方程、应力张量不变量的物理意义1.主应力切应力 ＝0的平面 — 主平面、主方向（应力主轴）；应力 — 主应力。

2.321230J J J σσσ---= 三个主应力1, 2, 3；三个主方向互相垂直。

()22232...x y z xy yz xz x yz y zx z xy x xyxz yyz zJ σσστττστστστσττστσ=+-++=3.ij 的分量随坐标系变化，但J 1, J 2, J 3不变，这表明了一个确定的应力状态其应力分量之间的确定关系 — 物理意义。

存在主值(主应力)，主方向(主轴)，不变量 — 张量的重要特性。

七、应力张量、应力张量的分解及其物理意义、应力偏张量的物理意义1.ijj j m i i σσδσ=+'应力张量的分解将引起弹性体积变形和引起形状变化的两种张量分解开（物理意义）。

2. 应力偏张量的三个不变量10x y z J σσσ'''+'=+=去除静水应力成分，不产生体积变形()()()()()()()()22222222222212322311616x y y z z x xy yz zx x y y z z x xy yz zx J σσσσσστττσσσσσστττσσσσσσ⎡⎤''''''=-++-++⎣⎦⎡⎤=-+-+-+++⎢⎥⎣⎦⎡⎤=-+-+-⎣'⎦与屈服准则有关1233...xxy xzyyzzJ σττστσσσσ''''''='=八、主切应力及其面上的应力分布()2222222222221231232S l m n l m m τσσσσσσσ=-=++-++最大切应力max＝max{12,23,31}；当 123σσσ≥≥ 时，max＝ (3- 1)/2 ；当 1＝ 2＝ 3时， 12＝23＝31＝0，无切应力； 当三个主应力同时加减相同值时，主切应力不变。

九、等效应力及其物理意义()()()()()()()()2228212233122212233122222232212162x y y z z x xy yz zx J τττσσσσσσσσσσσσττστ'==++⎡⎤=-+-+-⎣⎦⎡⎤=-+-+-+++⎢⎥⎣=⎦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，即σ=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，或主应力、主切应力的综合效果。

十、应变增量与应变速率全量应变：反映变形体在某一变形过程或变形过程中某一阶段结束时的变形大小。

应变增量：在无限小的时间间隔dt 内，变形体内质点产生极小的位移变化（位移增量），引起的无限小的应变增加量。

应变速率：单位时间内的应变大小。

应变速率表示瞬时的变形程度大小，与工具的速度有区别；应变速率不单取决于工具速度，还与变形体尺寸及边界条件有关。

十一、塑性变形程度的几种表达形式及其之间的关系对数应变具有叠加性，是可加应变；相对应变不具可加性；对数应变为可比应变；相对应变不具可比性。

十二、体积不变条件及其表达形式1230x y z εεεεεε++=++= 十三、屈服准则 定义：变形体内质点由弹性状态过渡到塑性状态，并维持继续进行塑性变形所需满足的力学条件，即各应力分量与材料性能之间必须符合的一定关系。

(塑性条件、屈服条件)Tresca屈服准则：材料的屈服与最大切应力有关，即当变形体内质点的最大切应力达到某一定值（材料的性能：剪切屈服强度）时，材料就发生屈服。

（最大切应力不变条件）物理意义：当材料产生塑性变形时，体内质点的最大切应力保持不变。

Mises屈服准则：当质点的等效应力到达某定值时，材料屈服，该定值与应力状态无关。

物理意义：(1926年，Hencky )在三向应力的作用下，当变形体内单位体积形状改变的弹性能达到某常数时，材料屈服。

差别：两个轨迹有差别，为单向应力状态和轴对称应力状态，两准则一致。

为纯剪切应力状态和平面应变应力状态， 两准则差别最大。

屈服准则的简化表达式：13s σσσ-=()()()22221223312Sσσσσσσσ-+-+-=两个屈服准则的比较（各向同性理想塑性材料）：两屈服准则的表达式与坐标的选择无关，是应力不变量的函数；三个主应力可以任意置换，且拉应力与压应力作用相同；屈服准则表达式与应力球张量无关；（实际应力球张量的影响可参阅固体现实应力空间的钟罩理论）Tresca 屈服准则只和最大、最小主应力相关，是线性函数，当主应力顺序已知时，使用方便；Mises屈服准则还考虑中间主应力的影响；实验证明一般韧性金属材料与Mises屈服准则符合较好；十四、十五、塑性应力应变关系的特点1.应力与应变关系是非线性的关系，不是一一对应的关系；2.塑性变形是不可逆的、不可恢复的，加载与卸载的规律不相同；3.塑性变形时可认为体积不变，应变球张量等于零，泊松比=0.5；4.塑性变形全量应变主轴与应力主轴不重合。

十六、塑性变形的增量理论3dd2ελσ=十七、塑性变形的全量理论全量理论（形变理论）— 描述应力与塑性全量应变之间的关系。

可适用于简单加载（在加载过程中任一点的各应力分量都按同一比例增加 — 比例加载），应力主轴与全量应变主轴重合的情况。

ij ijελσ'= 233112122331εεεεεελσσσσσσ---===--- 32pελσ=十八、真实应力－应变曲线（拉伸试验） 三个变形阶段： 弹性变形屈服→均匀塑性变形 塑性失稳→断裂特征点：弹性极限点p ，屈服点c ，失稳点b ，断裂点k 。

包申格效应 — 随加载路径和方向不同，屈服应力降低的现象。

（随动强化）十九、最小阻力定律当变形体内质点有可能沿不同方向移动时，则各质点将向着阻力最小的方向移动二十、不均匀变形、附加应力和残余应力1.均匀变形与不均匀变形均匀变形定义：变形前变形体那内的直线和平面，变形后仍为直线和平面；变形前相互平行的直线和平面，变形后仍然平行。

均匀变形条件：变形体是均质和各项同性的；整个变形体在任意瞬间都承受相同的变形量；接触表面无摩擦的作用。

实际塑性变形都是不均匀变形:由变形体内质点的不均匀流动引起。

2. 附加应力：由于变形体内各部分的不均匀变形受到变形体整体性的限制，从而在各部分之间产生成对存在的相互平衡的内应力。

附加应力类型：区域之间的晶粒之间的晶粒内部的附加应力的不良后果：引起变形体的应力状态发生变化，使应力分布更加不均匀；提高单位变形力；降低塑性，甚至可能导致破坏；造成工件形状歪扭；形成残余应力。

二十一、塑性成形中摩擦的特点高压下的摩擦，n = 500~3000Mpa ；高温下的摩擦，Tmax 1250℃；伴随塑性变形的摩擦（接触面大，新表面产生，接触面运动速度差别大）。

摩擦类型：干摩擦，边界摩擦，流体摩擦摩擦机理：表面凹凸学说，分子吸附学说，粘着理论塑性加工中摩擦系数的测定方法：锥形压头镦粗法，分断拉模法，园环镦粗法二十二、镦粗变形的特点1、接触面上存在摩擦；2、变形不均匀，出现鼓形，存在三个变形区；3、侧表面产生附加拉应力；区域I变形程度最小，难变形区；区域II变形最大，大变形区；区域III居中，小变形区(III区当切向拉应力超出材料强度极限或切向变形超过材料的变形程度，便会引起纵向裂纹。

)二十三、塑性弯曲变形时的应力应变状态窄板 ()/3B t ≤ 弯曲可简化平面应力问题，宽板 ()/3B t > 弯曲简化为平面应变问题。