(金属塑性成形原理课件)第10讲残余应力
金属材料的塑性成形
第3章金属材料的塑性成形概述3.1金属塑性成形基础3.2 常用的塑性成形方法3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料概述金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性，在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。
由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。
塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。
金属塑性成形的基本生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。
塑性成形的特点及应用：（1）消除缺陷，改善组织，提高力学性能。
（2）材料的利用率高。
（3）较高的生产率。
如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。
（4）零件精度较高。
应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。
如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。
但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。
塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。
例如，飞机上的塑性成形零件约占85%；汽车、拖拉机上的锻件占60%～80%。
3.1 金属塑性成形基础3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和性能的变化3.1.4 金属的塑性成形工艺基础3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性变形金属塑性变形最常见的方式是滑移。
滑移是晶体在切应力的作用下，一部分沿一定的晶面（亦称滑移面）和晶向（也称滑移方向）相对于另一部分产生滑动。
晶体滑移变形示意图滑移的实质:是通过晶体中的位错线沿滑移面的移动来实现的。
位错运动引起的滑移变形原理图2.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形是以单晶体的塑性变形为基础的，但多晶体中的晶粒取向不同、晶界的存在，对塑性变形的阻力增加。
晶粒之间也要相互滑动和转动。
3.1.2 金属的塑性变形1.形变强化（亦称加工硬化）金属塑性变形时产生的强度和硬度增加,塑性和韧性下降的现象，称形变强化（亦称加工硬化）。
课件塑性加工原理塑性与变形总课件参考.ppt
1．镦粗时组合件的变形特点 2．基本应力的分布特点 3．第一类附加应力的分布特点
*
上课课件
3. 4. 2 平辊轧制时金属的应力及变形特点
1．基本应力特点 2．变形区内金属质点流动特点 3．平辊轧制时，第一类附加应力的分布特点
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上课课件
3. 4. 3 棒材挤压时的应力及变形特点
1．棒材挤压时的基本应力状态 2 ．棒材挤压时的金属流动规律 3 ．棒材挤压时的附加应力
变形程度ε
应力σ
σsb
σsn
图3-25 拉伸时真应力与变形程度的关系 1)无缺口试样拉伸时的真应力的曲线 2）有缺口样拉伸的真应力曲线
*
上课课件
3. 3. 4 残余应力
1．残余应力的来源 2．变形条件对残余应力的影响 3．残余应力所引起的后果 4．减小或消除残余应力的措施 5．研究残余应力的主要方法
*
上课课件
2．最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状 态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动 时的临界切应力k，即： = k 3．摩擦力不变条件 认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达式为： =m·k 式中，m为摩擦因子
第3章 金属塑性加工的宏观规律
§3. 1 塑性流动规律（最小阻力定律） §3. 2 影响金属塑性流动和变形的因素 §3. 3 不均匀变形、附加应力和残余应力 §3. 4 金属塑性加工诸方法的应力与变形特点 §3. 5 塑性加工过程的断裂与可加工性
*
上课课件
§3.1 塑性流动规律（最小阻力定律）
上课课件
3. 2. 2 变形区的几何因素的影响
变形区的几何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影响变形和应力分布很重要的因素。
金属塑性成型原理
塑性变形：当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残余变形。
塑性：外力作用下使金属材料发生塑性形变而不破坏其完整性的能力。
塑性成形：金属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力学性能的加工方法。
软取向：μ=0.5或接近0.5硬取向：μ=0或或接近0金属塑性成形的特点：1组织性能好，金属材料在塑性成形过程中，其内部发生显著的变化2材料利用率高金属塑性成形主要是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不产生切屑，因此只有少量的工艺废料，并且流线分布合理3尺寸精度高不少成型方法已达到少或无切削的要求。
4生产效率高，适于大批量生产随着塑性加工工具和设备的改进及机械化，自动化程度的提高，生产率也相应得到提高。
金属塑性成形分为板料成形和块料成形。
块料成形是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。
1一次加工：轧制，挤压，拉拔2二次加工：自由锻，模锻。
板料成形一般称为冲压，是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形。
这类塑性加工方法可分为分离工序和成形工序两类。
金属塑性成形原理是研究和探讨金属在各种塑性加工过程中可遵循的基础和规律的一门学科。
目的在于科学地、系统地阐明这些基础和规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，也为合理制订塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。
金属塑性成形工艺应要求：1使金属具有良好的塑性2使变形抗力小3保证塑性成形件质量4能了解变形力。
为达到以上要求需从塑性变形的力学基础、物理基础、塑性成形问题的工程解法、塑性成形件的质量分析等发面进行论述。
晶内变形的主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。
滑移是指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
晶体的滑移过程实际上就是位错的移动和增殖过程。
加工硬化的原因是位错增殖。
滑移系多的金属要比滑移系少的金属变形协调性好、塑性高，如面心立方金属比密排六方金属的塑性好。
金属塑性成形优秀课件
概述
塑性成形又称压力加工。它是利用金属在外力作用下产生 的塑性变形．以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料 (如金属型材、板材、管材和线材等)、毛坯或零件的生产方法。
压力加工可生产出各种不同截面的型材(加板材、线材、 管材等)和各种机器零件的毛坯或成品(如轴、齿轮、汽车大梁、 连杆等)。
加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状 态的倾向。加工硬化的消除方法主要有回复和再结晶。
T回 = （0.25~0.3）T熔 T再 = （0.35~0.4）T熔
根据需要对冷变形金属进行回复处理与 再结晶退火，前者使冷变形金属保持力学 性能(如硬度、强度、塑性等)基本不变， 部分地消除残余应力；后者使冷变形金属 的强度、硬度显著下降，塑性和韧性显著 提高，内应力和加工硬化完全消除，金属 又恢复到冷变形之前的状态，再次获得良 好塑性。
实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。
τ
τ
9
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
2. 多晶体的塑性变形
晶内变形
滑移 孪生
滑动 晶间变形
转动
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
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二、塑性变形后金属的组织和性能
• 金属塑性变形时，在改变其形状和尺寸 的同时，其内部组织结构以及各种性能 均发生变化。塑性变形时的温度不同， 金属变形后的组织和性能也有所不同。 因此，金属的塑性变形分为冷变形和热 变形两种。冷变形是指金属在再结晶温 度以下进行的塑性变形；热变形是指金 属在再结晶温度以上进行的塑性变形。
（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的塑性、韧性下 降，抗剪能力提高。
为了充分利用纤维组 织的性能．设计制造 零件应尽量使零件受 最大拉应力方向与纤 维方向一致．受最大 剪切应力方向与纤维 方向垂直，并使纤维 方向与零件的轮廓相 符合而不被切断。
金属塑性成形原理金属塑性变形的物理基础PPT课件
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
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弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
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二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
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位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
《金属塑性成形方法》课件
目录
CONTENTS
• 金属塑性成形方法简介 • 金属塑性成形的基本原理 • 金属塑性成形的主要方法 • 金属塑性成形的质量控制 • 金属塑性成形技术的发展趋势
01 金属塑性成形方法简介
CHAPTER
金属塑性成形的基本概念
金属塑性成形是一种通过施加外 力使金属材料发生塑性变形，从 而获得所需形状和性能的加工方
大型金属件和复杂形状的金属件制造，如轴、齿轮、连杆等。
模型锻造
要点一
总结词
通过将金属坯料放置在模具中，在高温和高压下使其发生 塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的金属件。
要点二
详细描述
模型锻造是一种常见的金属塑性成形方法，通过将金属坯 料放置在模具中，在高温和高压下使其发生塑性变形，从 而获得所需形状和尺寸的金属件。模型锻造过程中，金属 坯料在高温和高压下发生变形，内部晶粒结构发生变化， 从而提高了金属的力学性能。模型锻造适用于中小型金属 件制造，如齿轮、轴承、气瓶等。
过程稳定可控。
在线检测
采用先进的在线检测技术，对成形 过程中的产品进行实时检测，及时 发现并处理问题。
成品检测
对成形后的产品进行全面的检测， 包括尺寸、外观、性能等，确保产 品质量符合要求。
05 金属塑性成形技术的发展趋势
CHAPTER
高性能金属材料的开发与应用
高强度钢
通过合金化、热处理等手段提高 钢材的强度和韧性，用于制造轻
流动法则与加工硬化
流动法则是描述金属在塑性成形过程中应力的分布规律。加工硬化是指 在塑性成形过程中，随着变形的进行，材料的强度和硬度逐渐提高的现 象。
金属塑性变形的工艺基础
塑性成形的基本方法
塑性成型原理2014解析PPT教学课件
再结晶一般是指较大变形量的金属材料在随后的加热过
程中(回火，再结晶退火），严重变形的晶粒发生回复， 形核长大，形成细小的等轴晶粒，这一过程不会发生相 变，只有应变能的释放。
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静态再结晶形核机制
亚晶 聚合
主 要 亚晶 有 长大 三 种
凸出 形核
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亚晶中心是一 个位错密度和 能量最低的稳 定区域
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去（残余）应力退火应用举例
作用：消除残余应力、保持加工硬化强度和硬度、提 高使用寿命
例1：冷拉钢丝绕制弹簧，绕成后应在280℃-300℃消 除应力退火，目的是什么？ 定形 卷制、去应力退火、钩环制作、（切尾）、去应力退火、 立定处理、检验、表面防腐处理、包装
例2：经深冲成形的黄铜（Zn30%）弹壳，室外放置一段 时间后会自动开裂，为什么，怎么办？
冷变形的残余应力+外界气氛对晶界的腐蚀作用 去应力退火（260℃）
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静态再结晶
※ 进一步提高温度，晶粒的外形将发生变化，从变形的晶粒 中通过形核、长大过程重新形成等轴细晶粒，这些细晶粒 不断向周围变形金属中扩展，直到金属中变形晶粒完全消 失，这个过程称为金属的再结晶过程。
※ 再结晶温度：一般再结晶温度与金属的变形程度、金属的纯 度和保温时间等因素有关，一般经验公式为（纯金属）：
上节主要内容回顾
冷拔钢丝组织
（1）滑移和孪生的异同点？ （2）多晶体的变形特点？ （3）什么是加工硬化现象？ （4）冷加工对组织和性能的影响？
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第二章 金属塑性变形的物理基础
2.2 金属热塑性变形（一）
思考
（1）回复和再结晶特征及应用 （2）影响再结晶的因素？ （3）回复和再结晶的驱动力是什么？ （4）冷、热加工的区别（如何判断）？
金属塑性成形课件
要点二
高强度材料加工
挤压和拉拔适用于高强度材料的加工，如高强度钢、钛合金等，可以获得高精度、高质量的制品。
模具成本高
挤压和拉拔使用的模具制造较为复杂，成本较高，同时生产效率较低。
要点三
连续变形加工
锻造和轧制是两种连续变形加工的方法，锻造是通过冲击、静压等手段将金属坯料变形，而轧制则是将金属坯料放入轧辊中，通过旋转轧辊使金属变形并获得所需形状和尺寸的制品。
确定合理的变形程度，以充分利用材料的塑性潜力，同时避免材料开裂和变形过大。
合理控制应变速率，以实现材料的均匀变形和避免局部过快变形。
03
工艺参数的选择和控制
02
01
成形过程的模拟和仿真
模拟软件选用
选择适合的数值模拟软件，如有限元法或有限差分法等，对成形过程进行仿真和分析。
模拟精度控制
根据实际需要，提高模拟精度，以更准确地预测成形过程中的各种问题和缺陷。
成形方案优化
通过模拟和仿真，优化成形方案，提高生产效率和产品质量。
01
03
02
根据产品的特点和成形工艺的要求，选择适合的检测方法，如力学性能测试、金相分析、X射线检测等。
产品质量的检测和分析
检测方法选择
对检测结果进行误差分析，找出影响检测结果的主要因素，提出相应的控制措施。
误差分析和控制
根据产品质量检测结果，对产品结构进行优化，提高产品质量和使用性能。
产品结构优化
设备升级改造
针对成形过程中的设备和工艺装备进行升级改造，提高设备的自动化程度和生产效率。
工艺流程优化
通过对成形过程的各阶段进行全面分析，找出瓶颈和不足之处，提出相应的优化措施。
节能减排措施
采取节能减排措施，降低成形过程中的能源消耗和环境污染，实现绿色生产。
金属塑性成形原理
1.金属塑性成形是金属加工的方法之一，它是在外力作用下使金属产生塑性变形，从而将工件加工成所需形状和尺寸的加工方法。
2.金属塑性成形的特点：1.组织，性能得到改善和提高2.材料利用率高3.生产效率高4.尺寸精度高3.金属塑性成形分类：按照成形的特点不同将塑性加工分为轧制，拉拔，挤压，锻造和冲压。
按成形时工件温度不同分为热成形，冷成形和温成形。
4.塑性理论采用的假设：1.变形体是连续的，即整个变形体内不存在任何空隙。
2.变形体是均质的和各向同性的。
3.在变形的任意瞬间，力的作用是平衡的。
4.在一般情况下，忽略体积力的影响。
5.在变形的任意瞬间，体积不变。
5.塑性变形是利用金属的塑性，在外力作用下使金属成形的一种加工方法。
作用于金属的外力分为两类：一类是作用在金属表面上的力，称为面力，它可以是集中力，但更一般的是分布力，面力可以分为作用力，反作用力和摩擦力。
第二类是作用在金属每个质点上的力，称为体积力。
6.主应力的概念：切应力为零的平面叫做主平面，主平面上的正应力叫做主应力，7.应力张量不变量：对于一个确定的应力状态，只能有一组主应力。
因此应力状态特征方程的系数都应该是单值，不随坐标而变，分别称为应力张量的第一，二，三变量。
8.主切应力：切应力随斜面上的方位而变化，当斜面上的切应力为极大值时，该切应力称为主切应力。
三个切应力中绝对值最大的一个叫做最大切应力。
9.应力张量的分解：按照应力叠加原理，表示受力物体内任一点应力状态的应力张量可以分解为应力球张量和应力偏张量。
10.应力球张量和应力偏张量的物理意义：由于球应力状态在任何斜面上都没有切应力，所以应力球张量不能使物体产生形状变化，只能产生体积变化。
被分解出的应力球张量没有切应力，任意方向都是主方向且主应力相等。
因而应力偏张量使物体产生形状变化，而不能产生体积变化，材料的塑性变形就是由应力偏张量引起的。
11.平面应力状态的特点：①.变形体内各质点在与某一方向（如z 向）垂直的平面没有应力作用，即0===zy zx z ττσ，z 轴为主方向，只有xy y x τσσ、、三个应力分量：②.xy y x τσσ、、沿z 轴方向均匀分布，即应力分量与z 轴无关，对z 的偏导数为零。
金属塑性成形中的应力分析
金属塑性成形中的应力分析一、金属塑性成形概述金属塑性成形是一种将金属材料通过外力作用，使其发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工艺过程。
这一过程广泛应用于航空、汽车、建筑等行业，是金属材料加工的重要手段。
金属塑性成形技术的发展，不仅能够提高材料的利用率，还能提升产品的性能和质量。
1.1 金属塑性成形的基本原理金属塑性成形基于金属材料在一定条件下可以发生塑性变形的特性。
当金属材料受到超过其屈服强度的外力作用时，材料内部的晶格结构会发生滑移或孪生，导致材料发生永久变形。
塑性成形的基本原理包括应力、应变和材料特性之间的关系。
1.2 金属塑性成形的分类金属塑性成形按照不同的加工方式可以分为锻造、轧制、挤压、拉伸等多种形式。
每种成形方式都有其特定的应用场景和特点，选择合适的成形工艺对于提高产品质量和生产效率至关重要。
二、金属塑性成形中的应力分析应力分析是金属塑性成形过程中的关键环节，它涉及到对材料内部应力状态的预测和控制。
准确的应力分析有助于优化成形工艺，避免材料的破坏和缺陷的产生。
2.1 应力分析的重要性应力分析对于金属塑性成形具有重要意义。
首先，它可以帮助设计者预测材料在成形过程中的应力分布，从而设计出合理的成形工艺。
其次，应力分析可以指导生产过程中的工艺参数调整，确保材料在成形过程中的应力状态处于安全范围内。
最后，应力分析还可以用于评估成形后产品的残余应力，为后续的热处理和使用提供依据。
2.2 应力分析的方法金属塑性成形中的应力分析通常采用理论分析和数值模拟相结合的方法。
理论分析基于材料力学和塑性力学的基本理论，通过解析或半解析的方法求解材料内部的应力场。
数值模拟则利用有限元分析等计算方法，对成形过程进行仿真，预测材料的应力和变形状态。
2.3 应力分析的应用应力分析在金属塑性成形中的应用非常广泛。
在锻造过程中，应力分析可以用于预测和控制锻造力，优化模具设计。
在轧制过程中，应力分析有助于确定轧制参数，如轧制速度、压下量等，以获得高质量的板材或棒材。
第10讲残余应力ppt
变形程度和残余应力能量的关系曲线 1.第一、第二及第三种残余应力总能的变化曲线；2.第一种残余应力能量变化曲线；3.第二及第三种残余应力总能量变化曲线
泄峙蓬鬃歼椎咐素惮甸焊况惹瓦盆牌验怀疡水五脱续祈到先夺雷咬苇尘舱第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
第五章 塑性变形的不均匀性
主要内容 Main Content 变形不均匀的基本概念 变形不均匀的原因 减小变形不均匀的措施 残余应力
蔑柏肛褒抹基幌肋内寿半惟哭染壮矽诗越坤累季睛已步刮龄诡浙缠吩走准第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
5.4 残余应力
残余应力的概念 变形条件对残余应力的影响 残余应力引起的后果 减小残余应力影响的措施 残余应力的测定方法
变形与钻孔横断面积关系
买债唐杀匝踌兵滓粱丰靡殃厌吏畔碾震妄荧忻困介寝毡坎器羚御隘饥足缮第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
纵向应力 切向应力 径向应力 式中
F
阜斧恕炔炊啄谅睁缕挂陡叼库宣湾苇录室夯娩撩复杨貉桅垢会曼茨威篙聊第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
变形条件对残余应力的影响
残余应力与附加应力一样也同样受到变形条件的影响。其中主要是变形温度、变形速度、变形程度、接触摩擦、工具和变形物体形状等等。
锨娠展惯维彬殖位浩尾给芦侥蚕舱蒜廷翘券潞司深疙塔悍侮擦瑞找谜风谴第10讲残余应力ppt第10讲残余应力ppt
变形温度
在确定变形温度的影响时应注意到在变形过程中是否有相变存在。若在变形过程中出现双相系时，将会引起第二种附加应力的产生，从而使残余应力增大。 但在一般情况下，当变形温度升高时，附加应力以及所形成的残余应力减小。温度降低时，出现附加应力和从而出现残余应力的可能增大。因此，即使是对单相系金属也不允许将变形温度降低到某一定值以下。 在变形过程中温度的不均匀分布是产生极大附加应力的一个原因，自然也是产生极大残余应力的一个原因。如果变形过程在高于室温条件下完成时，具有某一数值的残余应力时，则此残余应力会因物体冷却到室温而增加。
第二章 2.1金属塑性加工原理-应力分析
sx = lσ = lσx + mτ yx + nτzx sy = mσ = lτ xy + mσy + nτzy sz = nσ = lτ xz + mτ yz + nσz
材料加工原理
第二章 金属塑性加工原理
广东工业大学材料与能源学院
张艳梅
概述
金属塑性加工是对金属施加外力， 金属塑性加工是对金属施加外力 ，在不破坏材 料完整性的条件下， 料完整性的条件下，获得所需形状与尺寸工件的一 种无切屑加工方法。常见的金属塑性成形方法包括 种无切屑加工方法。 锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等。 锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等。 金属在塑性成形过程中要涉及到受力、变形。 金属在塑性成形过程中要涉及到受力、变形。 本章主要介绍塑性成型过程中的基本力学问题： 本章主要介等。 应力、应变、屈服准则、弹性变形、塑性变形等。 并学会运用力学方法分析塑性成形过程中物体的应 应变分布，确定塑性加工所需变形力、变形功， 力、应变分布，确定塑性加工所需变形力、变形功， 为选择设备和模具设计提供依据。 为选择设备和模具设计提供依据。
其中： 其中：
J1 = σ x +σ y +σ z
J2 = −[σxσ y +σ yσz +σzσx − (τ +τ +τ )] 2 2 J3 = σxσ yσz + 2 xyτ yzτ zx − (σ τ +σ yτ zx +σzτ xy ) τ
2 xy 2 x yz 2 yz 2 zx
金属塑性成形原理课件
△ 拉深 把板料毛坯成形制成各种空心零件。
△ 翻边 把板料半成品的边缘按曲线或圆弧成形成
竖立的边缘。
△ 胀形 在双向拉应力作用下实现的变形，可以成
形各种空间曲面形状。
△ 扩口 在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其
直径扩大的变形方法。
△ 缩口 在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其
△ 落料 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零
件。
△ 冲孔 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废
料。
△ 切断
用剪刀或冲模沿不封闭轮廓线切断，多用 于加工形状简单的平板零件。
△ 切边
将成形零件的边缘修切整齐或切成一定的 形状。
◇ 成形工序 成形工序是板料在不破裂的条件下产生塑
性变形，获得与模具形状一致的工件。包括弯 曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口等。 △ 弯曲
3) 晶格类型的影响 面心立方金属塑性最好，如铝、铜和镍等； 体心立方次之，如钒、钨、钼等； 密排六方塑性最差，如镁、锌、钛等。
4) 铸造组织的影响 铸造组织由于具有粗大 的柱状晶粒和偏祈、夹杂、 气泡、疏松等缺陷，故使金 属塑性降低。右图是Cr-NiMo钢铸造状态和锻造状态 时的塑性差别。
Cr-Ni-Mo钢铸造组织和锻造 组织塑性的差别
塑 性a 指 标
b
d
e c
应变速率
□ 应变速率对塑性影响的结论
➢不同的应变速率大小影响不同； ➢化学成分越复杂或合金元素含量越高，率敏感性越
高； ➢对有脆性转变金属，视是否避开脆性区而定； ➢增大应变速率，降低摩擦系数；减少热量损失；提高
惯性流动效应； ➢非常高的应变速率大大提高金属的塑性
(5) 应力状态对金属塑性的影响
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2
5.4 残余应力
残余应力的概念 变形条件对残余应力的影响 残余应力引起的后果 减小残余应力影响的措施 残余应力的测定方法
2020/10/23
Lesson Ten
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Lesson Ten
Lesson Ten
Lesson Ten
残余应力是由附加应力变化而来，所以残余 应力也是相互平衡的。并与附加应力相对应， 残余应力也分为第一种、第二种和第三种残 余应力。
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Lesson Ten
用化学侵蚀法及机械方法实验冷轧黄 铜残余应力的比较曲线
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Lesson Ten
另一种化学方法是，将试样吊浸在适当的溶 液里，隔一定时间来称其重量。这样就可以 得到一个重量减小量与经过时间的关系曲线。 与标准曲线相比较，以判定残余应力的大小。 所得到的曲线的位置比标准曲线越高，则表 示物体内的残余应力越大
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Lesson Ten
对加工件进行热处理
物体内存在的残余应力可用退火、回火等方式来减小 或消除。
第一种残余应力可在回火中大大减小。在许多情况下， 残余应力只存在再结晶时才能完全消除。因之，为完 全消除残余应力，需要较高的温度，有时也需要较长 的退火时间。这样就有可能引起晶粒大小产生很大的 变化和力学性能的改变。
表面变形程度越大、残余应力减少得越多。但此变形 程度不应超过某一限度，一般是在1.5~3％以下。若 超过此限度，会造成有害的后果，因为这样不但不会 减小残余应力，反而会使残余应力增加。
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Lesson Ten
残余应力，×10MPa 压拉
40 30 20 10 0 10 20 30 40 40 30 20 10 0 10 20 30 40 40 30 20 10 0 10 20 30 40
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Lesson Ten
用称重法测定残余应力的 试验曲线
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Lesson Ten
化学方法对于测定金属丝，薄条等类型的工 件内的残余应力是十分合适的。同时定性地 来比较在不同的压力加工制度和热处理制度 中所出现的残余应力的大小也是很有用的。
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侵蚀试样所用的溶液，对于含锡青铜可用水 银及含水银的盐类，对于钢可用弱碱及硝酸 盐类。
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Lesson Ten
在判断应力的形式时，若出现横向裂纹，则 可认为是纵向应力作用的结果，若出现纵向 裂纹，可认为是横向应力作用的结果。在实 际中准确地确定裂纹出现的时间比较困难， 不过与其它机械法相比较，还是可以定性地 看出破裂时间与残余应力的关系。
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变形条件对残余应力的影响
Lesson Ten
残余应力与附加应力一样也同样受到变 形条件的影响。其中主要是变形温度、 变形速度、变形程度、接触摩擦、工具 和变形物体形状等等。
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变形温度
Lesson Ten
在确定变形温度的影响时应注意到在变形过程中是否有相 变存在。若在变形过程中出现双相系时，将会引起第二种 附加应力的产生，从而使残余应力增大。
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Lesson Ten
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Lesson Ten
根据公式
1 r
和 2 r
绘制这些数值与钻孔剖面积F的关系曲线。并
用作图法求出此曲线上任一点的导数
d 1 dF
和
d 2 dF
。
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Lesson Ten
变形与钻孔横断面积关系
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Lesson Ten
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X射线法
Lesson Ten
在X射线法中可包括有劳埃法和德拜法。
在劳埃法中可根据干扰斑点形状的变化来定 性地确定残余应力。当无残余应力存在时， 各干扰斑点呈点状分布。有残余应力时，各 干扰斑点伸长，呈“星芒”状。
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Lesson Ten
铝晶体的劳埃图
（a）铝晶体未变形的劳埃图；（b）铝晶体塑性变形后的劳埃图
600 200 0 200 600
铜棒剖面，mm2
（a）
600 200 0 200 600
铜棒剖面，mm2
（b）
600 200 0 200 600
铜棒剖面，mm2
（c）
黄铜捧在辗平前后的残余应力分布图
a－纵向应力；b－切向应力；c－径向应力
(实线为拉制铜捧的残余应力；虚线表示铜棒在碾平后的残余应力)
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Lesson Ten
若加工件是不对称的，则物体除尺寸变化外， 还可能发生形状的改变。
引起残余应力的消失或减小的原因，除机械 加工外还有时间的延长等因素。有时，具有 残余应力的物体在热处理过程中，或受到冲 击后也会发生尺寸和形状的变化。
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Lesson Ten
＋ － ＋
工件的变形
a
b面辗压后，其残 余应力大为减小。在一定限度内，表面变形越大，残 余应力减小得越多。
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Lesson Ten
实验证明，拉制黄铜棒经辗压后，其内部的残余应力 发生如图所示的变化。可见，表面变形可使原来的残 余应力几乎减小一倍，甚至可使表面拉应力变成压应 力。
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减小残余应力影响的措施
Lesson Ten
残余应力是由附加应力的变化而来，其根本 原因就是物体产生了不均匀变形，使在物体 内出现了相互平衡的内力。因此，残余应力 不仅产生在塑性加工过程中，而且也产生在 不均匀加热、冷却、淬火和相变等过程中。
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减小或消除残余应力的方法
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Lesson Ten
降低了金属的塑性加工性能 当具有残余应力的物体继续进行塑性加工时，
由于残余应力的存在可加强物体内的应力和 变形的不均匀分布，使金属的变形抗力升高， 塑性降低。
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Lesson Ten
降低金属的耐蚀性以及冲击韧性和疲劳强度 等。
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Lesson Ten
这种方法仅使工件产生表面变形，所以在变 形中，于工件表面层中产生附加压应力，在 工件中层产生附加拉应力。可见，此方法只 能减小第一种残余应力，且只当工件表面层 中具有残余拉应力时才能适用。
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拉应力 压应力
Lesson Ten
校平棍
但在一般情况下，当变形温度升高时，附加应力以及所形 成的残余应力减小。温度降低时，出现附加应力和从而出 现残余应力的可能增大。因此，即使是对单相系金属也不 允许将变形温度降低到某一定值以下。
在变形过程中温度的不均匀分布是产生极大附加应力的一 个原因，自然也是产生极大残余应力的一个原因。如果变 形过程在高于室温条件下完成时，具有某一数值的残余应 力时，则此残余应力会因物体冷却到室温而增加。
板材裁剪后的变形
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Lesson Ten
使零件的使用寿命缩短
因残余应力本身是相互平衡的，所以当具有 残余应力的物体受载荷时，在物体内有的部 分的工作应力为外力所引起的应力与此残余 应力之和，有的部分为其差，这样就会造成 应力在物体内的分布不均。此时工作应力达 到材料的屈服强度时，物体将会产生塑性变 形；达到材料的断裂强度时，物体将会产生 断裂，从而缩短了零件的使用寿命。
纵向应力
p
E'(F0 F)ddF s1
1
切向应力
t E'(F 0F)d d F 2F 0 2 FF2
径向应力 t E' F02FF2
式中 E' E
1 r2
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化学法
Lesson Ten
化学法是定性研究残余应力的一种方法。此 方法是将试样浸入到适当的溶液中，测量出 自开始侵蚀到发现裂纹的经过时间，按此经 过的时间来判断残余应力的大小。
化学法基本是定性的测定，定量性差，也需 要专门的试样。
X射线法是一种“非破坏性”的测定方法，它 能够定量的测出物体内的残余应力。但此方 法仅适用于能够给出较清晰敏锐的衍射线条 的某些材料，并由于X射线的透射能力较小， 只能探明物体接近表面部分的情况。
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Lesson Ten
第二种残余应力在温度低于再结晶温度时的加热过程 中几乎完全消除。
第三种残余应力只有在再结晶过程中点阵完全恢复时 才能消除。
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Lesson Ten
进行机械处理
机械处理方法是利用使物体表面产生很小的塑性变形 的方法来减小残余应力。这种处理方法主要有： （1）使零件彼此碰撞； （2）用木棒打击表面； （3）表面辊压和压平； （4）表面拉制； （5）在模子中作表面校形或精压。
金属塑性变形理论
Theory of metal plastic deformation
第十讲 Lesson Ten
残余应力
Lesson Ten
第五章 塑性变形的不均匀性
主要内容
Main Content
变形不均匀的基本概念 变形不均匀的原因 减小变形不均匀的措施 残余应力
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变形程度对第二种和第三种残余应力的影响则是另一种情 况。这些残余应力的数值将随变形程度的增加而增大，而 且对于双相系和多相系，比对单相系提高得更强烈。
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Lesson Ten
残余应力能量
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