第三章 金属塑性变形的物理基础
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第3章金属塑性变形的力学基础之屈服准则
1924年汉基（H.Hencky） NWPU
变形体单位体积内的总弹性变形能
1 1 m
m
3
1 An = ij ij 2
体积变化引起的单位体积弹性变形能
2
3 AV = m m 2
2 m m
m
3
m
18
3.6 形状变化引起的单位体积弹性变形能
3.6 Deformation energy per unit volume induced by shape change
max min s 2 K
10
2.3 任意应力状态下的Tresca屈服准则
2.3 Tresca yield criterion of any stress state
x xy xz yx y yz zx zy z
形状变化引起的单位体积弹性变形能
NWPU 广义胡克定律
A An AV
1 3 = ij ij m m 2 2
1 A [( x y )2 ( y z )2 ( z x )2 6( xy 2 yz 2 zx 2 )] 12G 1 2 1 2 1 E J2 G 19 2G 2 1 6G 3E
第四节 屈服准则
Part 4. Yield Criterion
P105-P116
1
本节主要内容 Contents
NWPU
1. 2.
基本概念★ ★Concepts 屈雷斯加屈服准则★ ★ ★ Tresca yield criterion
掌握标准 ★ ★ ★要求熟练掌 握并能应用 ★ ★要求熟练掌握 ★ 要求了解
等倾线定义 任意应力矢量
变形体单位体积内的总弹性变形能
1 1 m
m
3
1 An = ij ij 2
体积变化引起的单位体积弹性变形能
2
3 AV = m m 2
2 m m
m
3
m
18
3.6 形状变化引起的单位体积弹性变形能
3.6 Deformation energy per unit volume induced by shape change
max min s 2 K
10
2.3 任意应力状态下的Tresca屈服准则
2.3 Tresca yield criterion of any stress state
x xy xz yx y yz zx zy z
形状变化引起的单位体积弹性变形能
NWPU 广义胡克定律
A An AV
1 3 = ij ij m m 2 2
1 A [( x y )2 ( y z )2 ( z x )2 6( xy 2 yz 2 zx 2 )] 12G 1 2 1 2 1 E J2 G 19 2G 2 1 6G 3E
第四节 屈服准则
Part 4. Yield Criterion
P105-P116
1
本节主要内容 Contents
NWPU
1. 2.
基本概念★ ★Concepts 屈雷斯加屈服准则★ ★ ★ Tresca yield criterion
掌握标准 ★ ★ ★要求熟练掌 握并能应用 ★ ★要求熟练掌握 ★ 要求了解
等倾线定义 任意应力矢量
第3章 金属的塑性变形
轧制
模锻
拉拔
材料与表面工程研究所
工程材料
二、热加工对金属组织和性能的影响
打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。 压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机 械性能。 产生流线分布 —— 非金属夹杂物沿变形方向分布，引 起各向异性。
锻造曲轴
切削加工曲轴
材料与表面工程研究所
工程材料
变形类型 工艺方法 冷轧、拉 拔、冷 挤压、 冷冲压、 冷镦等 冷拉、冷 轧等 组织变化 晶粒沿变形方向伸长，形成冷加 工纤维组织 性能变化 趋于各向异性
4. 形变速度快，接近声速。
晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶
向（孪生方向）发生切变。→金属晶体中变形部分与未变形 部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。→发生孪生的部分
（切变部分）称为孪生带或孪晶。
材料与表面工程研究所
1、塑性变形特点
二、单晶体的塑性变形
工程材料
正应力σ：仅使晶格产生弹性伸长，当超过原子间结合力时，使将晶 体拉断；
工程材料
产生加工硬化的原因是: 随变形量增加, 位错密度增加，由于位错之间的 交互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加。
由于加工硬化, 使已变形部分发生硬化而停止变形, 而未变形部分开始变形。没有加工硬化, 金属就不会 发生均匀塑性变形。
加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热 处理强化的金属和合金尤为重要。
材料与表面工程研究所
工程材料
三、多晶体金属的塑性变形 细晶强化：晶粒细化→强度、硬度、塑性提高、韧性提高 晶粒小→晶界面积大→变形抗力大→强度大 晶粒小→单位体积晶粒多→变形分散→相邻晶粒不同滑移系 相互协调 晶粒小→晶界多→不利于裂纹的传播→断裂前承受较大的塑 性变形
第三章 金属塑性变形的物理基础
（1）塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
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。
塑性与柔软性的对立统一
铅---------------塑性好，变形抗力小
不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
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
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0 F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
%
晶粒5 晶粒4 晶粒3
晶粒2
晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量
四、合金的塑性变形
单相固溶体合金的变形 多相合金的变形
§3. 2 金属塑性加工中组织和性能变化 的基本规律
一、冷塑性变形时金属组织和性能的变化 二、热塑性变形时金属组织和性能的变化
2200
N/mm2
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
μ
0.4
0.3
0.4
0.2 0.2
0.1
0
℃
200
400
600
800
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
0
400
600
800 ℃
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法 楔形件压缩法 塑性加工常用摩擦系数 圆环镦粗法
塑性理论金属塑性变形的物理基础概要
金属原子间的结合形式：
金属内原子间的作用力：
图2．1金属键的模型
图2．2双原子作用பைடு நூலகம்型
第2页/共27页
金属内原子间的作用力：
• 金属内原子都处在异号电荷的吸引力和同号电荷的排斥力的作用下。一种是相互吸引作 用，它来自金属正离子与周围电子气之间的静电吸引力，它促使原子彼此接近；另一种 是相互排斥作用，它来自正离子与正离子之间和电子与电子之间的静电排斥力，它促使 原子彼此离开。
在多晶体中，滑移线和孪晶带大多中止于晶界处，这表明晶界对变 形过程有着明显的阻碍作用。这种阻碍作用以及晶界本身的结构都与指邻晶 粒的取向差有着密切的关系。在总变形量相同时，晶界的变形要比晶粒内部 的变形小。 • 变形的不均匀性
在多晶体中，由于各个晶粒的空间位向不同，同一晶粒各个部位所受 外界环环境的制约也不相同。这就使得各个晶粒或晶粒各部分的变形量和发 展方例不同，因此多晶体的变形是不均匀的。
第10页/共27页
2．3 实际金属的晶体结构：
晶体分为单晶体和多晶体： • 单晶体：单晶体是一块以原子或原子团为单位沿着空间的前后、左右、上下三个方向整
整齐齐地堆垛成的固体。（可以在实验室生成） • 晶 粒：由许多位向基本一致的晶胞组成，类似单晶体，称为晶粒或小晶体。（晶粒在
显微镜下可以看到） • 多晶体：多晶体则是由许多取向不同的晶粒组成的一块固体，多晶体中的每一个晶粒内
• 体心立方 : Cr V Mo W α-Fe β-Ti
• 密排六方 : Zn 第M7g页/共27B页e
α-Ti等
• 面心立方 : Al Ni Cu γ-Fe
第8页/共27页
• 体心立方 : Cr V Mo W α-Fe β-Ti
第9页/共27页
金属内原子间的作用力：
图2．1金属键的模型
图2．2双原子作用பைடு நூலகம்型
第2页/共27页
金属内原子间的作用力：
• 金属内原子都处在异号电荷的吸引力和同号电荷的排斥力的作用下。一种是相互吸引作 用，它来自金属正离子与周围电子气之间的静电吸引力，它促使原子彼此接近；另一种 是相互排斥作用，它来自正离子与正离子之间和电子与电子之间的静电排斥力，它促使 原子彼此离开。
在多晶体中，滑移线和孪晶带大多中止于晶界处，这表明晶界对变 形过程有着明显的阻碍作用。这种阻碍作用以及晶界本身的结构都与指邻晶 粒的取向差有着密切的关系。在总变形量相同时，晶界的变形要比晶粒内部 的变形小。 • 变形的不均匀性
在多晶体中，由于各个晶粒的空间位向不同，同一晶粒各个部位所受 外界环环境的制约也不相同。这就使得各个晶粒或晶粒各部分的变形量和发 展方例不同，因此多晶体的变形是不均匀的。
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2．3 实际金属的晶体结构：
晶体分为单晶体和多晶体： • 单晶体：单晶体是一块以原子或原子团为单位沿着空间的前后、左右、上下三个方向整
整齐齐地堆垛成的固体。（可以在实验室生成） • 晶 粒：由许多位向基本一致的晶胞组成，类似单晶体，称为晶粒或小晶体。（晶粒在
显微镜下可以看到） • 多晶体：多晶体则是由许多取向不同的晶粒组成的一块固体，多晶体中的每一个晶粒内
• 体心立方 : Cr V Mo W α-Fe β-Ti
• 密排六方 : Zn 第M7g页/共27B页e
α-Ti等
• 面心立方 : Al Ni Cu γ-Fe
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• 体心立方 : Cr V Mo W α-Fe β-Ti
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第三章 金属的塑性变形
变形速度得到恰当配合。
主要工艺：微细晶粒超塑性、相变超塑性
小结
1.认识单晶体金属塑性变形的主要方式－滑移的主 要特点；
2.认识多晶体金属塑性变形的特点和晶界与晶粒位 向对塑性变形的影响； 3.掌握金属在塑性变形过程中，结构、组织与性能 的变化规律，加工硬化产生的原因和实际意义；
滑移的同时必然伴随着晶体的转动。
孪生
孪生：在切应力作用下，晶体的一部分 相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶 向（孪生方向）发生切变的变形过程。
孪生的特点
金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面
两侧形成镜面对称关系。 发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或 孪晶。
孪生带的晶格位向发
生变化，发生孪生时 各原子移动的距离是 不相等的。
一、单晶体的塑性变形
塑性变形主要方式：滑移、孪生
单晶体
弹性变形
滑移变形
孪生变形
滑移变形在晶体表面留下变形痕迹 孪晶变形在晶体内部留下变形痕迹
滑移
滑移是在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑 移方向）相对于另一部分发生滑动。
滑移示意图
机械工程材料
滑移的特点
滑移与位错
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许 多晶界，变形复杂。
2、多晶体的塑性变形
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同， 且存在许多晶界，变形复杂。
（A）晶界的影响
晶界起强化作用
（ B）晶粒位向的影响
轴向拉力F，试样横截面积A , 外力F作用在滑移面上，沿滑 移 方向的分切应力为:
晶界的影响
金属在热轧时变形和再结晶的示意图
热加工对金属组织和性能的影响⑴
①改善铸锭组织，表现在：
主要工艺：微细晶粒超塑性、相变超塑性
小结
1.认识单晶体金属塑性变形的主要方式－滑移的主 要特点；
2.认识多晶体金属塑性变形的特点和晶界与晶粒位 向对塑性变形的影响； 3.掌握金属在塑性变形过程中，结构、组织与性能 的变化规律，加工硬化产生的原因和实际意义；
滑移的同时必然伴随着晶体的转动。
孪生
孪生：在切应力作用下，晶体的一部分 相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶 向（孪生方向）发生切变的变形过程。
孪生的特点
金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面
两侧形成镜面对称关系。 发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或 孪晶。
孪生带的晶格位向发
生变化，发生孪生时 各原子移动的距离是 不相等的。
一、单晶体的塑性变形
塑性变形主要方式：滑移、孪生
单晶体
弹性变形
滑移变形
孪生变形
滑移变形在晶体表面留下变形痕迹 孪晶变形在晶体内部留下变形痕迹
滑移
滑移是在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑 移方向）相对于另一部分发生滑动。
滑移示意图
机械工程材料
滑移的特点
滑移与位错
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许 多晶界，变形复杂。
2、多晶体的塑性变形
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同， 且存在许多晶界，变形复杂。
（A）晶界的影响
晶界起强化作用
（ B）晶粒位向的影响
轴向拉力F，试样横截面积A , 外力F作用在滑移面上，沿滑 移 方向的分切应力为:
晶界的影响
金属在热轧时变形和再结晶的示意图
热加工对金属组织和性能的影响⑴
①改善铸锭组织，表现在：
金属塑性变形物理基础(ppt课件
对组织的研究是金属学的重要内容，晶粒是组织的基本组成单位，而由晶界把不 同的晶粒结合在一起。
.
9
（2）晶体结构： 一个完整的晶粒或亚晶是由同类或不同比例的异类原子，按一 定规律结合在一起，并可以用严格的几何图案表达。 结构就是指原子集合体中各原子的组合状态。
金属和合金的典型结构模型： 面心立方晶体：Al、Ni、Cu、γ-Fe
.
5
前言
因此,为了达到有效的控制材料性能的目:
在现代缺陷理论的基础上，阐明金属塑 性变形的物理实质、变形机理、塑性变 形时材料的组织结构和性能变化的关系， 从而为合理地选择加工条件，保证塑性 变形过程的进行提供理论基础。
.
6
课程内容
1.金属材料的一般特性 2.金属塑性变形的物理本质 3.金属的塑性变形和强化 4.金属在塑性变形中的组织结构与性能变化
.
7
1.金属材料的一般特性
金属材料,尤其是钢铁材料: 由于本身具有比其它材料优越的综合性能; 由于在性能方面以及数量和质量方面蕴藏着巨大潜力; 对人类文明发挥着重要的作用。
决定金属材料性能的基本因素： 化学成分 --- 金属元素; “组织” 和“结构”-Biblioteka - 原子集合体的结构以及内部组织。
.
8
体心立方晶体：Cr、V、Mo、W、α-Fe、β-Ti
密排六方晶体：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co
.
10
（3）结构缺陷：金属学中将原子组合的不规则性，统称 为结构缺陷，或晶体缺陷。
缺陷种类：
点缺陷：溶质原子，间隙原子，空位；
线缺陷：位错； 面缺陷：晶界，相界，层错，半位错…. 体缺陷：如固溶体中的偏聚区，孔洞….
样集中在一些滑移面上进行; 孪生比滑移困难一些，所以变形时首先发生滑移，当切应
.
9
（2）晶体结构： 一个完整的晶粒或亚晶是由同类或不同比例的异类原子，按一 定规律结合在一起，并可以用严格的几何图案表达。 结构就是指原子集合体中各原子的组合状态。
金属和合金的典型结构模型： 面心立方晶体：Al、Ni、Cu、γ-Fe
.
5
前言
因此,为了达到有效的控制材料性能的目:
在现代缺陷理论的基础上，阐明金属塑 性变形的物理实质、变形机理、塑性变 形时材料的组织结构和性能变化的关系， 从而为合理地选择加工条件，保证塑性 变形过程的进行提供理论基础。
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6
课程内容
1.金属材料的一般特性 2.金属塑性变形的物理本质 3.金属的塑性变形和强化 4.金属在塑性变形中的组织结构与性能变化
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7
1.金属材料的一般特性
金属材料,尤其是钢铁材料: 由于本身具有比其它材料优越的综合性能; 由于在性能方面以及数量和质量方面蕴藏着巨大潜力; 对人类文明发挥着重要的作用。
决定金属材料性能的基本因素： 化学成分 --- 金属元素; “组织” 和“结构”-Biblioteka - 原子集合体的结构以及内部组织。
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8
体心立方晶体：Cr、V、Mo、W、α-Fe、β-Ti
密排六方晶体：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co
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（3）结构缺陷：金属学中将原子组合的不规则性，统称 为结构缺陷，或晶体缺陷。
缺陷种类：
点缺陷：溶质原子，间隙原子，空位；
线缺陷：位错； 面缺陷：晶界，相界，层错，半位错…. 体缺陷：如固溶体中的偏聚区，孔洞….
样集中在一些滑移面上进行; 孪生比滑移困难一些，所以变形时首先发生滑移，当切应
金属塑性变形的物理基础
第二节金属热态下的塑性变形
01
02
03
04
第二节金属热态下的塑性变形 1.热塑性变形时软化过程
23% Option 1
30% Option 2
热塑性变形时软化过程
静态回复 在较低的温度下、或在较早阶段发生转变的过程称为静态回复。它是变形后的金属自发地向自由能降低的方向转变的过程。
静态再结晶 在再结晶温度以上，金属原子有更大的活动能力，会在原变形金属中重新形成新的无畸变等轴晶，并最终取代冷变形组织，此过程称为金属的静态再结晶。
01
02
03
04
05
06
3.合金的塑性变形
(一) 单相固溶体的塑性变形 2 固溶强化 （3）屈服和应变时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现象；去载后放置一段时间或200℃加热后再加载出现屈服。这种现象叫做应变时效。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
在孪生变形时，所有平行于孪生面的原子平面都朝着一个方向移动。每一晶面移动距离的大小与它距孪生面的距离成正比。每一晶面与相邻晶面的相对移动恒等于点阵常数的若干分之一。
01
晶体以何种方式变形，取决于那张变形需要的切应力低。
02
常温下滑移切应力低于孪生，很低温度下，孪生低于滑移。
03
变形速度的增加可促使晶体的孪生化，如高速冲击。
热轧和热挤时，动、静态回复和再结晶的示意图。
图4-10 动、静回复和再结晶示意
热塑性变形机理
第二节金属热态下的塑性变形 2.热塑性变形的机理 变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变。 一般来说，晶内滑移是最主要和常见的；孪生多在高温变形时发生，但对刘芳晶系金属，这种机理起重要作用。晶界滑移和扩散蠕变只在高温变形时才发挥作用。 （1）晶内滑移 热变形的主要机理仍然是晶内滑移。高温时原子间距加大，热振动和扩散速度增加，位错滑移、攀移、交滑移及节点脱锚比低温容易；滑移系增多，滑移灵便性提高，各晶粒之间变形更加协调；晶界对位错运动阻碍作用减弱。
金属塑性成形原理第三章金属塑性成形的力学基础第五节应力应变关系(本构关系)
1 2 3
(1 m ) ( 2 m ) ( 3 m )
根据Levy-Mises方程
d 1 d 2 d 3 d ( 1 m ) ( 2 m ) ( 3 m )
第五节 塑形变形时的应力应变关系
塑性变形时应力与应变的关系称 为本构关系，其数学表达式称为 本构方程或物理方程。
主要内容：
5.1 弹性变形时的应力应变关系 5.2 塑性变形时应力应变关系特点 5.3 增量理论 5.4 全量理论 5.5 应力应变顺序对应规律
5.1 弹性变形时的应力应变关系
5.1 弹性变形时的应力应变关系
在弹性变形中包括改变体积的变形和改变形状的变形。前者与应力球 张量成正比，后者与应力偏张量成正比，写成张量形式：
比列及差比形式：
x y y z z x xy yz zx 1 x y y z z x xy yz zx 2G
x y
d y - d z
y z
d z - d x d z x
d x d ( x m )
d x d y d( x m y m ) d ( x y )
(d x d y )2 ( x y )2 d2
1 d ij' d ij' d ij' 1 1-2 2G d ij d ij' d ij' d m ij 2G E d 1-2 d m m E
增量理论特点：
Prandtl-Reuss理论与Levy-Mises理论 的差别在于前者考虑弹性变形而后者 不考虑 都指出了塑性应变增量与应力偏量之 间的关系 整个变形由各个瞬时变形累加而得， 能表达加载过程的历史对变形的影响， 能反映出复杂的加载情况
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大 气 压
σ1-σ2
大 气 压
图5-20 脆性材料的各向压缩曲线 2 —侧向压力 （a）大理石；（b）红砂石； 1 —轴向压力；
2. 应变状态的影响
图5-24 主变形图对金属中缺陷形状的影响
（a）未变形的情况；（b）经两向压缩—向延伸变形后的情况； （c）经—向压缩两向延伸后的情况
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其他因素对金属塑性的影响
1 力学 性能
2
体积 图5-25 变形物体体积对力学性能的影响 1—塑性； 2—变形抗力； 3—临界体积点
提高金属塑性的基本途径
提高塑性的主要途径有以下几个方面： (1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成 分和组织的均匀性； (2)采用合适的变形温度—速度制度； (3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的 不均匀性，尽量造成均匀的变形状态； (4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。
2．常用的润滑剂
液体润滑剂包括矿物油、动植物油、乳液等 固体润滑剂，包括石墨、二硫化钼、肥皂等 液-固型润滑剂 熔体润滑剂
润滑剂中的添加剂
润滑油中的添加剂，一般应易溶于机油， 热稳定性要好，且应具有良好的物理化学 性能，常用的添加剂有油性剂、极压剂、 抗磨剂和防锈剂等。
润滑方法的改进
结论：塑性与柔软性不是同一概念
为什么要研究金属的塑性？
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
（2）塑性指标及其测量方法
塑性指标的测量方法 塑性指标
塑性指标
概 念： 金属在破坏前产生的最大变 形程度，即极限变形量。 表示方法： 断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角（或扭转数） 弯曲次数
N
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： k 式中，m为摩擦因子 =m·
摩擦系数及其影响因素
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
拉伸试验法
Lh L0 100% L0
F0 Fh 100% F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法 楔形件压缩法 塑性加工常用摩擦系数 圆环镦粗法
塑性加工的工艺润滑
工艺润滑的目的及润滑机理 润滑的目的 减少工模具磨损，延长工具使用寿命 提高制品质量 降低金属变形时的能耗 润滑机理 流体力学原理 吸附机制
润滑剂的选择
1．塑性成形中对润滑剂的要求
挤压速度 （毫米/秒）
合 金 号 L4 LD2 LY11 LY11
挤压系数 11 11~16 11~16 31
金属温度 ℃ 158~195 294~315 340~350 308
150 150 150 65
变形力学条件对金属塑性的影响
1. 应力状态的影响 静水压力对提高金属塑性的良好影响
σ1-σ2
一、概述 二、塑性变形机理 三、塑性变形的特点 四、合金的塑性变形
二、塑性变形机理
1．晶粒的转动与移动
图5-7 晶粒的转动
2．溶解——沉积机构
该机构的实质是一相晶体的原子迅速而飞 跃式的转移到另一相的晶体中去。 保证两相有较大的相互溶解度外，还必须 具备下列条件 : （1）随着温度的变化或原有相晶体表面大 小及曲率的变化，伴随有最大的溶解度改 变。 ( 2）变形时，应具备足够高的温度条件。
压缩试验法
简单加载条件下，压缩试验法测定的塑 性指标用下式确定：
H0 Hh 100% H0
式中： ——压下率； H0——试样原始高度； Hh——试样压缩后，在侧表面出现第一条 裂纹时的 高度
扭转试验法
对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好， 可将扭转数换作为剪切变形（γ） 。
R
1．流体润滑 2．表面处理 （1）表面磷化处理 （2）表面氧化处理 （3）表面镀层
其数学表达式为： F N 或 N 式中 F——摩擦力； ——外摩擦系数； N——垂直于接触面正压力； ——接触面上的正应力； ——接触面上的摩擦切应力。 由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称 常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较 好的加工过程，此定律较适用。
§3.5 金属塑性加工时摩擦 的特点及作用
塑性成形时摩擦的特点 在高压下产生的摩擦 较高温度下的摩擦 摩擦副（金属与工具）的性质相差大 在接触面上各点的摩擦也不一样
外摩擦在压力加工中的作用 塑性加工中摩擦的分类及机理 塑性加工时接触表面摩擦力的计算 摩擦系数及其影响因素 测定摩擦系数的方法 塑性加工的工艺润滑 润滑剂的选择 润滑剂中的添加剂 润滑方法的改进
3．非晶机构
非晶机构是指在一定的变形温度和 速度条件下，多晶体中的原子非同步 的连续的在应力场和热激活的作用下， 发生定向迁移的过程。
三、塑性变形的特点
1．变形不均匀
（a）变形前
（b）变形后
图5-4 多晶体塑性变形的竹节现象
图5-5 多晶体塑性变形的不均匀性
2．晶界的作用及晶粒大小的影响
在 2mm 内 的 延 伸 率 ， %
（1）塑性的基本概念
什么是塑性？
塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
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。
塑性与柔软性的对立统一
铅---------------塑性好，变形抗力小
不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
外摩擦在压力加工中的作用
摩擦的不利方面 改变物体应力状态，使变形力和能耗增加 引起工件变形与应力分布不均匀 恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低 工具寿命 摩擦的利用 例如，用增大摩擦改善咬入条件，强化轧 制过程；增大冲头与板片间的摩擦，强化 工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。
塑性加工中摩擦的分类及机理
第三章 金属塑性变 形的物理基础
第三章 金属塑性变形的物理基础
§3. 1 金属的塑性变形的机理及特点 §3. 2 金属塑性加工中组织和性能变化的基本规律
§3. 3 金属在塑性加工过程中的塑性行为
§3. 4 金属的超塑性变形 §3. 5 金属塑性成形中的外摩擦
§3. 1 金属的塑性变形的机理及特点
在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求： （1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍 能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态； （2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不 分解，不变质； （3）润滑剂有冷却模具的作用； （4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用； （5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境； （6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。
变形温度对金属塑性的影响
塑 性 指 标
温度，°K
图5-14 温度对塑性影响的典型曲线
塑 性
温度，℃
图5-15 碳钢的塑性随温度变化图
纯铝
无氧铜
图5-16 几种铝合金及铜合金的塑性图
变形速率对金属塑性的影响
塑 性
Ⅰ
Ⅱ
变形速度，1/秒 图5-18 变形速度对塑性的影响
表5-1 铝合金冷挤压时因热效应所增加的温度
0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 N/mm2
200
600
1000
1400
1800
2200
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
μ
0.4 0.3 0.4
0.2 0.2 0.1
0
0
℃
200
400
600
800
400
600
800
℃
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
外摩擦的分类 干摩擦 流体摩擦 边界摩擦
摩擦机理 分子吸附说 表面凸凹学说
塑性加工时接触表面摩擦力的计算
在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列 三种情况考虑
1．库仑摩擦条件 这时不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认 为摩擦符合库仑定律。其内容如下： （1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例， 与摩擦表面的大小无关； （2）摩擦力与滑动速度的大小无关； （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。
摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面状态、单 位压力及所采用润滑剂的种类与性能等而不同。 其主要影响因素有： 1 .金属的种类和化学成分 2.工具材料及其表面状态 3. 接触面上的单位压力 4 .变形温度 5.变形速度 6 .润滑剂
0.14 0.13
0.12
0.11 0.10 0.09
摩 擦 系数μ0.08
n
30 L0
式中：R——试样工作段的半径； L0——试样工作段的长度；
n——试样破坏前的总转数。
轧制模拟试验法
在平辊间轧制楔形试件， 用偏心轧辊轧制矩形试样， 找出试样上产生第一条可见 裂纹时的临界压下量作为轧 制过程的塑性指标。
金属的化学成分及组织对塑 性的影响
1．化学成分 （1）杂质 （2）合金元素对塑性的影响 2．组织结构
晶粒5 晶粒4 晶粒3 晶粒2 晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量