2012金属的塑性变形抗力课件

? 置换式固溶元素：在置换型合金中使用的元素通过固溶强 化、沉淀硬化和晶粒细化来达到强化目的，其强化方式同 钢在室温下的强化方式相类似。Mn、Si、Cr、Ni。
? 复合添加:变形抗力提高。
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4.2.2组织对塑性变形抗力的影响
1. 基体金属 原子间结合力大，σS大。 2.单相组织和多相组织 单相：合金含量越高，σS越大。原因：晶格畸变。 单相σS<多相： 硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则
? 静水压力可使金属内的空位数减少,使塑性变形困难.变形 速度大时,影响大;空位数多时,影响大。
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4.4温度对塑性变形抗力的影响
4.1.2 变形抗力的测定方法
条件：简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布 1. 拉伸试验法： 2. 压缩试验法 3. 扭转试验法
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1.拉伸试验法：
试样：圆柱体，应力状态：单向拉伸，并均匀分布。所测出的 拉应力即为变形抗力:
?
pl
?
P F
式中，F—测定时试样的横断面积；P—作用在F上的力。
? 变形抗力的数学表达式：
单向拉伸： ? r ? ? pl
_?_单pl 向拉伸应力
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?同一金属材料,在一定变形温度、变形速度和变形程度下，以 单向压缩（或拉伸）时的屈服应力（σS）的大小度量其变形抗 力。 ?当屈服点不明显时，常以相对残余变形为0.2%时的应力σ0.2作 为屈服应力（变形抗力）。
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静水压力有明显影响的的组织 转变有脆性倾向。
2）金属合金的流变行为与粘-塑性体行为相一致。（在一定 温度-速度条件下，特别是在温度接近熔点且变形速度不 大时）。
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静水压力的作用：
? 使金属变得致密,消除可能产生的完整性的破坏,既提高金 属塑性,又提高变形抗力.金属越倾向于脆性状态,静水压力 的影响越显著；
4. 金属的塑性变形抗力
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4.1塑性变形抗力的基本概念及测定方法
4.1.1塑性变形抗力的基本概念
变形力:塑性加工时,使金属发生塑性变形的外力. 变形抗力：
? 金属抵抗变形力之力. ? 材料在一定温度、速度和变形程度条件下，保持原有状
态而抵抗塑性变形的能力。 ? 在所设定的变形条件下，所研究的变形物体或其单元体
试样由高度h0压缩到h时，所产生的变形为：? ? ln h0
h
优点：能产生更大变形
缺点：与拉伸相比，变形更不均匀，由于接触摩擦，实测 值稍偏高。
消除或减小接触摩擦对变形的影响可采取的措施：
1）试样端部涂润滑剂，加柔软垫片等； 2）适当增大H/d值，但不能使H/d>2~2.5，否则压缩过程中试样易弯
曲而使压缩不稳定。
? ? 2M
F0 d 平
式中， F0—环的面积（试样断面积）；d平—环平均直径。
数据换算到另外变形状态有困难，且在大变形时，纯剪切遭到 破坏等原因，未广泛应用。
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4.2金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的 影响
4.2.1化学成分对塑性变形抗力的影响
? 对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形 抗力也大。
σS高。 第二相越细、分布越均匀、数量越多，则σS越高。 原因：质点阻碍滑移。 例：退火时第二相聚集为较大颗粒；淬火时弥散分布在基体上。
3.晶粒大小：d↓,变形抗力↑。
4.夹杂物的存在：变形抗力↑。合金变形抗力>纯金属。
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◆屈服强度与晶粒直径的关系
?1
? s ? ? 0 ? Kyd 2
1-Al; 2-钢；3-Ni; 4-碳钢（0.05C); 5-碳钢（0.2%C）； 6-Mo
拉伸过程中的变形分布：均匀。当将试样的l0长度均匀拉伸至l
时，其变形为：
? ? ln l
l0
优点：变形较均匀，其不均匀变形程度比压缩变形小得多。
缺点：均匀变形程度小，一般≤20~30%
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2.压缩试验法
应力状态：单向压缩；变形抗力为： ?
pc
?
P F
式中，P—压缩时变形金属所承受的压力；
F—试样在承受P力作用时所具有的横断面积。
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3.扭转试验法
在圆柱体试样的两端加以大小相等、方向相反的转矩M，在此 作用下试样产生扭转角φ。在试验中测定φ值。
应力状态：纯剪切。但此应力状态的分布不均匀：
?
?
32 M
?d04
?r
式中，d0—圆柱体试样工作部分的直径；r—所测点至试样轴线的距离。
变形中τ随r的变化不呈线性关系，而是取决于函数τ（γ）的复 杂规律变化。为降低不均匀性，可取空心管试样
铁的屈服应力和含C量的关系
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? 碳：在较低温度下随钢中含碳量的增加,钢的变形抗力升 高,温度升高时影响变弱.低温时影响远大于高温时.
不同变形温度和变形速度下，含C量对碳钢变形抗力的影响 －－静压缩，……－动压缩
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? 氮：高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小，以致于不 会引起热变形抗力显著改变，但氮可以通过如氮化铝或氮 化钛等氮化物的形成而引起奥氏体晶粒细化，从而影响热 变形抗力。
能够实现塑性变形的应力强度。 变形抗力与变形力数值相等,方向相反. 不同金属材料变形抗力不同.
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? 金属塑性加工过程都是复杂的应力状态，同一金属材料， 变形抗力比单向应力状态大得多。
? 实际测试的变形抗力P= σS +q σS-材料在单向应力状态下的屈服应力 q –反映材料受力状态（工具与变形物体外表面接触摩擦） 所引起的附加抗力值。
? 同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。 ? 合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显
著影响。 原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；
2）形成化合物 3）形成第二相组织，使σS增加。
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间隙固溶强化
C、N等溶质原子嵌 入α-Fe晶格的八面体 间隙中,使晶格产生不 对称正方性畸变造成 强化效应.铁基体屈服 强度随间隙原子含量 增加而变大.
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4.3应力状态对塑性变形抗力的影响
变形抗力： 挤压>轧制； 孔型中轧制>平辊轧制； 模锻>平锤头锻造；
压应力状态越强，变形抗力越大。
挤压应力状态：三向压 拉拔应力状态：一拉二压 挤压>拉拔
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C.U.帕特涅尔拉伸试验：加以220MPa的径向应力可使变形 抗力和塑性明显升高。
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静水压力：
金属的变形抗力在很大程度上取决于静水压力.静水压力 从0增加到5000MPa时,变形抗力可增加一倍.