《材料成型金属学》教学资料：第3章 金属塑性变形的宏观规律 (2)

2. 沿变形区的纵向和横向：
无外端时：双鼓变形
有外端时：同样起“拉齐”作用，使纵向变形的不均 匀性减小，横向变形的不均匀性增加。
3.3.3 变形工具和坯料的轮廓形状（△h不均）
工具（或坯料）形状是影响金 属塑性流动方向的重要因素。工 具与金属形状的差异，造成金属 沿各个方向流动的阻力差异，使 金属沿各个方向的变形不均，导 致变形过程中出现各种不同缺陷。 1.工具形状的影响： （1）凸型辊或凹型辊轧制矩形 断面坯料时，出现“边浪”、 “中浪”、“裂边”等缺陷； （2）轧辊压下量分配不均时， 导致板材出现镰刀弯、舌头、鱼 尾等缺陷。
3.3.4 变形物体温度分布不均
• 同一变形物体中高温部分变形抗力低，低温部分变形 抗力高。在外力作用下高温部分变形大，低温部分变 形小，从而产生附加应力。
• 变形物体内因温度不同所产生热膨胀不同而引起的热 应力，与由不均匀变形所引起的附加应力相叠加后， 有时会加强应力的不均匀分布，引起变形物体的非正 常变形、弯曲、表面裂纹、甚至芯部周期断裂等缺陷。
钢锭比较厚，若加热时间不足，则中间部分温度较低 中部：T/℃低，膨胀小， σ附热(+) 轧制开始时，表面变形大， σ附(-)
中部变形小， σ附(+) 这二种拉应力叠加，可能造成中间部分金属开裂
3.3.5 变形金属材质不均
变形物体化学成分、组织结构、夹杂物、相状 态等分布不均时，造成变形体各部分物理性能的不 同，如变形抗力不同造成变形和流动的差异，出现 局部应力集中，导致各种宏观和微观的缺陷。
3.4.1 使变形后的组织性能不均，产品质量下降
• 金属塑性加工过程中，变形程 度分布不均必然导致组织不均， 如晶粒大小、形状不均，夹杂 和相状态不均等，使金属强度、 塑性、韧性等性能不均，质量 下降；
• 不均匀变形引起产品尺寸和形 状的变化，造成产品质量下降 （镰刀弯、翘曲、皱纹等）；
（ C''D''弧高度> C'D'弧高度）
由于外端对金属横向流动的限制，使宽展比 无外端时小。因此限制作用距外端越远越弱 ， 所以变形区越长，外端对宽展的影响越小。
对于H/l>2（高件）
1.沿变形区高度方向：
➢上下鼓形处：纵向附加压应力，迫使延伸减小，宽展 增大；
➢中部：纵向附加拉应力，迫使延伸增大，宽展减小； 较大附加拉应力时：产生负宽展。
例：热轧中轧件从轧机轧出 后出现的上翘或下翘现象。
原因之一就是钢的温度不均，例 如加热炉下加热不足，使钢坯上 表面温度高，下面温度低，轧制 时上层压下率大，产生延伸大， 下层延伸小，出现下翘。
模拟方法：铝-钢双金属轧制。
铝—钢双金属轧制时由不 均匀变形产生的弯曲现象
例：在轧制大钢锭时，若均热时间不足，常发现钢锭 中间部分产生裂纹。
➢变形区中部：附加压应力，迫使自由延伸减小；
矩形坯料局部压缩时外端对延
➢上下端部：附加拉应力，迫使自由延伸增大； 伸及宽展的影响
②横向宽展：
1-工具， 2-外端，3-变形区
➢变形区中部：宽展增大；
➢上下端部：宽展减小
外端使纵向变形不均匀性减小，横向变形不均匀性增加。
2.沿变形区的纵向和横向变形：
变形区的原始面积：ABCD 1）无外端时：由ABCD→A'B'C'D' 2）有外端时：由A'B'C'D' →A''B''C''D'' ①沿变形区宽度方向（BC, 横向）： ➢中部：纵向附加压应力，纵向延伸↓ ➢边部：纵向附加拉应力，纵向延伸↑ 结果：纵向变形趋于均匀 ②沿变形区长度方向（AB, 纵向）： ➢中部：远离外端，宽展大 ➢边部：靠近外端，宽展小 结果：横向变形的不均匀性增加。
➢轧件两侧：压下量大，纵向延伸大 ➢轧件中间：压下量小，纵向延伸小由于不
均匀变形，产生附加应力： ➢轧件两侧：附加压应力，使纵向延伸减小 ➢轧件中间：附加拉应力，使纵向延伸增大
实际变形中轧件轧出后前端并不完全平直， 而仍然是两侧延伸大于中间部分。 如果原始坯料中厚度较大的两侧部分的宽 度比厚度较小的中间部分大得多，则可能 使中间部分拉应力超过金属断裂强度，产 生周期性断裂，相反则中间不断裂，而两 平辊轧制厚度不均的坯料 侧产生皱纹。
3.金属塑性变形的宏观规律
Macro Deformation Regularity of Metals
3.3.2 变形物体的外端
• 外端（外区、刚端）：变形过程中某一瞬间变形物体 不直接承受工具作用而处于变形区以外的部分。
• 外端与变形区直接相连，影响着变形区内金属的变形、 应力及速度的分布，而变形区金属的变形也会影响到 外端的一定区域。
• 封闭形外端可减小被压缩物体的不均 匀变形，使其三向压应力状态增强， 变形趋于均匀。
封闭形外端下的塑压变形 1-工件，2-外端，3-工具
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、非封闭形外端（锻造延伸、拉拔等）
H/l≤2
1.沿变形区高度方向：
1）无外端时：单鼓变形。
➢中部：延伸和宽展大；
➢上、下端部：延伸和宽展小。
2）有外端时：
①纵向延伸：强迫地“拉齐”作用。
以上因素在某种塑性加工过程中往往不是单一 存在的。因此，应根据加工条件对所出现的不均匀 变形现象进行具体分析，找出主要因素。
3.4 变形不均匀分布所引起的后果及防止措施
3.4.1 使变形后的组织性能不均，产品质量下降 3.4.2 降低金属的塑性加工工艺性能 3.4.3 增加工具局部磨损，使技术操作复杂
例：①凹辊轧制矩形坯； ②椭圆孔型中轧制矩形坯。
中部△h小，边缘△h大，故沿宽度 方向纵向延伸不均匀。
中部：μ小，产生σ附(+) 开裂
两边：μ大，产生σ附(-) （波纹）
皱折
沿孔型宽度上延伸分布图
镰刀弯
边翘
龟背
边浪 边浪
正常板形
2.原始坯料形状的影响
例：平辊轧制沿宽度厚度不均（如两侧厚中 间薄）的坯料
• 外端的种类：封闭形外端和非封闭形外端。
一、封闭形外端
• 被压缩体积的变形要影响到外端的一 定区域；
• 外端会阻碍被压缩体积的向外扩展。
• 外端体积很小时，变形过程中在被压 缩体积变形的影响下，外端的高度减 小（其程度向周边逐渐减弱）；
• 外端体积较大时，被压缩体积变形难 进行：可能把工具压入变形物体内， 部分金属沿工具周围挤出。