实验二 金属室温压缩的塑性及其流动规律1

实验二金属室温压缩的塑性及其流动规律

一、实验目的

1、掌握用液压机进行金属室温体压缩的实验技能。

2、分析室温体压缩时金属塑性及其流动规律。

(包括最小阻力定律、摩擦对金属流动的影响)

二、实验原理概论

利用液压压力机，以简单加载的方式，可完成高塑性金属材料的室温体压缩试验。这种物理模拟试验方法，能够验证金属塑性流动的宏观规律（最小阻力定律）以及接触面上的外摩擦对塑性流动的影响。

金属的塑性是金属在外力作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。金属的塑性加工是以塑性为前提，在外力作用下进行的。金属塑性的大小，以金属塑性变形完整性被破坏之前的最大变形程度表示。这种变形程度数据称为“塑性指标”或称为“塑性极限”。但是，目前还没有某种实验方法能测量出可表示所有塑性加工条件下共用的塑性指标。

金属材料室温压缩试验法，也就是在简单加载条件下，其压缩前后的试样如图所示。

压缩试验法的塑性压缩率（ε），其数值由下式确定：

01

100%h h h ε-=

⨯ 式中 h 0—试验原始高度，mm;

h 1—试验压缩至侧面目测观察出现裂纹时的高度，mm 。

按塑性压缩率（ε）的大小，材料可进行如下分类：ε>=60%,为高塑性材料；ε=40%-60%，为中性塑性材料；ε=20%-40%，为低塑性材料。 金属塑性加工时，质点的流动规律可以应用最小阻力定律分析。最小阻力定律可表述为：变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少的功，走最长的路。最小阻力定律实际上是力学质点流动的普通原理，它可以定性地用来分析金属质点的流动方向。它把外界条件和金属流动直接联系起来，很直观并且使用方便。

当接触表面存在摩擦时，矩形断面的试样在体压缩时的流动模型如图8-2所示。因为接触面上质点向周向流动的阻力与质点离周边的距离成正比，所以离周边的距离愈近，阻力愈小，金属质点必然沿这个方向流动，这个方向恰好是周边的最短法线方向。因此，可用点划线将矩形分成2个三角形和2个梯形，形成了4个流动区域。点划线是流动的分界线，线上各点至周边的距

离相等，各个区域内的质点到各自边界的法线距离最短。这样流动的结果，矩形断面将变成双点划线所示的多边形。继续压缩，断面的周边将趋于椭圆。此后，各质点将沿着半径方向流动。由于相同面积的任何形状总是圆形周边最短，因而最小阻力定律在压缩中也称为最小周边法则。

金属塑性变形的发生、发展过程是不均匀的。从宏观上讲，主要是由于在压力加工过程中坯料与工具的形状一般是不一致的，另外还有不可避免的外摩擦作用，致使变形区内金属所受的应力分布不均匀，在不同部分区间，

变形起始的早晚、程度的大小、速度快慢等都不相同；如果坯料的变形温度

不均匀，同样也会发生上述现象。从微观上讲，金属结构的本身就是不均匀的，这样也必然引起变形的不均匀，如下图所示。

平锤间镦粗矩形组合件时的塑性流动规律及变形情况

三、实验设备及材料

1、实验设备：液压压力机。

2、模具：压缩试验模具。

3、试样：低碳方钢，硬铝合金圆柱，5mm×50mm×50mm的铅板。

4、润滑剂，清洗剂，测量工具。

四、实验步骤

1、采用5 mm×50 mm×50mm的铅板，在

铅板上、下表面画上5×5mm的方格。

2、将10块铅板叠合，组成50mm×50mm

×50mm的矩形试件。将试件在干净平锤

间进行镦粗至25mm的高度。观察出现鼓

形现象。

3、取下试件，从上、下表面观察表面摩擦现象和变圆的现象。

4、将铅块分开，并从中间剪开每片试片，测量各点的压缩数据，做好记录。

5、将平锤表面进行润滑处理(采用硬脂酸锌)，重复2、3、4。

6、取20块上述铅块，组成100mm×50mm×50mm的矩形试件，进行实验和分析。

数据记录下列表格：(干净表面、机油、双鼓形)

1点2点3点4点5点6点7点8点9点10点11点第1块

第2块

第3块

第4块

第5块

第6块

第7块

第8块

第9块

第10块

五、实验报告要求

1、简述实验目的、内容、原理及试样材料、状态与润滑条件。

2、记录压缩实验数据、计算压缩率，分析体压缩时金属塑性及其流动影响规律。

3、分别画出各层铅板变形后的形状。

4、解释铅块变圆现象。

5、区分平锤接触表面铅块的变形区，分析各区的摩擦规律。

6、解释镦粗后试件侧面翻平现象。

7、解释塑压间试件内明显存在的三个区域出现的原因。