弹塑性理论

金属的塑性变形抗力及轧制过程的

滑动摩擦

——弹塑性理论讨论课

学院：机械工程学院

班级：轧钢设备及工艺一班

小组成员：戴华平罗湘粤裴泽宇王奕答谢世豪

指导教师：李学通

完成时间：金属的塑性变形抗力

一、塑性变形抗力的基本概念及测定方法

塑性变形抗力：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。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）时的屈服应力的大小度量其变形抗力。

变形抗力测定方法条件：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：。变形较均匀，均匀变形程度小。

2)压缩试验法：。能产生更大变形，与拉伸相比，变形不均匀，由

于接触摩擦，实测值较高。

3)扭转试验法：圆柱试样：。应力状态分布不均匀，为

降低不均匀性，可取空心管试样，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。

二、金属的塑性变形抗力的影响因素

1.金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响

1)对于各种纯金属，原子间结合力大，滑移阻力大，变形抗力也大。

2)同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。

3)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：a溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；b形成化合物；

c形成第二相组织，使增加。

4)合金元素使钢的再结晶温度升高，再结晶速度降低，因而硬化倾

向性和速度敏感性增加，变形速度高↑。

5)某些情况下改变合金的某主要成分的含量不会引起变形抗力的太

大变化。

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，大。

2）单相组织和多相组织单相

单相：合金含量越高，越大。原因：晶格畸变。

3）晶粒大小 d，变形抗力。

3.温度对塑性变形抗力的影响

变形抗力随温度↑的变化情况：

1)变形抗力↓例：Cu

2)情况较复杂，如:钢

随着温度↑，屈服应力↓，屈服延伸↓，至400℃消失。

＜300℃：抗拉强度，塑性；＞300℃：抗拉强度，塑性。

变形抗力降低的原因

1）软化效应：发生了回复和再结晶

2）其他变形机构的参与

a)温度升高，原子动能大，结合力弱，临界切应力低，滑

移系增加，由于晶粒取向不一致对变形抗力影响减弱。

b)温度升高，发生热塑性。

c)晶界性质发生变化，有利于晶间变形，有利于晶间破坏

的消除。

d)组织发生变化，如相变。

硬化随温度升高而降低的总效应决定于：

a)回复和再结晶的软化作用；

b)随温度的升高，新塑性机构的参与作用；

c)剪切机构（基本塑性机构）特性的变化。

4变形速度对塑性变形抗力的影响

影响因素：塑性变形过程，软化过程，热效应。

1)每种金属在设定温度下都有其特征变形速度特征变形速度:变

形速度↑，变形抗力↑。

2)变形速度↑，变形物体热效应↑。

3)原因:①为完全实现塑性变形的时间不够。②为实现软化过程的

时间不够:变形产生硬化回复和再结晶产生软化硬化速率超过软

化速率使变形抗力升高。

5变形程度的影响

1)变形程度↑，晶格畸变↑，阻碍滑移，变形抗力↑。

2)通常变形程度在30%以下时，变形抗力增加显著。当变形程度较

大时，变形抗力增加变缓。

3)冷加工：温度低于再结晶温度，产生加工硬化。

4)热加工：若变形速度高，回复和再结晶来不及进行，也会加工硬

化。‘

三金属的塑性变形抗力应用模型

变形速度的影响关系式：

变形程度的影响关系式：

变形温度的影响关系式：

对于热变形：

其中A,n,m,B---取决于变形材料和变形条件的常数，由试验确定。

库尔那科夫温度定律：

式中——温度t1时塑性变形抗力的特征值；

——温度t2时塑性变形抗力的特征值；

a ——温度系数。

轧制过程的滑动摩擦

一．滑动摩擦的种类

无论是在机器或金属加工中，润滑剂对于摩擦过程中都有重要的影响，根据润滑的厚度和存在情况，可将滑动摩擦分为四种基本类型的摩擦。

四种摩擦状态：

a)干摩擦：在轧辊与轧件两洁净的表面之间，不存在其他物质。在机械设

计中，通常把未有经过人为润滑的摩擦状态当作"干摩擦"处理。

b)边界摩擦：在接触表面内，仅存在有润滑剂吸附层的润滑摩擦成为吸附

润滑摩擦。

c)液体摩擦：在轧件与轧辊之间存在较厚的润滑层（油膜），接触表面不再

直接接触。

d)混合摩擦（半干摩擦和半液体摩擦）：

半干摩擦：干摩擦与边界摩擦的混合部分区域存在粘性介质薄膜，这是在润滑表面之间，润滑剂很少的情况下出现的。

半液体摩擦：在这种情况下，接触物体之间有一个润滑层，但没有把接触表面之间完全分隔开来。在进行滑动时，在个别点上由于表面凹凸不平处相啮合，即出现了边界摩擦区或干摩擦区。

二．轧制过程的滑动摩擦

滑动摩擦的基本机理：

a)接触面的局部粘结：变形区存在分子吸引力，并产生局部粘连

b)接触表面的机械咬合：轧件轧辊的表面并非绝对光滑，而是有许多小的

峰谷；轧辊表面的凸起压入变形金属的表面，与变形金属形成机械咬合。

c)中间物质的剪切：

冷轧时的润滑摩擦

由于油和金属的吸附作用，在轧辊和轧件的表面上油的流动速度与吸附表面相同。由于油的高度不断减少，在油楔内后面油层的流动将受到前面油层的阻碍，并迫使沿上下表面流入油楔内的润滑油不断地从油楔中流出。摩擦是保证轧制过程顺利进行的必要条件,但同时又给轧制过程带来诸如力能消耗增加、轧辊磨损以及工件变形不均等不利影响。

三.咬入和稳定轧制时的摩擦系数的测定方法

由于在轧制过程的个不同阶段，摩擦条件完全不同，因此摩擦系数具有相同的数值，在咬入阶段轧件的前棱与轧辊相接触，接触面积较小压力较低，此外在咬合时特别是在咬入角接近极限数值的情况下，轧辊和轧件产生短时间的打滑的现象是经常地，这将造成轧件前棱的明显磨损，因此在咬入时将附着有氧化皮及其其他中间物质的可能性很小，变形金属与轧辊的接触面比较纯净。

为了确定变形区内摩擦系数的平均数值和摩擦力的分布以及极限咬入角的数值，在历史上曾经出现过许多不同的测定摩擦力的方法：

最大咬入角方法

思路：用很小的推力，将轧件送向旋转的轧辊，并在此时使轧辊的辊缝尽可