金属塑性变形理论变形不均匀概念

在凸形轧辊上轧制矩形坯的情形
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残余应力
Lesson Eight
• 应当明确，基本应力是在外力作用下与瞬时加载(或卸载) 所发生的弹性变形相对应，故当外力去除后这部分弹性变 形恢复，基本应力便立刻消失。
• 而附加应力，是在不均匀变形受物休整体性阻碍而发生的、 在物体内自相平衡的内力(与此内力相对应便在物体内呈 平衡存在弹性变形或畸变)，并不与外力发生直接关系， 所以当外力去除，变形终止后，仍继续保留在变形物体内 部。
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附加应力
Lesson Eight
• 由于物体内各处的不均匀变形受到物体整体性的 限制，而引起在其间相互平衡的应力叫做附加应 力
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工作应力
Lesson Eight
• 工作应力是处于应力状态的物体在变形时用各种 方法实测出来的应力，其分布图为工作应力图。
• 当物体的变形绝对均匀时，基本应力图与工作应 力图相同。
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• 第三种附加应力为在滑移面附近或在滑移 带中由各部分彼此之间平衡起来的晶格畸 变所引起的附加应力，也就是说在一个晶 粒内由于变形不均所引起的附加应力。
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溶质原子与位错间的交互作用
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• 变形物体的物理性质必须均匀且各向同性；
• 整个物体任何瞬间承受相等的变形量；
• 接触表面没有外摩擦，或没有接触摩擦所引起的 阻力；
• 整个变形体处于工具的直接作用下，即处于无外 端的情况下。
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• 要全面满足以上条件，严格说是不可能的，因此， 不均匀变形是绝对的。例如，挤压或拉伸棒材的 后端凹入；平砧下镦粗圆柱体时出现的鼓形，板 材轧制时易出现舌头和鱼尾等均表明变形体横断 面上延伸都是不均匀的。这对产品质量及实现加 工过程有着重大影响。因此必须对不均匀变形规 律加以研究，以便采取各种有效措施来防止或减 轻其不良后果。
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第五章 塑性变形的不均匀性
主要内容
Main Content
• 变形不均匀的基本概念 • 变形不均匀的原因及防止措施 • 残余应力
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5.1 变形不均匀的基本概念
• 均匀变形与不均匀变形 • 基本应力与附加应力 • 研究变形分布的方法
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• 按宏观级、显微级和原子级的变形不均匀 性可把附加应力分为下述三种：
• 第一种附加应力，在变形物体的大部分体 积之间由不均匀变形所引起的彼此平衡的 附加应力。上述图示的例子即属于此类。
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• 第二种附加应力为在变形 物体内两个或几个相邻晶 粒之间由不均匀变形所引 起的彼此平衡的附加应力。
• 变形前彼此平行的直线和平面，变形后仍然保持 平行；
• 任何一个二阶曲面变形后仍为二阶曲面，其中变 形前的球体于变形后变为椭球体；
• 两个几何相似且位置相似的单元体，于变形后仍 保持几何相似。
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均匀变形
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均匀变形的条件：
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• 而当变形呈不均匀分布时，工作应力等于基本应 力与附加应力的代数和。
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挤压时金属流动(a)及纵向应力分布(b)、(c)
图(b)附加应力较小时 (c) 附加应力较大时 实线为基本应力，虚线为附加应力，点划线为工作应力
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单鼓形
双鼓形
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轧件头尾凸形
轧件头部镰刀弯
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磨损后的凹形轧辊上轧制矩形坯的情形
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基本应力与附加应力
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• 金属塑性变形时变形物体内变形的不均匀分布， 不但能使物体外形歪扭和内部组织不均匀，而且
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均匀变形与不均匀变形
Lesson Eight
均匀变形
• 若变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们 相应的各个轴向上变形的发生情况，发展方向及 应变量的大小都相同，这个体积的变形可视为均 匀的。
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均匀变形的特点
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• 变形前体内的直线和平面，变形后仍然是直线和 平面；
• 这样，在塑性变形完毕后仍保留于物体内的自相平衡的应 力称为残余应力。
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• 在金属整体性的阻碍下，在趋向产生较大 变形的金属层中要产生附加压应力，而在 趋向产生较小变形的金属层中，就产生附 加拉应力。
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附加应力的分类
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• 从图示中网格的变化看出镦粗时圆柱体变形的不 均匀情况。目前网格法可作定量分析。
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组合圆柱体的镦粗时网格的变形
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• 在用网格法研究金属的变形分布时可把网的每个 单元看作是变形区的单元，在整个变形过程中承 受均匀变形。坐标网可以是立体的，也可以是平 面的。平面坐标网可以是连续的或分开的。分开 的坐标网的单元或者是正方形，或者是圆形。圆 形在变形过程中变成椭圆形，此椭圆轴的尺寸和 方向反映了主变形的大小和方向。
刃型位错周 围的应力场
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研究变形分布的方法
• 网格法 • 硬度法 • 比较晶粒法 • 其他方法
Lesson Eight
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网格法
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• 它是研究金属塑性加工中变形区内金属流动情况 应用最广的方法。这种方法是于变形前在试样的 表面上或内部的剖面上用某种方法刻上坐标网， 变形后测量和分析坐标网的变化，确定变形物体 各处的变形大小及分布。其实质是观察变形前后， 各网格所限定的区域金属几何形状的变化。
还使变形物体内的应力分布也不均匀。此时，除 基本应力外，还产生附加应力。
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基本应力
• 由于外力作用所引起的应力叫 做基本应力，表示这种应力分 布的图形叫做基本应力图。或 物体在塑性变形状态中，完全 根据弹性状态所测出的应力叫 做基本应力。
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