第讲 变形抗力概念及测定方法
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2018/10/4
Lesson Sixteen
• 因塑性加工时所需的变形力P p F (其中F为接 触面积在与P垂直方向上的投影)，所以，在计算 变形力时必须首先要求出金属的变形抗力 。
s
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Lesson Sixteen
8.1.2 变形抗力的测定方法
• 这里所介绍的变形抗力测定方法是指在简单应力 状态下，应力状态在变形物体内均匀分布时的变 形抗力测定。 • 测定方法有： （1） 拉伸试验法 （2） 压缩试验法 （3） 扭转试验法
Lesson Sixteen
第八章 金属的塑性变形抗力
主要内容
Main Content
• 变形抗力的概念及测定方法
• 影响变形抗力的主要因素
• 变形抗力的计算
2018/10/4
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Lesson Sixteen
Baidu Nhomakorabea
8.1 变形抗力的概念及测定方法
• 变形抗力的概念 • 变形抗力的测定方法
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Lesson Sixteen
• 碳
• 在较低的温度下随着钢中 含碳量的增加，钢的塑性 变形抗力升高。温度升高 时其影响减弱。图中示出， 在不同变形温度和变形速 度条件下，压下率为30％ 时含碳量对变形抗力的影 响。可见，低温时的影响 比高温时大得多。
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Lesson Sixteen
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拉伸试验法
• 拉伸试验中所用的试样通常为圆柱体，在拉伸变形体积 内的应力状态为单向拉伸，并均匀分布。 拉应力：
P pl F
应变：
l ln l0
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Lesson Sixteen
• 在选择拉伸试样材质时，很难保证其内部组织均 匀，其内部各晶粒，甚至一个晶粒内部的各质点 的变形和应力也不可能完全均一。所示，在此试 验中所测定的应力和变形为其平均值。 • 但从拉伸变形的总体来看，是能够保证得到比较 均匀的拉伸变形的，其不均匀变形程度要比压缩 变形小得多。 • 用拉伸法不足之处在于其所得到的均匀变形程度 一般不超过20～30％。
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• 硅 • 钢中含硅对塑性变形抗力有明显的影响。用硅使 钢合金化时，可使钢的变形抗力有较大的提高。 例如，含硅量为 1.5 ％～ 2.0 ％的结构钢 (55Si2 、 60Si2)在一般的热加工条件下，其变形抗力比中 碳钢约高出20％～25％。含硅量高达5％～6％以 上时，热加工较为困难。
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压缩试验法
• 压缩变形时，变形金属所承受的单向压应力，即变形抗 力为：
pc
应变：
P F
h ln h0
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• 在压缩试验中完全消除接触摩擦的影响是很困难 的，所以，所测出的应力值稍偏高。 • 在试验中为消除或减小接触摩擦的影响可采取在 试样的端部涂润滑剂，加柔软垫片等措施。增大 H／d值也可使接触摩擦对变形过程的影响减小。 但通常不能使H／d大于2～2.5，否则在压缩时试 样容易弯曲而使压缩不稳定。对于H／ d＞ 2的试 样，当变形程度较小时，接触摩擦对变形过程的 影响不大。 • 压缩法的优点在于它能使试样产生更大的变形。
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Lesson Sixteen
8.1.1 变形抗力的概念
• 金属的塑性变形抗力是指金属在一定的变形条件 下进行塑性变形时于单位横截面积上抵抗此变形 的力。 • 为排除复杂应力状态的影响，变形抗力通常用单 向应力状态 ( 单向拉伸、单向压缩 ) 下所测定的流 动应力来表示。有的书称此应力为真实变形抗力。
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图(a)是形成无限固溶的二元合金之硬度随成分而变化的图示，它表明固溶体的硬度 比纯金属的高。变形抗力的最大值对应于固溶体的最大饱和度，从而对应于点阵的 最大畸变。 图 (b)指出了形成共晶体二元合金的硬度随成分变化的情况。共晶体混合物可 由纯金属构成，也可由其他化合物或固溶体构成。 图(c)是形成化合物的二元合金的硬度随成分变化的图示。
化学成份对变形抗力的影响
• 化学成份对变形抗力的影响非常复杂。一般情况 下，对于各种纯金属，因原子间相互作用不同， 变形抗力也不同。同一种金属，纯度愈高，变形 抗力愈小。 • 合金元素对变形抗力的影响，主要取决于合金元 素的原子与基体原子间相互作用特性、原子体积 的大小以及合金原子在基体中的分布情况。合金 元素引起基体点阵畸变程度愈大，变形抗力也越 大。
2M F0 d平
• 扭转法应用不广
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8.2 影响变形抗力的主要因素
• 化学成份 • 组织结构 • 应力状态 • 接触摩擦 • 变形速度 • 变形程度
4-3--2
• 变形温度
• ……
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8.2.1
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• 在试样的轴心处r＝0，则＝0。 的最大值出现在试样的表面处，即
16M 3 d 0
• 所产生的剪切变形为：
d0 f 2l0
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• 为了使应力状态趋向均匀，可取扭转试样为空心 的管状试样。此时，试样的壁厚越薄，应力状态 越均匀。此时剪切应力为：
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扭转试验法
• 扭转试验时，在圆柱体试样的两端加以大小相等、方向 相反的转矩 M，在此二转矩 M的作用下试样产生扭转角 f 。 在试验中测定f值。 • 在试样中的应力状态为纯剪切。但此应力状态的分布是 不均匀的，其分布规律是：
32M r 4 d 0
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• 实际塑性加工时，如轧制、锻压、挤压、拉拔等， 多数是在三向或两相应力状态下进行的。因此， 对同一种加工金属材料，在主作用力方向上的单 位变形力在数值上一般要比单向应力状态下所测 定的变形抗力为大。其关系可用下式表示：
p n s
式中
p——主作用力方向上的平均单位变形力； s ——在单向应力状态下所测定的变形抗力； n ——应力状态影响系数。一般 n ＞1。
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• 因塑性加工时所需的变形力P p F (其中F为接 触面积在与P垂直方向上的投影)，所以，在计算 变形力时必须首先要求出金属的变形抗力 。
s
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8.1.2 变形抗力的测定方法
• 这里所介绍的变形抗力测定方法是指在简单应力 状态下，应力状态在变形物体内均匀分布时的变 形抗力测定。 • 测定方法有： （1） 拉伸试验法 （2） 压缩试验法 （3） 扭转试验法
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第八章 金属的塑性变形抗力
主要内容
Main Content
• 变形抗力的概念及测定方法
• 影响变形抗力的主要因素
• 变形抗力的计算
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8.1 变形抗力的概念及测定方法
• 变形抗力的概念 • 变形抗力的测定方法
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• 碳
• 在较低的温度下随着钢中 含碳量的增加，钢的塑性 变形抗力升高。温度升高 时其影响减弱。图中示出， 在不同变形温度和变形速 度条件下，压下率为30％ 时含碳量对变形抗力的影 响。可见，低温时的影响 比高温时大得多。
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拉伸试验法
• 拉伸试验中所用的试样通常为圆柱体，在拉伸变形体积 内的应力状态为单向拉伸，并均匀分布。 拉应力：
P pl F
应变：
l ln l0
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Lesson Sixteen
• 在选择拉伸试样材质时，很难保证其内部组织均 匀，其内部各晶粒，甚至一个晶粒内部的各质点 的变形和应力也不可能完全均一。所示，在此试 验中所测定的应力和变形为其平均值。 • 但从拉伸变形的总体来看，是能够保证得到比较 均匀的拉伸变形的，其不均匀变形程度要比压缩 变形小得多。 • 用拉伸法不足之处在于其所得到的均匀变形程度 一般不超过20～30％。
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• 硅 • 钢中含硅对塑性变形抗力有明显的影响。用硅使 钢合金化时，可使钢的变形抗力有较大的提高。 例如，含硅量为 1.5 ％～ 2.0 ％的结构钢 (55Si2 、 60Si2)在一般的热加工条件下，其变形抗力比中 碳钢约高出20％～25％。含硅量高达5％～6％以 上时，热加工较为困难。
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压缩试验法
• 压缩变形时，变形金属所承受的单向压应力，即变形抗 力为：
pc
应变：
P F
h ln h0
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Lesson Sixteen
• 在压缩试验中完全消除接触摩擦的影响是很困难 的，所以，所测出的应力值稍偏高。 • 在试验中为消除或减小接触摩擦的影响可采取在 试样的端部涂润滑剂，加柔软垫片等措施。增大 H／d值也可使接触摩擦对变形过程的影响减小。 但通常不能使H／d大于2～2.5，否则在压缩时试 样容易弯曲而使压缩不稳定。对于H／ d＞ 2的试 样，当变形程度较小时，接触摩擦对变形过程的 影响不大。 • 压缩法的优点在于它能使试样产生更大的变形。
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8.1.1 变形抗力的概念
• 金属的塑性变形抗力是指金属在一定的变形条件 下进行塑性变形时于单位横截面积上抵抗此变形 的力。 • 为排除复杂应力状态的影响，变形抗力通常用单 向应力状态 ( 单向拉伸、单向压缩 ) 下所测定的流 动应力来表示。有的书称此应力为真实变形抗力。
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图(a)是形成无限固溶的二元合金之硬度随成分而变化的图示，它表明固溶体的硬度 比纯金属的高。变形抗力的最大值对应于固溶体的最大饱和度，从而对应于点阵的 最大畸变。 图 (b)指出了形成共晶体二元合金的硬度随成分变化的情况。共晶体混合物可 由纯金属构成，也可由其他化合物或固溶体构成。 图(c)是形成化合物的二元合金的硬度随成分变化的图示。
化学成份对变形抗力的影响
• 化学成份对变形抗力的影响非常复杂。一般情况 下，对于各种纯金属，因原子间相互作用不同， 变形抗力也不同。同一种金属，纯度愈高，变形 抗力愈小。 • 合金元素对变形抗力的影响，主要取决于合金元 素的原子与基体原子间相互作用特性、原子体积 的大小以及合金原子在基体中的分布情况。合金 元素引起基体点阵畸变程度愈大，变形抗力也越 大。
2M F0 d平
• 扭转法应用不广
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8.2 影响变形抗力的主要因素
• 化学成份 • 组织结构 • 应力状态 • 接触摩擦 • 变形速度 • 变形程度
4-3--2
• 变形温度
• ……
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8.2.1
2018/10/4
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Lesson Sixteen
• 在试样的轴心处r＝0，则＝0。 的最大值出现在试样的表面处，即
16M 3 d 0
• 所产生的剪切变形为：
d0 f 2l0
2018/10/4
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Lesson Sixteen
• 为了使应力状态趋向均匀，可取扭转试样为空心 的管状试样。此时，试样的壁厚越薄，应力状态 越均匀。此时剪切应力为：
2018/10/4 10
Lesson Sixteen
扭转试验法
• 扭转试验时，在圆柱体试样的两端加以大小相等、方向 相反的转矩 M，在此二转矩 M的作用下试样产生扭转角 f 。 在试验中测定f值。 • 在试样中的应力状态为纯剪切。但此应力状态的分布是 不均匀的，其分布规律是：
32M r 4 d 0
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Lesson Sixteen
• 实际塑性加工时，如轧制、锻压、挤压、拉拔等， 多数是在三向或两相应力状态下进行的。因此， 对同一种加工金属材料，在主作用力方向上的单 位变形力在数值上一般要比单向应力状态下所测 定的变形抗力为大。其关系可用下式表示：
p n s
式中
p——主作用力方向上的平均单位变形力； s ——在单向应力状态下所测定的变形抗力； n ——应力状态影响系数。一般 n ＞1。