《材料成形原理》复习资料

1、材料成形原理复习题（铸）第二章液态金属的结构和性质粘度。影响粘度大小的因素？粘度对材料成形过程的影响？1）粘度：是液体在层流情况下，各液层间的摩擦阻力。其实质是原子间的结合力。2）粘度大小由液态金属结构决定与温度、压力、杂质有关：（1）粘度与原子离位激活能 U成正比，与相邻原子平衡位置的平均距离的三次方成反比。（2）温度：温度不高时，粘度与温度成反比；当温度很高时，粘度与温度成正比。（3）化学成分：杂质的数量、形状和分布影响粘度；合金元素不同，粘度也不同，接近共晶成分，粘度降低。（4）材料成形过程中的液态金属一般要进行各种冶金处理，如孕育、变质、净化处理等对粘度有显著影响。3）粘度对材料成形过

2、程的影响（1）对液态金属净化（气体、杂质排出）的影响。（2）对液态合金流动阻力与充型的影响，粘度大，流动阻力也大。 （3）对凝固过程中液态合金对 流的影响，粘度越大，对流强度G越小。表面张力。影响表面张力的因素？表面张力对材料成形过程及部件质量的影响？1）表面张力：是金属液表面质点因受周围质点对其作用力不平衡，在表面液膜单位长度上所受的紧绷力或单位表面积上的能量。其实质是质点 间的作用力。2）影响表面张力的因素（1）熔点：熔沸点高，表面张力往往越大。（2）温度：温度上升，表面张力下降，如 Al、Mg Zn等，但Cu Fe相反。（3）溶质元素（杂质）：正吸附的表面活性物质表面张力下降（金属液表面

3、）；负吸附的表面非活性物质表面张力上升（金属液内部）o （4）流体性质：不同的流体，表面张力不同。3）表面张力影响液态成形整个过程，晶体成核及长大、机械粘砂、缩松、热裂、夹杂及气泡等铸造缺陷都与表面张力关系密切。液态金属的流动性。影响液态金属的流动性的因素？液态金属的流动性对铸件质量的影响？1）液态金属的流动性是指液态金属本身的流动能力。2）影响液态金属的流动性的因素有：液态金属的成分、温度、杂质含量及物理性质有关，与外界因素无关。3）好的流动性利于缺陷的防止：（1）补缩（2）防裂（3）充型（4）气体与杂质易上浮。液态金属的充型能力。影响液态金属的充型能力的因素？1）液态金属的充型能力是指液态

4、金属充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。2）影响液态金属的充型能力的因素有：（1）内因是金属自身流动性；（2）外因有型的性质、浇注条件、型腔结构形状（1）金属性质：1）合金成分2）结晶潜热3）比热、密度、导热系数4）粘度5）表面张力；（2）铸型性质方面因素：1）型的蓄热系数大2）型的温度3）型中气体；（3）浇注条件方面因素：1）浇注温度2）充型压头3） 浇注系统结构；（4）铸件结构方面因素：1）折算厚度2）复杂程度液态金属的充型能力与流动性的区别和联系？1）液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力,同时又和外界条件密切相关。2）液态金属自身的流动能力称为“流动性”，由液态

5、金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关，流动性可认为是特定条件下 的充型能力。3）液态金属流动性好，其充型能力强，反之其充型能力差，但这可以通过外界条件来提高充型能力。第三章液态金属凝固热力学和动力学.什么是溶质再分配？溶质分配系数表达式？1）溶质再分配：合金析出的固相中溶质含量不同于其周围液相内溶质含量的现象，产生成分梯度，引起溶质扩散。2）溶质分配系数k：凝固过程中固液界面固相侧溶质质量分数ms与液相中溶质质量分数 m之比，即k=m/mLo.均质形核与非均质形核（异质形核）。1）均质形核：依靠液态金属内部自身的结构自发的形核。2）非均质形核：依靠外来夹杂或型壁所提供的异质界面

6、进行形核过程。. 界面共格对应关系及其判别？1）固体质点的某一晶面和晶核的原子排列规律相似,原子间距离相近或在一定的范围内成比例，就可能实现界面共格对应，该固体质点就可能 成为形核的衬底。这种对应关系叫共格对应关系。2）共格对应关系用点阵失配度S衡量即8 Las-ail 100%azS05%J完全共格，形核能力强；（2）5%25抽不共格，夹杂物衬底无形核能力。. 点阵失配度点阵失配度S即8 |-a叼 100%az其中as、az分别为夹杂物、晶核原子间距离。用来衡量界面共格对应关系。.晶体的宏观长大方式？1）平面方式长大 条件：（1）固液界面前方液体的正温度梯度分布G0,液相温度高于界面温度T

7、; （2）固液前方液体过冷区域及过冷度极小；（3）晶体生长时凝固潜热的析出方向同晶体生长方向相反。生长过程：生长时，一旦某一晶体生长伸入液相区就会被重新熔化，从而导致晶体 以平面方式生长。2）树枝晶方式长大 条件：（1）固液界面前方负温度梯度分布G0,液相温度低于凝固温度T; （2）固液界面前液体过冷区域较大，距界面越远的液体其过冷度越大；（3）晶体生长时凝固潜热析出的方向同晶体生长方向相同。生长过程：界面上突起的晶体将快速伸入过冷液体中，一次 晶臂长出二次晶臂，甚至长出三次晶臂，产生枝晶，以树枝晶方式生长。. 固液界面微观结构有哪几种？1）粗糙界面：当a2,0.05x0.95时，界面固相一侧

8、的点阵几乎被原子占满，或者几乎全部是空位，其微观上是光滑的，非金属及其化合物大多数属于这种结构。.晶体的微观长大方式？1）晶体连续或垂直生长（正常生长方式）;对于粗糙的固液界面，由于界面有50%勺空位可接受原子，故液体中的原子可单个进入空位与晶体连接，界面沿法线方向向前推进，绝大数金属采用这种方式生长。生长特点：（1）几乎不存在热力学能障；（2）生长所需动力学过冷度小；（3）生长速度最高；（4）生长速率与过冷度成正比（v i=K Tk）。2）晶体二维生长：对于平整的固液界面，因界面上没有多少位置供原子占据，单个原子无法往界面碓砌，如同均质形核，在平整界面上形成一个原子厚度的核心，适合非金属的生

9、长。生长特点：（1）生核需要过冷度大；（2）原子只能往台阶的侧面生长，几率小，生长速率低（V2=K2eB3k）。3）晶体从缺陷处生长：平整界面二维生长的另一种形式，它不是由形核来形成二维台阶，而是依靠晶体缺陷产生台阶，如位错、挛晶等，分螺旋位错生长，旋转挛晶生长和反射挛晶生长。生长特点：（1）热力学能障小；（2）台阶不会消失；（3）生长速度快，仍比较粗糙界面生长速度慢；（4）过冷度大，位错密度大，台阶多，速度加快。8.晶体的各微观长大方式的长大速度与过冷度有何关系？1）晶体连续或垂直生长：生长所需热力学能障小，生长速度与过冷度成正比V1=K14Tk,生长速度很快；2）晶体二维生长：生核所需过冷

10、度大，生长速率低；3）晶体从缺陷处生长（螺旋位错生长）：过冷度大，位错密度大，生长速度快，但仍比较粗糙界面生长速度慢V3=K3- ATk24）当过冷度很大时，三者的生长速度趋于一致，平整界面上会产生大量的二维中心，或产生大量的螺旋台阶，使平整界面变成粗糙界面。第四章 液态金属凝固过程中的传热及传质. 铸件的凝固方式有哪几种？影响铸件凝固方式的因素？1）铸件的凝固方式:（1）逐层凝固方式：纯金属、共晶合晶或结晶范围很小的合金，铸件断面温度梯度很大，导致铸件凝固区很小或没有。（2）体积凝固方式：合金结晶温度范围比较大或铸件断面温度梯度小，铸件凝固范围大。（3）中间凝固方式：铸件的凝固范围在以上两者

11、之间。2）影响铸件凝固方式的因素：（1）合金的化学成分：纯金属、共晶合金的凝固温度范围区间（液固温度差）为零，属于逐层凝固方式；当合金凝固温度区间很大时，凝固范围宽，为体积凝固方式。（2）铸件断面温度梯度：温度梯度小，则易产生体积凝固方式凝固。第五章单相合金的凝固. 热过冷与成分过冷。1）热过冷：金属凝固时所需的过冷度若完全由热扩散控制,这样的过冷叫热过冷，其大小为凝固点与实际温度之差，纯金属的凝固时就是热过冷。2）成分过冷：合金由于溶质再分配导致界面前方熔体成分及凝固温度发生变化引起的过冷。补：热过冷仅受传热过程控制，成分过冷同时受传热过程和传质过程控制。. 成分过冷如何产生？1）过程分析：

12、（1）合金在近平衡凝固过程中，溶质发生再分配，在固一液界面的液相侧中形成一个溶质富集区。（2）由相图可知，液相成分不同，导致理论凝固温度变化，当固相无扩散而液相只有扩散的单相合金凝固时，界面处溶质含量最高，离界面越远，溶质含量越低，固液界面前平衡液相温度曲线上凸（Tl（x），界面处平面温度最低，离界面越远，液相温度越高。（3）由于固相导热，固液界面前分的实际温度分布呈直线T（x）,温度梯度为正，界面处实际温度最低，离界面越远，液相实际温度越高。（4）固液界面前方液体的过冷度为平衡液相温度 （即理论凝固温度）Tl（x） 与实际温度T（x）之差，即 4Tc= Tl（x）- T（x）。2）必备条件（

13、1）在固一液界面溶质再分配引起成分富集。（2）固液界面前方液相的实际温度梯度必须达到一定的值，即GLd T l（x ）/dx |x =0o.成分过冷的判别式？Glmad %）（Gl温度分布梯度，Dl溶质扩散系数，v凝固速度，m液相线斜率（mL1 时，后结晶的固相溶质浓度低于先结晶部分，后结晶溶质浓度降低。这种成分的偏析叫做正偏析。逆偏析：当溶质分配系数k0ec产生裂纹。3）冷裂纹分为：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹 （淬火裂纹）、低塑性脆化裂纹 特征：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。微观看：晶间 断裂，但也可穿晶（晶内）断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。产生原因：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量

14、及其分布，焊接接头的拘束应力。4）层状撕裂特征：外观上具有阶梯状的形貌基本是由平行于轧向的平台和大体垂直于平台的剪切壁构成。断口表面是典型的木纹状。产生原因：由于轧制母材内部存在分层的夹杂物及焊接时产生垂直轧制方向的应力。5）应力腐蚀裂纹 特征：无明显的均匀腐蚀痕迹，呈龟裂形式断断续续。从横断面来看：犹如枯干的树木的根须，由表面向纵深方向往里发展，裂口深宽比大，细长而带有分支是其典型的特点。从断口来看：仍保持金属光泽为典型脆性断口。产生原因：些特定介质和拉应力共同作用.什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？1）脆性温度区间：熔池金属进入固液阶段，由于液态金属少，主要是那些低

15、熔点共晶，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只有稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，该区间称为脆性温度区间。金属在固相线上下温度范围内延伸率极低，金属呈现脆性断裂，把该温度区间定义为脆性温度区间2）由于该区间液态金属的流动困难，延伸率低，金属呈脆性断裂，故该区间的金属塑性很低.综合分析脆性温度区及在该区内金属的塑性和变形增长率之间的影响因素。1）在脆性温度区间内金属的塑性越小，越容易产生结晶裂纹，它主要决定于化学成分，凝固条件，偏析程度，晶粒大小和方向等冶金因素。2）脆性温度区间内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大，应变得增长率将增大，产生结晶裂纹，应变增长率的大小主要决定于金

16、属的热 胀系数，焊接接头的刚度，焊缝位置，焊接规范大小，温度场分布等因素。.液化裂纹和多边化裂纹在本质上的有何区别？在防止措施上的何不同？1）二者本质区别：（1）液化裂纹是由于焊接热循环峰值温度Tm作用，HAZ的奥氏体晶界上低熔共晶组成物被重熔，在拉伸应力作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹；（2）多边化裂纹是由于空位、位错的移动和聚集，在二次边界上成核，并扩展而成为多边形边界的裂纹。2）防止措施：（1）液化裂纹防止措施： 控制S、P等杂质含量，如采用电渣精炼方法，去除合金中的杂质；焊接工艺上采用小线能量，避免近缝区晶粒粗化。（2）多边化裂纹防止措施：在焊缝中加入一些提高多边化过程激活能的元素

17、，可以有效地阻止多边化过程；消除应力 状态；选择合适温度。.试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。1）特征：（1）产生温度：Ms点附近或200300c以下温度区间；（2）产生的钢木和部位：发生在高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢，热影响区合金元素多的超高强钢、Ti合金发生在焊缝；（3）裂纹的走向：沿晶、穿晶；（4）产生时间：可焊后立即出现，也有的几小时，几天或更长时间；2）影响因素：钢材的淬硬倾向，氢的含量及其分布，拘束应力的状态。.何谓拘束度？临界拘束度？拘束度和拘束应力与钢材的板厚、焊接工艺参数有何关系？ 1）拘束度R:单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需的力2）临界拘束度 R

18、:开始产生裂纹的最小拘束度。3）拘束度:lb其中：E母材金属的弹性模量(N/mm2);一板厚（mm）; l 一焊缝长度（mm）; L-拘束距离（mm）。拘束应力： mR。其中：m为拘束应力转换系数，可根据钢的线胀系数、力学熔点、接头的坡口角度等计算；。当增大到产生裂纹时的应力称为临界拘束应力：b cr o.一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟现象？为什么容易在焊接HAZT生？1）氢在低碳钢中的扩散速度很快，焊接过程中大部分氢可以逸出金属，而且低碳钢焊接时一般不形成脆硬的M所以不会产生延迟裂纹；而高合金钢而言（如18-8不锈钢），氢的扩散速度低，溶解度较大，也不易在局部聚集产生延迟裂纹；高碳钢、中

19、碳钢、中合金钢和部分含碳较多 的低合金高强钢中，氢的扩散速度来不及逸出金属，又不能完全受到抑制，在金属内发生局部聚集，引起延迟裂纹现象。2）由于焊缝中存在大量氢，周围母材含氢量少，致使氢由焊缝向HAZT散；焊缝先于母材在高温下发生相变，由 A分解为F+P等组织由于氢在其中溶解度小进一步促进氢向 HAZT散，此时HAZ仍处于奥氏体态。因氢的扩散速度很小不能扩散到离焊缝边界较远母材中，因此在焊缝与母 材的交界HAZ中形成H的富集区，当该区由奥氏体向马氏体转变时，氢便以过饱和状态留在奥氏体中，当氢的浓度足够高就会产生延迟裂纹。.焊接中产生气孔的主要机理是什么？产生气孔的过程是由三个互相联系又彼此不同

20、的阶段所组成，即气泡的生核、长大和上浮。气孔的形成过程由生核、核长大过程所组成，当气泡长大到一定程度，在不利条件下（当气泡的浮出速度小于结晶速度时）就有可能残留在寒风中形成气孔。.按形成气孔的气体来源，焊接气孔分为哪两类？常见的氢气孔、CO气孔和氮气孔的主要特征是什么？1）按形成气孔的气体来源，焊接气孔分为：析出性气孔（是高温时气体溶解于熔池金属 ）和反应性气孔（冶金反应产生的不溶于金属的气体 ）o2）氢气孔特征：多数出现在焊接表面上，气孔断面形状多为螺钉状，在表面上看呈喇叭口型，内壁光滑原因：高温时，氢在熔池和熔滴中的 TOC o 1-5 h z 溶解度很高，吸收了大量的氢气，当冷却时，氢在

21、金属中的溶解度急剧下降，因焊接熔池冷却很快，氢来不及逸出时就会在焊缝中产生气孔;氮气孔特征：多在表面，成堆出现，与蜂窝相似；CO气孔特征：多在内部，像条虫状分布，表面光滑原因：由于冶金反应产生了大量的CQ在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部形成气孔。【复习题】.焊接材料有哪些种类，焊条有哪些种类？1）焊接材料是指焊接时消耗材料的统称，包括：焊条、焊丝、焊剂、保护气体2）按用途分为:结构钢焊条 （J422/E4303） ; Mo和CrMo耐热钢焊条（R102/E5003-A）;不锈钢焊条（A102/E308-16 , G202/E410-16）;堆焊焊条 （D107/EDPMn2-15）;低温

22、钢焊条（W607/E5015G）;铸铁焊条（Z308/EZNi） ; Ni及Ni合金及星条（Ni 102）; Cu及Cu合金及星条（T107） ; Al及Al合金焊条（L109）;特殊用途焊条（TS202） o.说明E4303和E5015的含义是什么？1）E4303: E焊条；43熔敷金属最小抗拉强度为 430MPa 0适用于全位置焊接（1全位置焊接：平、立、横、仰，2平、平角焊，4立下焊、平、立、仰）；3焊接药皮为钛钙型药皮，交直流两用焊接（00特殊型全交直流，10高纤维钠型全反接，01钛铁矿型全交直流，12高钛钠型全交或直正，13高钛钾型全交直流，14铁粉钛型全交直流，15低氧钠型全直反，

23、16低氢钾型全交或直反，17铁粉氧化铁型全交或直正，11高纤维 钾全交或直反，X8铁粉低氧型交或直反）o特点：氧化钛钙型药皮，TiO2-SiO2-CaO渣系，酸性，脱氧效果不好，焊缝N、H O含量较多，机械性能差，用于低碳钢和抗拉强度低的合金钢。2）E5015: E焊条；50熔敷金属最小抗拉强度为 500MPa 1适用于全位置焊接；5药皮为低氢钠型只能采用直流反接的焊接。特点：低氢型药皮，CaO-CaF2-SiO2渣系，碱性，脱氧效果好，去氢效果好，机械性能好。补充：J507焊条：J结构钢焊条；50焊缝金属抗拉弓1度不低于 500MPa 7低氢型药皮、直流。.H08Mn2Si是哪种焊接材料，用

24、于什么焊接方法，为什么？1）结构钢实芯焊丝H焊接用实芯焊丝； 08C0.08% Mn2-Mn2% SiSi01%Ar优质。2）用于CO2体保护焊，适宜于焊接低碳钢或屈服强度小于500MPa的低合金钢。3）原因：在CO2气体保护焊的焊接实施中，为了防止气孔，减少飞溅，保证焊接质量，就必须采用含有Si、Mn等元素的焊丝以达到脱氧的目的。该焊丝具有较好的工艺性能和机械性能。.说明HJ431的含义。HJK埋弧焊及电渣焊用熔炼焊剂；4高镒（1一无镒，2低镒，3中镒）；3高硅低氟（焊剂中SiO2、CaF2含量）；1-同类焊剂的不同牌号。补充：SJ501: SJ一埋弧焊用烧结焊剂；5 -焊剂熔渣渣系类型为铝

25、钛型；01牌号编号为01。补：熔滴反应区：从熔滴形成、长大到过渡到熔池中，属于熔滴反应区。该区反应时间虽短（0.01-1S）,但温度很高（1800-2400 C）,相（气相、液相、熔渣）接触面积大，并伴随着强烈混合作用，冶金反应激烈，反应进行相对完全，对焊缝影响极大。主要的物理化学反应：金属的蒸发，气体的分解和溶解，金属的氧化还原以及合金化等。材料成形原理复习题（锻压）第十六章应力分析试求其主应力（应力单位：牛顿/平方毫米）解：应力张量为:一、计算题设某点的应力状态如图所示,4ij代入公式求得Ji4* * 22xy3222xy(3yz23zx2yz2zx2yz2xz272z xy主以物体内某点

26、即:|l|=|m|=|n|八面体剪应力Q为原点，以该点的应力主轴为坐标，在无限靠近Q点处作等倾斜微分面，其法线方向N与三个坐标轴夹角相等。,坐标空间8个象限的等倾斜微分面可以形成一个正八面体，所以这种微分面叫八面体平面。面上的应力叫八面体应力。将 8取绝对值绝对值乘以系数3 2所得参数仍是一个不变量，成为等效应力。也称广义应力或应力强度，等效应力的表达式为：代入公式J 2327(T 2*3J2j11%）(2 (b x by)(ff y ff z )(b z c x)6( xy yz zx)2.主剪应力、最大剪应力剪应力有极值的平面称为主剪应力平面，面上作用的剪应力称为主剪应力。主剪应力中绝对值

27、最大的一个叫做最大剪应力，用 max表示。三、简答1 .平面应力状态的基本特征 2 %）2 3%）2对任意坐标系则为:1）由于子午面在变形过程中始终不扭曲，所以在 对9的偏导数都为零。9面上没有剪应力 Pe=Pez=0,而且be就是一个主应力；2）各应力分量与9坐标无关,第十七章应变分析一、名词解释.主应变主应变：通过一点存在三个相互垂直的应变主方向（主轴），在主方向上的线元没有角度偏转只有正应变，该正应变就叫主应变.八面体应变、等效应变如以应变主轴为坐标轴，同样可作出八面体，八面体平面法线方向的线元的应变叫做八面体应变。八面体剪应变：J( g xy( y-Z( z6( Y xy 丫 yz 丫

28、 z),将八面体剪应变丫 8乘以V2 ,所得之参量叫做等效应变，也称为广义应变或应变强度。-” 8 年、：（ x 厂（y 02（z。2 6（大z 亡）4 代 1 二2 S,2（匕 ”.应变增量、应变速率 应变增量：就是变形过程中某一极短阶段的无限小应变。应变速率：应变速率就是单位时间的应变，既变形速度。单位是 1/s。一点的应变速率也是三阶对称张量。应变速率张量与应变增量张量性质 相似，它们都可描述瞬时变形状态。.平面变形：如果物体内所有质点都只在同一个坐标平面内发生变形，而在该平面的法线方向则没有变形，这种变形称为平面变形。二、简答1.塑性变形时的体积不变条件设单元体初始的边长为 dx、dy

29、、dz,于是初始的体积为 V尸dxdydz。小变形时可以认为只有正应变引起边长和体积的变化，变形后单元体的体 积为z)dz,塑性变形时虽然体积也有微量变化，但与塑性应变相比较则是很小的，可以忽略不计。因此，一般认为塑性变形V1=(1+ e x)dx(1+ e y)dy(1 + *(1+ x + e y+e z)dxdydz 于是单元体的体积变化率为Vi V0V0 时体积不变。贝U有 = x+e y +e z=0。2.平面变形的特点设没有变形的方向为坐标的z方向，则z方向必为主方向。而且 z向的位移分量w=0,其余两个位移分量对 z的偏导数必为0z z + 丫 zx + 丫 yz=0,留下不为零

30、的应变分量为xy yz 2 y塑性变形时体积不变，x =y,平面变形时，物体内与 z轴垂直的平面始终不会倾斜扭曲，所以这种平面上没有剪应力分量。Tzx= T zy =0 z向必为应力主方向，a即为主应力 口，塑性变形时,b z还必然是CT x、CT y的平均值，即az也恰是平均应力或静水应力,1() 1(33第十八章屈服准则一、名词解释1.理想塑性材料、变形硬化材料理想弹性材料弹性变形时应力与应变完全成线性关系。理想塑性材料：塑性变形时不产生硬化的材料。变形硬化材料：塑性变形时要产生硬化的材料。弹塑性材料：塑性变形之前及塑性变形时，都有弹性变形。刚塑性材料：塑性变形之前不产生弹性变形。二、简答

31、题1.屈雷斯加屈服准则内容及数学表达式当材料（质点）中最大剪应力达到某一定值时，材料就屈服。或者说材料处于塑性状态时，其最大剪应力始终是一不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。表达式为： 3 C。最大剪应力是三个主剪应力中绝对值最大的一个，而主剪应力则是两个主应力之差的一半。所以根据屈雷斯加屈服准则只要，？ 3,3 之中有一个达到某一定值，材料即屈服。如设 2 3，则屈雷斯加准则可表达为 TOC o 1-5 h z 13 C常数C可以通过实验求得。屈服准则适用于任何应力状态，故可用最简单的应力状态，例如单向拉伸实验求得这一常数。设在某一温度和变形速度条件下，由材料

32、单向拉伸实验所得的屈服应力为s应力状态为：0,得C ，于是屈雷斯加屈服准则为：I | ，若事先不知道主应力大小次序，则屈雷斯加屈服准则普遍表达s,230，C s，13 s为：| 1 2I s,| 2 3 s,| 3 1 s.密席斯屈服准则的物理意义及表达式(主轴坐标轴、一般坐标轴)物理意义：当材料的质点内单位体积的弹性形变能达到某临界值时，材料就发生屈服，表达式为：_ ，即:s(12)2(23)2( 31)22 2，或()2 ()2 ()26 ( 22 2 ) 2 2(x y)(yz)(z x)(xyyz zx) s密席斯屈服准则，可以表述为：当应力偏张量第二不变量J2达到某一定值时，材料就会

33、屈服。更为方便的表达是当质点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时，材料屈服；或者说，材料处于塑性状态时，等效应力始终是一不变的定值，即1222- c ( 1 2) ( 2 3) ( 3 1) C 2( s 0)2 (05r s c则Mises屈服准则表达式为一。用单向拉伸屈服时的应力状态(0 0)代入上式即可得到常数C,3.平面应力、s平面变形时密席斯屈服准则的表达式平面应力时:故简化为:2xy0yz zx222s2os平面变形时:yzzy0,z故简化为:y)/2(12)/22K或(2 y)2 4xy 324K(s ,0,0)1)材料在硬化后仍然保持各向同性；2)硬化后屈服轨迹的中

34、心位置和形状都不变，它们在.各向同性硬化假说的内容天平面上仍然是以原点为中心的对称封闭曲线，但其大小则随变形的进行而不断的扩大。第十九章塑性应力应变关系一、简答题1.塑性变形时全量应变与应力之间关系的特点1)塑性变形可以认为体积不变，应变球张量为零，泊松比v=0.5 ;2)应力与应变之间的关系是非线性的；3)全量应变与应力的主轴不一定重合；4)塑性变形是不可恢复的，应力与应变之间没有一般的单值关系，而是与加载历史或应变路线有关。.列维-密席斯方程包含哪些假设(1)材料是理想刚塑性材料，也即弹性应变增量为零，塑性应变就是总应变增量；(2)材料符合密席斯屈服准则，即.s(3)塑性变形时体积不变，即

35、 dx d y d z d 1 d 2 d 30,d dj ij M ij (4)应力主轴和应变增量的主轴重合；(5)应变增量和应力偏张量成正比，即：d j jd式中d为瞬时的非负比例系数.最大散逸功原理的表述内容对于一定的应变增量场而言，在所有符合屈服准则的应力场中，与该应变增量场符合应力应变关系的应力场所作的塑性功最大,即：(ij j)d jdV 0。 v上述原理就叫最大散逸功原理。二、公式推导1.最大散逸功原理中整个变形体的塑性功增量的推导did ijdVv设一钢塑性单元体，棱长为dx、dy、dz,它在x方向的正应变增量为d x,则正应力分量x所作的塑性功增量为：dAxxdydzd xd

36、x，单位体积的塑性功增量为d dAxxdydzd xdxd xV dxdydz同样，剪应力分量xd xdAzxzxdydzd zxdxd zx V dxdydzzxdxdydz所作的单位塑性功增量为： zx,其他应力分量所作的塑性功也可同样处理，由此，单元体单位体积的塑性功增量为:zxd zx 2 zxd zxd*dxydyzdz 2(xyyd*yzdy z*d乞j d j 5设变形体积为V,则整个变形体的塑性功增量为d jd jdVv第二十章真实应力-应变曲线一、名词解释1.形状硬化由于出现缩颈，细颈处断面上已不再受均布的单向拉伸应力，而是处于不均匀的三向拉伸应力作用下，细颈边缘处受单向拉伸

37、应力，离开边缘d、 的部分则逐渐受较大的三向拉伸应力，越接近中心，拉伸应力越大。边缘上的拉伸应力为S,中心则达S（1 ）可见前面求得的b k段41.包申格效应 试验研究表明, 如图中均为的应力必然大于S。这一由于出现缩颈，而产生的应力升高现象，称为形状硬化。 二、简答 单向拉伸试验的初始屈服应力和单向压缩试验的初始屈服应力绝对值相等，。但当试样在一个方向加载（如拉伸）超过屈服点到达 A点后，卸载到零点（B点），然后反向加载（压缩），则发现反向加载时的屈服点c的应力s效应可用缓慢退火除去。不但比A点 小；而且小于初始屈服应力。这一随加载路线和方向不同而屈服应力降低的现象，称为包申格效应。包申格.

38、真实应力真实应力S是作用于试样瞬时断面积上的应力，也即瞬时的流动应力。表示为.拉伸时的真实应力一应变曲线的三种应变及表达式S=P/F,式中P- 载荷，F- 试样瞬时断面积相对伸长可表不I?相对断面收缩FrFiIl I0-丁,其中,其中I。-试样原始标距长度；l 1-拉伸后标距的长度。F。试样原始断面积；Fi拉伸后试样的断面积。对数应变（真实应变）定义为ddl ,其中l试样的瞬时长度dl瞬时的长度改变量。I4.拉伸真实应力-应变曲线塑性失稳点的特性如某一瞬时的轴向力为P,试样断面积为F,真实应力为S,则有P=FS因为 IIn IInF0,F可得到如下关系式所以p s F0， e 当在塑性失稳点时

39、,化简后得dS SdP有极大值，所以dp=0,即dP F0(e dS Se d ) 0因为在塑形失稳点，所以S=Sb，代入上式得dS 。S式dS 表示在S曲线失稳点所做的切线的斜率为Soo这样，此切线和横坐标轴的交点到失稳点横坐标间的距离必为1Sb-应变曲线在塑性失稳点上所作切线的特性。1 ,这就是真实应力号.曲线更性失猛点的切线/衣畤）*第二十一章金属塑性成形中的摩擦和润滑一、简答.金属塑性成形时摩擦的特点塑性成形中的摩擦与机械零件的摩擦有很大差别，其特点如下：1）塑性成形中的摩擦是伴随着变形金属的塑性流动而产生的，被加工金属沿工、模具金属表面上各点的塑流情况各不相同，因而在接触表面上 各点

40、的摩擦也不一样。同时，坯料在塑性变形过程中，接触表面会不断出现新的金属质点和表面，摩擦也将随之变化。500Mp进右。2）塑性变形时作用在接触表面上的单位压力很大，它是在高压下产生的摩擦，一般达3）塑性成形时的摩擦在很多情况下是在高温下进行的，高温会使被加工金属的组织、性能发生变化，从而给摩擦带来复杂的影响。.塑性成形中摩擦的分类及定义1）干摩擦：被加工金属与工、模具表面之间没有任何润滑剂存在的摩擦2）流体摩擦：被加工金属与工模具之间被润滑油膜所隔开时的摩擦。3）边界摩擦：介于干摩擦与流体摩擦之间的摩擦状态.干摩擦三种理论的摩擦机理1）凹凸理论：金属表面总是凹凸不平的，因此要使接触面间相互嵌合的

41、微凸体发生相对运动，就必须给以一定的能量，这就是所需克服的摩擦2）分子吸附理论：两个非常光滑的接触面间发生干摩擦时，其摩擦力显著增大，这种摩擦力的增加来源于两接触表面上的分子吸引力。这就解 释了光滑接触表面间摩擦力和接触面积成正比的原因。3）粘着理论：当两表面接触时，在某些接触点上的单位压力很大，以致这些点将发生粘着或焊合，当一表面相对另一表面滑动时，粘着点即被 剪断而产生滑移，摩擦过程就是粘着、剪断与滑移交替进行的过程，摩擦力就是剪断金属粘着所需要的剪切力。由此可见，干摩擦过程中产生摩擦力的主要原因是：机械的相互啮合；分子间的吸引；微凸体的粘着。.金属化学成分对摩擦系数的影响外摩擦系数随着不

42、同的金属、不同的化学成分而异。1） 一般钢中的碳含量增加时，摩擦系数会减小；2）钢中的合金元素的种类、数量也影响摩擦系数，一般来说，随着合金元素的增加，摩擦系数下降。3）金属材料越硬，摩擦系数越小；反之，软材料的摩擦系数则较大。5.固定润滑剂石墨的润滑特点石墨润滑特点：石墨具有六方晶系层状结构，同一层内原子结合力强，层间结合力弱；同时石墨具有良好的导热性和热稳定性；在真空条件下 润滑性能不如空气中好。摩擦系数在0.050.19的范围内。第二十二章塑性成形问题的主应力解法 一、简答.主应力法的实质及基本假设1）把问题简化成平面问题或轴对称问题。对于形状复杂的变形体，则根据金属流动的情况，将其划分

43、成若干部分，每一部分分别按平面问题或 题对称问题处理，最后“拼合”在一起，即得到整个问题的求解。2）假设变形体内的法向应力分布与一个坐标轴无关，结果使平衡微分方程缩减至一个，而且可将偏微分方程改为常微分方程。3）在对基元体或基元板块列塑性条件时，通常假设其上的正应力为主应力，即忽略了摩擦切应力的影响。这样就使塑性条件简化为线性方程。4）将上述的近似平衡微分方程与塑性条件联解，以求接触面上的应力分布，这就是主应力法。.圆柱体徽粗时接触面上的应力分布规律不应-F付产L旧力即西班当用较大时，的分布曲线大致可分为三段：第一段（ab）的 与正应力成比例增加，相对应的接触表面部分称为滑动区；第二段（bc）

44、的 达到最大值且保持常数，相对应的接触面部分称为制动区；第三段（co）的 由最大值递减至零，相对应的接触表面部分称为停滞区，停滞区的半径近似等于试样高度。随着d/h的减小，制动区亦减小，直至消失，进而滑动区减小，当 d/h2时，整个接触表面均为停滞区 因而上述各区的可用下列各式表示滑动区：z（-库仑摩擦系数）；制动区：s（S-材料真实应力）；2停滞区： s r S r （h-试样高度）2T 2 h或 r（ c-停滞区外端点）。ch二、推导.推导平面应变的横向流动（徽粗型）时单位流动压力公式P 1 xe Xep 二一 0 ydx 二 yeF Xe 0h年竹贴砧网中由0寰爆机Q 具塞RK力E的升鼻

45、机况。平面应变问题的塑性条件为:y x 2K设S (若改变摩擦条件，则推导结果不同，但推导方法和步骤不变平面徽粗时基本体受力分析, 0 xhl ( x d x)hl 2 dxl0d x.h 2 dx 0已求得基元板块的平衡方程为d 2 c0 - 0dx h近似塑性条件为：y x联解得:2K；d y d x2)d vdxyyh利用边界条件确定积分常数X C hC:当 xxe, y时, yeC ye 2hx，最后得：2-(X,hX)ye的分布图形如图yP 1 pxe上式中b所示,ye单位流动压力为:表示锻件(x x)处的垂直应力，若该端为自由表面，则yee，ye否则由相邻的变形区确定。.推导拉延时

46、凸缘区应力分布公式IsdR为简单起见，假设拉延过程中板厚不变，且不考虑摩擦影响。从凸缘变形区切取一扇形基元体，如下图所示。该基元体处于平衡状态，故径向合力为零，即 dr.t.Rd ( r d r).t.(R dR)d 2 .t.dRsin 0略去高阶微量，整理后得)R均为绝对值。式中r、dR因该基元体处于塑性状态，根据密席斯屈服准则有 r () S因为是平面应力状态,1.1联解上两式得r七的零myme卜式中S是材料的真实应力，可根据变形程度由真实应力-应变曲线求得，但由于凸缘上不同R处有不同的变形程度，因此，在整个凸缘上S不是一个常数，而是 R的函数。为简化起见，我们采用平均硬化的方法，即假设整个凸缘区的真实应力为某一平均值 度相对应。于是可得如下公式1.1 SdR rR对对称变形的横向流动(徽粗型)右图是平行砧板间的轴对称徽粗。6该S与凸缘的平均硬化程懦刘7FR肛十/珥平行砧黑网条网体Ift郭安最 发基几板皿的力分新设S，对基元板块列平衡方程得:r .h.r.d 22