第五章金属塑性变形物理基础

第五章金属塑性变形物理基础

5.1、金属塑性变形的机理及特点5.1.1、概率晶体、单晶体、多晶体、亚结构？5.1、金属塑性变形的机理及特点5.1.2、塑性变形机理体心立方滑移面与滑移方向

1、滑移面、滑移方向、密排面（方向）、滑移系、滑移线（带）

？

2、临界分切应力、最大分切应力？

3、变形时晶粒的转动？一、滑移变形机理5.1、金属塑性变形的机理及特点孪生区域

1、滑移与孪生交替发生？

4、滑移线形态，单滑移、多滑移、交滑移。二、孪生变形机理

2、孪生的位错，其柏式矢量小于一个原子间距？5.1、金属塑性变形的机理及特点当变形条件既不利于滑移，又不利于孪生时晶体以不对称变向协调变形？三、不对称变向

各种变形一般不是单独进行，往往是配合、顺次进行。5.1、金属塑性变形的机理及特点扩散蠕变？四、其它变形机理晶界滑移？5.1、金属塑性变形的机理及特点5.1.3、合金的塑性变形一、单相固溶体塑性变形与纯金属多晶体比较？特点（固溶强化柯式气团）？5.1、金属塑性变形的机理及特点二、多相合金塑性变形协调变形

1、取向因子μ？

2、独立滑移系？

3、晶界的折中协调性？

特点：各晶粒变形的不同时性；协调性；晶间、晶内、晶界附近的不均匀性。更加复杂，但仍是滑移、孪生的协同作用结果。5.2、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律5.2.1、冷塑性变形中组织和性能变化

1、冷塑性变形中组织变化晶粒形状变化、产生亚结构、形成织构？关于热加工与冷加工？如拉伸系数太小（形成织构）容易产生“制耳”？5.2、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律

2、冷塑性变形中性能变化

加工硬化？5.2、金属塑性加工中组织和性能变化基本规律5.2.2、热塑性变形中组织和性能变化5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.1、金属塑性和塑性指标塑性：材料在外力作用下稳定发生永久变形而不破坏其完整性的能力。

1、塑性指标拉伸5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为镦粗试验扭转试验扭转断裂前扭转角度θ与扭转圈数n表示。5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.2、金属的化学成分及组织对塑性的影响

1、金属的化学成分(碳与杂质影响)对塑性的影响5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为

2、金属的化学成分（合金影响）对塑性的影响5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为

3、金属的组织对塑性的影响5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.3、变形温度对塑性的影响如图5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.4、变形速率对塑性的影响如图水压机变形速率：1～10cm/s机械压力机变形速率：30～100cm/s锻锤变形速率：500～900cm/s

1、应变热效应与温度效应5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为如图

2、变形速率对塑性的影响机理变形速率应力回复再结晶温度效应塑性塑性塑性5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为如图

3、变形速率对塑性的影响⑴、变形速率对塑性的影响的一般趋势？⑵、变形速率对具有韧脆转变金属塑性的影响？⑶、变形速率对工艺性能的影响？5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.5、变形力学条件对塑性的影响

1、应力状态的影响？如书上图5-20～5-26

2、应变状态的影响？

三向压应力状态塑性最好。应力应变状态平砧与V形砧圆钢应力状态两向压缩一向伸长主应变状态塑性最好。5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.6、其它因素对塑性的影响

1、不连续变形对塑性的影响？如书上图5-27～5-28

2、尺寸因素对塑性的影响⑴、组织因素对塑性的影响？⑵、表面因素对塑性的影响？5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为

3、周围介质因素对塑性的⑴、表层脆性相对塑性的影响？⑵、表层腐蚀层因素对塑性的影响？⑶、表层吸附油层层因素对塑性的影响？5.3、金属塑性加工过程中的塑性行为5.3.7、提高金属塑性的途径5.4、金属的超塑性变形5.4.1、超塑性变形概念（前已讲述）超塑性变形：材料在超塑性状态下的塑性变形。细晶超塑性：是指金属在特定条件下，即低变形速度（=10-2～10-4/s）；一定的变形温度（Tm/2

）；晶粒均匀细小（晶粒平均尺寸0.2～0.5μ）；其相对延伸率δ超过100%的特性。5.4、金属的超塑性变形5.4.2、超塑性种类1、细晶超塑性2、相变超塑性3、快速变形超塑性（低碳钢F+A组织）4、消除应力退火过程中变形超塑性机理不详，很少应用5.4、金属的超塑性变形5.4.3、细晶超塑性的力学特征1、流动应力σ—真实应力MPa。K—材料常数MPa.sm—应变速率敏感系数

—应变速率1/s5.4、金属的超塑性变形2、应变速率敏感指数物理意义m=0.02～0.2—普通金属。m=0.3～1—超塑性金属。如图m大小的影响?5.4、金属的超塑性变形5.4.4、影响细晶超塑性的主要因素⑴、低变形速度（

=10-2～10-4/s）。⑵、一定的变形温度（T=Tm/2

）。⑶、晶粒均匀细小（晶粒平均尺寸0.2～0.5μ）。5.4、金属的超塑性变形5.4.5、细晶超塑性变形时组织变化与力学性能变化⑴、不改变等轴性。⑵、不形成亚结构、位错、滑移线。⑶、有晶界滑移痕迹、空洞。1、细晶超塑性变形时组织变化5.4、金属的超塑性变形⑴、不存在织构与各向异性。⑵、无畸变与残余应力。⑶、有些合金有加工软化现象。⑷、有些合金有很高疲劳强度。2、细晶超塑性变形时力学性能变化5.4、金属的超塑性变形5.4.6、细晶超塑性变形机理晶界滑移、晶粒转动、扩散蠕变、位错运动、再结晶等综合作用结果。如阿希贝（Ashby）与弗拉尔(Verrall)提出的晶界滑移与扩散蠕变联合机理（A-V机理）。如图，与书上图5-315.5、金属塑性成形中的外摩擦5.5.1、金属塑性成形中摩擦特点金属塑性成形时零件与工模具之间存在摩擦，此摩擦有不利于成型与有利于成型两方面特性。

1、塑性变形摩擦

2、高压下摩擦3、实际接触面积大

4、不断产生新接触面

5、高温状态摩擦5.5、金属塑性成形中的外摩擦5.5.2、摩擦对塑性成型过程的影响

1、摩擦对塑性成型过程的有利作用利用摩擦控制流动方向；开式模以飞边保证冲型；保证轧制顺利进行；拉伸防折皱。

2、摩擦对塑性成型过程的不利作用

妨碍冲型，甚至产生裂纹；模具磨损；耗能、增大设备吨位；妨碍脱模。5.5、金属塑性成形中的外摩擦5.5.3、塑性成型过程中摩擦分类与机理

1、塑性成型过程中摩擦分类5.5、金属塑性成形中的外摩擦

2、塑性成型过程中摩擦机理5.5、金属塑性成形中的外摩擦5.5.4、接触表面摩擦切应力数学表达式

1、库仑摩擦条件库仑定律塑性成型摩擦的定量描述是塑性成型力学中最不成熟的问题之一。—摩擦切应力。—法向正应力。

—库仑摩擦因数。还原正应力极限为被加工金属的拉伸屈服极限。

5.5、金属塑性成形中的外摩擦

1、库仑摩擦条件—摩擦切应力。—法向正应力。

—库仑摩擦因数。摩擦切应力能否随正应力增大无限地增大？5.5、金属塑性成形中的外摩擦

2、常摩擦力条件—摩擦切应力。—拉伸屈服极限。—摩擦因子。—修正摩擦因子。—抗剪屈服强度。讨论？最大摩擦力条件

本条件认为，接触面上摩擦切应力与被加工金属的剪切强度成正比。5.5、金属塑性成形中的外摩擦5.5.5、影响摩擦因数的主要因数

1、金属种类与成分金属表面硬度、强度、吸附性、原子扩散能力、导热性、氧化速度、氧化膜性质、零件-模具分子间结合力等？

2、零件-模具表面状态表面粗糙度、加工刀纹方向？5.5、金属塑性成形中的外摩擦

3、接触表面压力表面压力对摩擦因数的影响？

4、变形温度如图

5、变形速度摩擦因数随变形速度增加有下降趋势。5.5、金属塑性成形中的外摩擦5.5.6、塑性成形中的润滑

1、塑性成形对润滑剂的要求⑴、良好耐压性⑵、良好耐热性⑶、能有效冷却模具塑性成形中润滑的作用：提高模具寿命与产品质量；提高零件冲型能力降低设备成本。⑷、无腐蚀作用、无毒

⑸、使用清理方便。5.5、金属塑性成形中的外摩擦

2、常用润滑剂5.5、金属塑性成形中的外摩擦

2、常用润滑剂5.5、金属塑性成形中的外摩擦

3、润滑添加剂提高润滑作用，防止腐蚀，稳定润滑剂性能。

3、塑性成形润滑方法本章结束

请认真复习并做完作业

p225：8、10、12、17刃型位错示意图还原正常晶格孪晶图还原体心立方滑移面与滑移方向滑移面与滑移方向示意图还原滑移带还原临界分切应力还原最大分切应力还原拉伸滑移时的晶体转动还原孪晶图还原孪生面与孪生方向孪生面与孪生方向还原同时启动的滑移系还原孪生面区域孪生面与孪生方向

还原孪生面区域还原刃型位错示意图还原

孪生面区域关于柏式矢量还原不对称变向还原多晶体协调变形示意图还原最大分切应力击还原最大分切应力还原体心立方滑移面与滑移方向还原柯式气团还原多相合金还原冷塑性变形组织、性能变化还原

性能晶粒形貌还原拉伸示意图多工序拉深还原第一次拉深系数：m1=d1/D第一次拉深系数：m2=d2/D第一次拉深系数：m3=d3/D总的拉深系数：m总=m1*m2*m3拉伸时出现的“制耳”还原拉伸件加工硬化示意图还原晶粒形貌回复、再结晶、晶粒长大还原

焊合缺陷还原塑性变形组织、性能变化还原相组成还原晶粒度还原将钢显微组织在显微镜上放大100倍，然后在此放大显微组织上，一平方英寸（6.45cm2）范围内有n个晶粒。则n=2NN—晶粒度号数铸锭宏观组织示意图还原变形温度对塑性的影响还原回复、再结晶、晶粒长大还原

Fe-Fe3C二元合金相图（组织、相区）还原多相合金还原变形速率对塑性的影响还原

还原2变形温度对塑性的影响还原变形速率对塑性的影响还原单元体应力应变状态

平砧与V形砧圆钢应力状态还原尺寸因素对塑性的影响还原Mg-Al共晶合金与曲线还原拉伸件加工硬化示意图还原拉伸变形不改变晶粒等轴性还原A-V机理晶粒形貌还原开式锻模还原开式与闭式模锻开式模锻与闭式模锻的区别开式模锻即有飞边模锻(见图3—1)。其模锻过程可分为自由镦锻[见图3—2(a)]、模膛充满[见图3—2(b)]和打靠[见图3—2(c)]三个阶段。开式模锻模具的分模面与模具运动方向垂直，模锻过程中分模面之间的距离逐渐减小，在模锻的第二阶段(充满阶段)形成横向飞边，依靠飞边的阻力使金属充满模膛。因此，飞边金属的损耗是不可避免的。1、开式模锻闭式模锻

闭式模锻(见图3—3)即无飞边模锻。其过程可分为如下三个阶段(见图3-4)。①、自由镦锻阶段[见图3—4(a)]即从毛坯与上模模膛表面(或冲头表面)接触开始到坯料金属与模膛最宽处侧壁接触为止的阶段。在这一阶段中，金属充满模膛中某些容易充满的部分。闭式模锻②、充满阶段[见图3-4(L)]即从毛坯金属与模膛最宽处侧壁接触开始到金属完全充满模膛为止的阶段。在这一阶段，坯料金属的流动受到模壁阻碍，毛坯各个部分处于不同的三向压应力状态。随着坯料变形的增大，模壁的侧向压力也逐渐增大，直到模膛完全充满。闭式模锻③结束阶段[见图3—4(c)]即多余金属被挤出到上、下模的间隙中形成少量纵向毛刺，锻件达到预定的高度的阶段。开式模锻与闭式模锻的区别

按模具运动方向区分：闭式模锻模具的分模面与模具运动方向平行，在模锻过程中分模面之间的间隙保持不变，在模锻的第二阶段(充满阶段)不形成飞边，即模膛的充满不需依靠飞边的阻力。如果毛坯体积过大，则在模锻的第三阶段会出现少量的纵向毛刺。开式模锻与闭式模锻的区别

按坯料精确度区分：从变形过程可以看出，闭式模锻时要求毛坯体积比较精确。如果毛坯体积过大，在锤上模锻时上、下模的承击面不