课件-塑性加工原理塑性与变形总

塑性加工原理：塑性与变形总览本课件将深入探讨塑性加工原理，包括塑性、变形、应力应变关系等重要概念。塑性加工的基本概念变形塑性加工是通过对金属材料施加外力，使其产生永久性变形，从而改变其形状和尺寸的过程。塑性塑性是指金属材料在受力后发生永久性变形而不破坏其完整性的能力，是金属材料的重要性能指标之一。塑性变形的基本特点永久变形塑性变形后，材料不会恢复到原来的形状。应力应变关系塑性变形过程中，应力与应变之间的关系是非线性的。应变硬化随着塑性变形的进行，材料的强度和硬度会增加。加工硬化通过塑性变形，材料的强度和硬度会得到提升，从而提高其性能。塑性变形的基本规律1应力-应变关系塑性变形过程中的应力-应变关系并非线性，而是随着应变的增加而逐渐增大。2应变硬化金属在塑性变形过程中会逐渐变硬，即需要更大的应力才能产生同样的变形。3加工硬化塑性变形会导致金属内部产生位错，从而提高金属的强度和硬度。影响塑性变形的主要因素温度温度越高，金属的塑性越好，变形抗力越低。变形速度变形速度越快，金属的塑性越差，变形抗力越高。变形程度变形程度越大，金属的塑性越差，变形抗力越高。材料性质不同金属材料的塑性不同，例如，铝的塑性比钢好。金属的塑性屈服条件屈服强度材料开始发生永久变形时的应力。代表材料抵抗塑性变形的强度。屈服极限材料发生微量塑性变形时的应力。常用于评估材料的塑性变形能力。屈服平台某些金属材料在屈服点后出现的应力下降现象，通常与材料内部结构有关。金属屈服定律屈服强度金属开始发生塑性变形时的应力值。应力应变关系金属材料在屈服过程中，应力和应变之间的关系。塑性变形金属在屈服后发生永久性形状变化的过程。金属加工中塑性变形的类型拉伸变形拉伸变形是金属在拉力作用下发生沿轴向伸长、横向缩小的变形，用于制造线材、板材、管材等。压缩变形压缩变形是金属在压力作用下发生沿轴向缩短、横向扩大的变形，用于制造锻件、压延材等。弯曲变形弯曲变形是金属在弯曲力矩作用下发生形状改变的变形，用于制造各种形状的金属构件。剪切变形剪切变形是金属在剪切力作用下发生平行于力的方向上的相对滑动的变形，用于制造薄板、带材等。金属的受剪切变形1定义金属在外力作用下，沿平行于外力方向发生相对滑动的变形，称为剪切变形。2特点剪切变形主要发生在金属表面，变形量较小。3应用剪切变形广泛应用于金属加工，例如剪切、冲压、切削等。金属的受压缩变形1体积减小高度降低，横截面积增大2形状改变原本的形状发生变化3应力状态受到压应力作用金属的受拉伸变形拉伸应力拉伸应力是指作用于金属材料横截面积上的外力，它会导致金属材料沿拉伸方向发生伸长变形。应变应变是指金属材料在拉伸应力作用下发生的形变程度，通常用拉伸方向上的伸长量与原始长度的比值来表示。屈服强度屈服强度是指金属材料开始发生永久变形时的应力值，它是衡量金属材料抵抗塑性变形能力的重要指标。抗拉强度抗拉强度是指金属材料在拉伸过程中所能承受的最大应力值，它反映了金属材料在断裂前所能承受的最大负荷。金属的受弯曲变形1弯曲过程弯曲是金属材料在弯曲力矩作用下发生的一种塑性变形过程，通常用于改变金属材料的形状或尺寸。2弯曲应力弯曲过程中，金属材料的外侧受到拉伸应力，内侧受到压缩应力，而中性层则没有应力。3弯曲半径弯曲半径越小，弯曲变形程度越大，金属材料的塑性变形能力要求越高。多轴应力状态下的金属塑性变形扭转变形扭转是一种复杂的变形形式，需要考虑剪切应力和应变的分布。弯曲变形弯曲变形会引起金属内部的拉伸和压缩应力，影响其塑性行为。拉伸变形拉伸变形通常会导致金属的断裂，但也可能引起塑性变形，具体取决于应力水平和材料性质。大塑性变形的基本特点大变形量变形量通常大于50%，甚至高达数百倍或千倍。复杂应力状态材料受到多种应力的共同作用，如拉伸、压缩、剪切、弯曲等。热效应变形过程伴随产生大量的热量，影响材料的性能和加工过程。大塑性变形对金属性能的影响1强度提高塑性变形导致晶粒细化和亚结构的形成，增强了金属的强度和硬度。2韧性下降过度塑性变形会导致材料内部产生微裂纹，降低金属的韧性和延展性。3表面粗糙度塑性变形会导致金属表面产生加工硬化和表面粗糙度增加，影响表面质量和美观。金属热塑性变形的基本特点1高温变形在金属的再结晶温度以上进行变形，以降低变形阻力，提高塑性。2动态恢复和再结晶变形过程中伴随着动态恢复和再结晶，消除变形硬化，保持材料的塑性。3晶粒细化通过再结晶形成新的细小晶粒，提高材料的强度和韧性。金属热塑性变形的基本过程加热将金属加热到一定的温度，使其内部的原子获得足够的能量，以克服原子间的相互作用力。塑性变形在加热状态下，对金属施加外力，使其发生塑性变形，从而改变金属的形状和尺寸。冷却变形完成后，将金属缓慢冷却至室温，使其内部的原子重新排列，并获得新的组织结构。金属热塑性变形时的应力应变状态应力在热塑性变形过程中，金属材料会受到外力的作用，产生应力。应力是指物体内部各部分之间相互作用的内力，单位为帕斯卡（Pa）。应变应变是指物体在外力作用下发生的形变程度，单位为无量纲。在热塑性变形中，应变是指材料的长度或体积变化量与原始尺寸之比。应力应变关系应力应变关系描述了材料在不同应力水平下发生的应变变化。热塑性变形过程中，应力应变关系会受到温度、变形速度、材料特性等因素的影响。金属热塑性变形时的变形阻力温度温度升高，金属的变形阻力降低。变形速度变形速度增加，金属的变形阻力也随之增大。材料不同的金属材料具有不同的变形阻力。金属热塑性变形时材料性能的变化强度和硬度塑性变形会增加金属的强度和硬度，这是由于位错密度增加和晶粒细化导致的。塑性和韧性适当的热塑性变形可以提高金属的塑性和韧性，但过度变形会导致韧性下降。组织结构热塑性变形会导致金属内部组织结构发生变化，如晶粒细化、晶粒取向变化等。金属热塑性变形的应用和特点塑性成形热塑性变形在金属塑性成形中应用广泛，例如冲压、锻造、挤压等。这些工艺能够将金属材料塑造成各种形状，满足不同的需求。提高材料性能热塑性变形可以改变金属材料的组织结构和晶粒尺寸，提高其强度、硬度、韧性等机械性能。焊接热塑性变形在焊接过程中发挥着重要作用，通过高温加热和压力，使焊缝区域的金属材料发生塑性变形，实现金属的连接。金属动态塑性变形的基本特点高速变形动态塑性变形通常在高速条件下进行，例如锤击、爆炸成形等，导致变形速度非常快。冲击载荷变形过程会产生冲击载荷，对材料产生剧烈的应力波，影响材料的变形行为。变形温度高速变形会导致材料温度迅速升高，影响材料的力学性能。金属动态塑性变形的应用锻造动态塑性变形提高了金属的强度和韧性，使其适用于各种应用。轧制动态塑性变形改善了金属的表面质量，提高了其耐用性。拉拔动态塑性变形使得金属能够被塑造成复杂的形状，满足特定需求。金属断裂的基本理论断裂是指材料在外力作用下分离成两部分或更多部分的现象.断裂过程涉及材料内部原子键的断裂，最终导致材料的失效.断裂力学是研究材料断裂行为的学科，涉及材料的强度、韧性和断裂韧性等指标.金属断裂的类型和特点1脆性断裂断裂前无明显塑性变形,断口平整,常伴有放射状花纹。2韧性断裂断裂前有明显塑性变形,断口呈纤维状,断裂过程缓慢。3疲劳断裂在交变载荷作用下,材料内部产生裂纹,并逐步扩展直至断裂。金属断裂的基本判据断裂韧性衡量材料抵抗脆性断裂的能力。材料的断裂韧性越高，抵抗断裂的能力越强。应力强度因子表示裂纹尖端应力场强度的指标，用于判断裂纹扩展的临界条件。断裂应力指材料在含有裂纹的情况下发生断裂时的应力值，用于评估材料在实际应用中的安全性。金属断裂的预防措施材料选择选择具有高强度、高韧性和抗疲劳性能的材料，并根据加工工艺要求进行合理的材料选择。工艺控制严格控制加工工艺参数，如温度、压力、速度等，以避免产生应力集中和裂纹。表面处理对金属表面进行适当的表面处理，如喷丸强化、表面镀层等，以提高其表面强度和耐腐蚀性。缺陷控制严格控制加工过程中的缺陷，如裂纹、孔洞、夹杂等，并及时进行修复。断裂韧性在金属加工中的应用材料选择断裂韧性是材料抵抗裂纹扩展的能力，选择高断裂韧性的材料可以提高零件的抗裂性能。工艺设计通过优化工艺参数，例如热处理，可以提高材料的断裂韧性，防止裂纹的产生和扩展。缺陷控制严格控制加工过程中的缺陷，例如裂纹，可以提高零件的可靠性，防止失效。金属加工缺陷的类型和特点裂纹金属材料内部或表面的断裂，通常由拉伸应力引起。裂纹可能导致材料强度降低，甚至导致零件失效。孔洞金属材料内部或表面的空腔，通常由气泡或杂质引起。孔洞可能导致材料强度降低，并可能造成零件的性能下降。变形金属材料在加工过程中产生的形状或尺寸偏差，通常由不当的加工工艺或设备问题引起。变形可能影响零件的尺寸精度，并可能导致零件的性能下降。金属加工缺陷的产生原因及防治措施