精整工課件含習題及答案

1、應力圖示和變形圖示,塑性變形的基本定律,塑性加工中的外摩擦,金屬的塑性與變形抗力,不均勻變形,軋制過程的基本問題,實現(xiàn)軋制過程的條件,軋制時的寬展與前滑,軋制壓力與軋制力矩,一、應力狀態(tài)及應力圖示,1、塑性加工的力,1） 外力：,作用力------塑性加工設備可動工具部分對工件所作用的力。,約束反力 阻礙金屬質點運動的力。 有正壓力和摩擦力兩種：T=f N,2） 內力和應力,內力------由于外力的機械作用或是由于物理或物理-化

2、學作用所產(chǎn)生的一種物體內部各部分之間的相互作用力。,圖1-4 加熱不均引起的內力,應力 ------單位面積上所作用的內力。,MPa = N/mm2,作用在微小面積上的力,全應力,正應力,切應力,說明：,1、僅當截面上應力均勻分布時，作用在截面上的總內力與該截面面積之比才是實際應力；,2、當截面上的應力不均勻分布時，此比值乃是平均應力，這時截面上的實際應力需用上式來計算。,2、應力狀態(tài)及應力圖示,1）一點

3、的應力狀態(tài),所謂物體處于應力狀態(tài)，就是物體內的原子被迫偏離其平衡位置的狀態(tài)。,2）研究金屬的應力狀態(tài)的意義,金屬內部的應力狀態(tài)，決定了金屬內部各質點所處的狀態(tài)是彈性狀態(tài)、塑性狀態(tài)還是斷裂狀態(tài)。而一切壓力加工的目的均是在外力的作用下，使金屬產(chǎn)生塑性變形，獲得所需要的各種形狀和尺寸的產(chǎn)品。因此，了解各種壓力加工中金屬內部的應力狀態(tài)特點，對于確定物體開始產(chǎn)生塑性變形所需的外力，以及采用什么樣的工具與加工制度，使力能的消耗最小等方面都具有重要的

4、實際意義。,3）主應力的相關概念,主平面：只有正應力而無切應力的平面。 主軸：與主平面法線方向平行的坐標軸。 主應力：主平面作用的正應力。,規(guī)定:三個主應力大小，按代數(shù)值進行排列，即：σ1＞σ2＞σ3,4）主應力圖示,用各主軸方向上主應力的存在及方向情況來表達變形體內某點應力狀態(tài)的定性圖。,,填空題：155.>應力狀態(tài)可分為線應力狀態(tài)、平面應力狀態(tài)和 。,可能的應力狀態(tài)圖示a—線應力狀態(tài)；b—面應力狀態(tài)；c—體應力狀

5、態(tài),二、主變形圖示,1、變形,彈性變形：物體受外力作用而產(chǎn)生變形，當外力去除后，物體能夠恢復的變形稱為塑性變形。,塑性變形：物體受外力作用而產(chǎn)生變形，當外力去除后，物體不能夠恢復其原始形狀和尺寸，遺留下了不可恢復的永久變形，這種變形稱為塑性變形。,圖1-2 原子間的作用力和 圖1-3理想晶體中的能同原子間距(r)的關系

6、 原子排列及其勢能曲線,（3）r＜ro時原子間作用的內力表現(xiàn)為斥力 若壓縮原子使r＜ro ，所加之力或能必須克服原子間的斥力或排斥能。,由上述可得到：,（1）r=ro時原子的斥力和引力相等 內力為零，原子勢能最低，原子處于最穩(wěn)定位置,（2）r＞ro時原子間作用的內力表現(xiàn)為引力 若拉開原子使r＞ro ，所加之力或能必須克服原

7、子間的引力或吸引能。,（4）彈性變形,所加之力或能不足以克服勢壘，僅使原子被迫離開平衡位置，而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。此時，去掉所加的力后，原子回到原來的平衡位置，變形也就消失。,特點：原子間距改變、原子間勢能升高、物體的體積發(fā)生變化（變化不大）,（5）塑性變形,所加之力或能足以克服勢壘，而使大量的原子多次地、定向地從一個平衡位置轉移到另—個平衡位置。這樣在宏觀上就產(chǎn)生了不能復原的永久變形,特點：形狀和尺寸改變，但體積不變,反映變形區(qū)主變形情況

8、的定性圖稱為主變形圖示。,2、主變形圖示的概念,規(guī)定：拉伸時箭頭向外指；壓縮時箭頭向里指。,3、主變形圖示的種類,（2）一向伸長一向縮短。又稱平面變形圖示。 如寬度較大的板帶軋制,（1）一向縮短兩向伸長。例如有寬展情況的軋制和自由鍛壓。,（3）兩向縮短一向伸長。 如擠壓和拉拔。,三種可能的變形圖示（a）變形方式；（b）變形圖示,變形力學圖示是應力狀態(tài)圖示和變形圖示的組合。,實際變形力學圖只有23種組合方式。

9、,三、變形力學圖示,四、應力圖示與變形圖示之間的關系,應力圖示與變形圖示的符號往往不一致。,從各主應力中把 扣除，余下的應力分量與塑性變形相對應。,即：變形圖示符號與 符號相對應。,與主變形相對應的應力圖示,一、判斷題58.>金屬塑性變形是金屬與合金在外力作用下產(chǎn)生塑性變形的過程。 ( )答案：√106.>一種變形力學圖示對應

10、一種加工方式。 ( )答案：×113.>軋鋼是壓力加工方法的其中一種。 ( )答案：√154.>一切材料都因外力作用而產(chǎn)生變形。（ ）答案：√,三、填空題53.>金屬材料受不同載荷作用而發(fā)生的__________的變化稱為變形。答案：幾何形狀和尺寸55.>金屬的變形一般分為__________變形和塑性變形。答案：彈性56.>金屬由彈性變形過渡到塑性變形主

11、要取決于金屬的機械性能和所受的__________。答案：應力狀態(tài)111.>金屬的變形方式有 和 。 答案：彈性變形、塑性變形,一、體積不變定律,1、內容：,根據(jù)體積不變條件，則:,在壓力加工過程中，只要金屬的密度不發(fā)生變化，變形前后金屬的體積就不會產(chǎn)生變化。,設矩形坯料的高、寬、長分別為H、B、L，軋后軋件的高、寬、長分別為h、b、l,矩形斷面工件加工前后的尺寸,（1）確定軋

12、制后軋件的尺寸。,2、應用：,軋50×5角鋼，原料為連鑄方坯，其尺寸為120×120×3000mm，已知50×5角鋼每米理論重3.77kg，密度為7.85t/m3，計算軋后長度為多少？,解：坯料體積:V0=120×120×3000=4.32×107mm350×5角鋼每米體積為:3.77/（7.85×103÷109）=480×

13、;103mm3由體積不變定律可得：4.32×107=480×103×L故軋后長度 L≈90m,（2）選擇合理的坯料尺寸。,（3）是連軋關系的基礎。,在連軋生產(chǎn)中，為了保證每架軋機之間不產(chǎn)生堆鋼和拉鋼，則必須使單位時間內金屬從每架軋機間流過的體積保持相等，即,二、最小阻力定律,1、內容：,物體在變形過程中，其質點有向各個方向移動的可能時，則物體內的各質點將沿著阻力最小的方向移動。,敘述1:,敘述2：,

14、金屬塑性變形時，若接觸摩擦較大，其質點近似沿最法線方向流動，也叫最短法線定律。,敘述3：,金屬塑性變形時，各部分質點均向耗功最小的方向流動，也叫最小功原理。,（1）利用最小阻力定律分析小輥徑軋制的特點。,在壓下量相同的條件下，對于不同輥徑的軋制，其變形區(qū)接觸弧長度是不相同的，小輥徑的接觸弧較大輥徑小，因此，在延伸方向上產(chǎn)生的摩擦阻力較小，根據(jù)最小阻力定律可知，金屬質點向延伸方向流動的多，向寬度方向流動的少，故用小輥徑軋出的軋件長度較長，

15、而寬度較小。,軋輥直徑對寬展的影響,（2）為什么在軋制生產(chǎn)中，延伸總是大于寬展？,其次，由于軋輥為圓柱體，沿軋制方向是圓弧的，而橫向為直線型的平面，必然產(chǎn)生有利于延伸變形的水平分力，它使縱向摩擦阻力減少，即增大延伸，所以，即使變形區(qū)長度與軋件寬度相等時，延伸與寬展的量也并不相等，延伸總是大于寬展。,首先，在軋制時，變形區(qū)長度一般總是小于軋件的寬度，根據(jù)最小阻力定律得，金屬質點沿縱向流動的比沿橫向流動的多，使延伸量大于寬展量；,例：矩形六

16、面體的鐓粗,塑壓矩形斷面柱體變化規(guī)律,判斷金屬變形后的橫斷面形狀,三、彈—塑性變形共存定律,1、內容：物體在產(chǎn)生塑性變形之前必須先產(chǎn)生彈性變形，在塑性變形階段也伴隨著彈性變形的產(chǎn)生，所產(chǎn)生的總變形量為彈性變形和塑性變形之和。,用來選擇工具,2、應用：,（1）對軋件、軋輥的要求:,要求軋件具有最大程度的塑性變形，而軋輥則不允許有任何塑性變形。,（2）對軋件、軋輥的選擇:,選擇彈性極限高，彈性模數(shù)大的軋輥，選擇變形抗力小，塑性好的軋件。,軋

17、件軋制后的高度h應等于軋制前事先調整好的輥縫高度h0，軋制時軋輥的彈性變形?hn 和軋制后軋件的彈性變形?hM之和。,即：,計算軋件軋制后的高度,由于彈塑性共存，軋件的軋后高度總比預先設計的尺寸要大,軋輥及軋件的彈性變形圖,一、判斷題94.>體積不變定律是指除鑄造金屬外的軋件，軋制前后體積不變的客觀規(guī)律。 ( )答案：√,二、選擇題209.>軋制變形區(qū)內金屬的縱向、橫向流動將遵循( )定律。A．體積不變定律

18、 B．最小阻力定律C．剪應力 D．秒流量一致答案：B,四、計算題16.>用120×120×1300mm方坯軋成φ10mm圓鋼，問軋出的圓鋼長度是多少？(不考慮燒損)答案：解：由體積不變定律：120×120×1300=1/4×3.14×102×ll≈238.47(m)答：圓鋼長度大約為238m。17.>用120mm

19、15;120mm×1400mm方坯軋成φ25mm的圓鋼，若加熱時有2%的燒損，問軋出的圓鋼長度是多少？答案：解：由體積不變定律：120×120×1400×(1-2%)=(1/4)×3.14×252×ll≈40.268(m)答：圓鋼長度大約為40m。,19.>圓管坯的直徑為80mm，長度為700mm，經(jīng)穿孔后毛管規(guī)格外徑為82mm，壁厚8mm，毛管長度應為多

20、少？答案：解：由體積不變定律：1/4×3.14×802×700×(1-2%)＝1/4×3.14×[822-(82-8×2)2]×ll ≈1.85(m)答：毛管長度為1.85m。,一、塑性加工中摩擦的特點,1、與機械摩擦相比特點如下:,(1)工具與工件接觸面上的單位壓力大。(2)接觸表面不斷更新和擴大。(3)接觸表面溫度較高。(4)作為摩擦對的工具與

21、工件性質差別大。,2、摩擦理論:,可分為三種基本類型：干摩擦、液體摩擦和邊界摩擦。,干摩擦理論,1.干摩擦定義：指工件與工具接觸面間沒有任何其它介質和薄膜，僅是其金屬與金屬之間的摩擦。,2.干摩擦理論：機械摩擦理論、粘著摩擦理論和分子機械摩擦理論。,（1）機械摩擦理論 T=fN=fσnFH或T/FH=τf=fσn,（2）粘著摩擦理論 T=Fzτb,（3）分子—機械摩擦理論

22、 T=αFzβN或f=αFz/N+β,1.液體摩擦定義：,2.液體動壓潤滑理論,（1）液體摩擦定律：各流層因相對運動而產(chǎn)生的摩擦力稱為內摩擦力。此內摩擦力Tt 與層間接觸面積S及相對速度dv成正比，而與層間距離dz成反比，即,Tt=ηs,或τt= η,液體摩擦理論,工具與工件的接觸面間被潤滑油完全隔開，兩表面的相對滑動阻力只與液體的性質和速度梯度有關，而與接觸面狀態(tài)無關時，這種摩擦稱為液體摩擦。

23、,（2）雷諾方程：雷諾方程是液體動壓潤滑理論基礎。它是從粘性流體力學的基本方程出發(fā)作了一定的假設而導出的微分方程。,邊界摩擦理論,2.邊界摩擦理論,在此摩擦條件下，接觸面上的摩擦力顯然比液體摩擦大，而比干摩擦小。影響邊界摩擦的主要因素，是邊界潤滑膜的性質和它與金屬表面的結合強度，如吸附能力越強，則效果將更為顯著。因此，接觸表面的壓力、溫度等是選擇合適潤滑膜的重要條件。,1.邊界摩擦定義：工具與工件的接觸面間僅存在厚度小于1μm的潤滑劑

24、吸附層的潤滑摩擦稱為邊界摩擦或吸附摩擦。,二、塑性加工中摩擦的作用,1、有利的方面,在軋制時正是由于摩擦的作用才使軋件被軋輥咬入。而且在軋制過程中也需要一定的摩擦力來維持穩(wěn)定軋制階段的正常進行。因此在軋制過程中摩擦是必不可少的。,2、摩擦引起的不良后果,1.工具表面狀態(tài)和材質的影響2.金屬化學成分的影響3.加工溫度的影響4.加工速度的影響5.潤滑劑種類的影響6.壓下率的影響7.其它因素的影響,三、影響摩擦系數(shù)的主要因素,1、

25、工具材質和表面狀態(tài)的影響,f鋼軋輥＞ f鐵軋輥,初軋：軋輥表面刻痕或堆焊,冷軋：工藝潤滑,2、材料的化學成分和表面狀態(tài)的影響,f,f,,,3、變形溫度的影響,,4、變形速度的影響,,,5、接觸表面單位壓力的影響,1、熱軋時摩擦系數(shù)的確定,艾克隆德公式：,上式中: K1——軋輥材質影響系數(shù)：鋼軋輥=1.0，鑄鐵軋輥=0.8；K2——軋制速度影響系數(shù)，可按實驗曲線圖確定。K3——軋件材質影響系數(shù)，可據(jù)實驗數(shù)據(jù)選??；t ——軋

26、制溫度（700～1200℃之間適用）。,四、摩擦系數(shù)的確定方法,2、冷軋時摩擦系數(shù)的確定,式中 K —— 潤滑劑的種類與質量的影響系數(shù)，,V —— 軋制速度，米／秒。,3、摩擦系數(shù)的測定方法,1.最大咬入角法：,根據(jù) 便可求出 而,2.軋件強迫制動法,在軋件后端作用一制動力Q，強迫軋件在轉動的軋輥間停下來，在開始打滑瞬間測定制動力Q和軋制力P。,式中φ在計

27、算中常取φ=,3.軋制力矩法,測定前滑為零時的純軋力矩M和軋制力P，按下式計算：,4.圓環(huán)鐓粗法,五、減少摩擦的技術措施,一）工具材料和表面狀態(tài),1.對于使用條件苛刻的加工工具如拉絲模常使用硬的、與工件金屬難以粘著的硬質合金或金剛石；,2.一般工具材料表面上復以硬的并難以和工件金屬粘著的物質如鍍硬質鉻、用鈦或釩的碳化物做皮膜等；,3.在塑性冷加工時，工具表面應進行精加工，而且在使用中時常要進行再研磨以去掉粘著層。,二）材料的形狀和表面狀

28、態(tài),3. 工具的表面精酸洗和拋丸使之有微細的凹坑以貯存潤滑劑。,2.工具和工件間適當留有間隙以便多含潤滑劑或在坯料的表面設計成凹面以便多貯潤滑劑；,1.坯料精加工前應進行合理的預成形，精加工道次工件的變形量適當減小。,三）潤滑劑,1.固體與熔體潤滑劑,在接觸表面用液體不能形成很厚的潤滑層以及加工溫度較高時由于油的分解、蒸發(fā)、燃燒和失去粘度的情況下，使用固體和熔體潤滑劑。,（1）固體潤滑劑 一般說來凡剪切強度比工件金屬小的任何物質，

29、原則上都可以作為固體潤滑劑。,（2）熔體潤滑劑 鋼鐵材料及一些合金，在熱鍛和熱擠壓過程常用玻璃作為潤滑劑。,2.液體潤滑劑,（1）優(yōu)點：,價格便宜；易涂布；破裂的潤滑膜易修復；對工具有冷卻作用；制品表面光整等。,（2）分類：,礦物潤滑油；動植物潤滑油；合成潤滑油。,一、判斷題234.>含銅，鎳和高硫的鋼使摩擦系數(shù)升高。 ( )答案：×二、選擇題178.>熱軋溫度范圍內，隨變形溫度提高，摩擦系

30、數(shù)將( )。A．增加 B．降低 C．不變答案：B三、填空題36.>鋼軋輥的摩擦系數(shù)比鑄鐵軋輥的摩擦系數(shù)要__________些。答案：大,1、塑性的概念,塑性：塑性是指金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。,柔軟性：柔軟性反映材料抵抗變形的能力。它用變形抗力的大小來衡量，表示變形的難易程度。,區(qū)別：金屬的塑性與其柔軟性之間沒有必然的聯(lián)系。,變形抗力小的金屬塑性就好，變形抗力大的金屬

31、塑性就差。,一、塑性的概念及指標：,室溫下的鉛，塑性很高而變形抗力又小。,例如：,過熱和過燒的金屬與合金，其塑性很小，甚至完全失去塑性變形的能力，而變形抗力也很??；,室溫下奧氏體不銹鋼的塑性很好，能經(jīng)受很大的變形而不破壞，但它的變形抗力卻非常大；,2、塑性的指標,金屬塑性的大小，用金屬在斷裂前產(chǎn)生的最大變形程度來表示。主要指標有：,表示金屬與合金塑性變形性能的主要指標有：,金屬塑性的測定方法,測定金屬塑性的方法最常用的有機械性能試驗方法

32、和模擬試驗法兩大類。,（1）機械性能試驗法,1）拉伸試驗：是在材料試驗機上進行的。,在拉伸試驗中可確定延伸率和斷面收縮率兩個塑性指標，這兩個指標越高，說明金屬的塑性越好。,2）扭轉試驗：是在專用的扭轉試驗機上進行的。,試驗時，將圓柱形試樣的—端固定，另一端扭轉，用破斷前扭轉的轉數(shù)（n）表示塑性的大小。,圖5-1 W18Cr4V高速鋼破斷前扭轉轉數(shù)與試驗溫度的關系,3）沖擊彎曲試驗。,當 變化不大或有所降低而 值顯著增

33、大，這表明是由塑性急劇增高而引起的；而在 值較高的溫度范圍內 值很高，則不能證明在此度范圍內塑性最好。,沖擊韌性值 不完全是一種塑性指標，它是彎曲變形抗力和試樣彎曲撓度的綜合指標。,式中 H ——試樣的原始高度，mm。 h——試樣的變形后高度，mm。,（2）模擬試驗法,1）頂鍛試驗：也稱鐓粗試驗,是將圓柱形試樣在壓力機或落錘上鐓粗，把試樣側面出現(xiàn)第—條可見裂紋時的變形量，作為

34、塑性指標即,2）楔形軋制試驗,一種是在平輥上將楔形試樣軋成扁平帶狀。,另一種方法是在偏心輥上將矩形軋件軋成楔形。,軋后觀察測量首先出現(xiàn)裂紋處的變形量(Δh/H）此變形量就表示塑性大小。,根據(jù)厚度變化的楔形件最初出現(xiàn)裂紋處的變形量Δh/H來確定其塑性大小。,塑性指標與變形溫度關系的曲線圖，稱之為塑性圖。,（1）定義,（2）用途,1）由熱拉伸、熱扭轉等機械性能試驗法測繪的塑性圖，可確定變形溫度范圍；,2）由頂鍛和楔形軋制的塑性圖，不僅可以確

35、定變形溫度范圍，還可以分別確定自由鍛造和軋制時的許用最大變形量。,3、塑性圖,W18Cr4V高速鋼的塑性圖,GHl30合金塑性圖,1、金屬的化學成份與組織狀態(tài)：,,化學成份:,二、塑性的影響因素及提高途徑：,（1）鐵、硫、錳,化學純鐵具有很高的塑性，工業(yè)純鐵在9000C左右時，塑性突然下降。,硫是鋼中有害雜質，易產(chǎn)生“紅脆”現(xiàn)象,錳可提高鋼的塑性，但錳鋼對過熱的敏感性強，在加熱過程中晶粒容易粗大，使鋼的塑性降低。,各種硫化物和共晶體熔點

36、,（2）碳,碳在碳鋼中含碳量越高，塑性越差，熱加工溫度范圍越窄。當C<1.4%時，有很好的塑性。,（3）鎳,鎳能提高鋼的強度和塑性，減慢鋼在加熱時晶粒的長大。,（4）鉻,鉻能使鋼的塑性和導熱性降低。,（5）鎢、鉬、釩,都能使塑性降低。,（6）硅、鋁,在奧氏體鋼中，Si>0.5%時，對塑性不利， Si>2.0%時,鋼的塑性降低， Si>4.5%時，在冷狀態(tài)下塑性很差。,鋁對鋼的塑性有害。,（7）磷,鋼中P<1

37、~1.5%時，在熱加工范圍內對塑性影響不大。在冷狀態(tài)下，磷使鋼的強度增加塑性降低，產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象。,（8）鉛、錫、砷、銻、鉍,鋼中五大有害元素，它們在加熱時熔化，使金屬失去塑性。,（9）氧、氮、氫,氧能使鋼的塑性降低，氮也會使鋼的塑性變差，氫對鋼的塑性無明顯的影響。,（10）稀土元素,適當加入一些，能使鋼的塑性得到改善。,組織狀態(tài):,純金屬有最好的塑性。 單相組織（純金屬或固溶體）比多相組織塑性好。 化合物雜質呈球狀分布塑性較好

38、；呈片狀、網(wǎng)狀分布在晶界上時，使金屬的塑性下降。 晶粒細化有利于提高金屬的塑性。 經(jīng)過熱加工后的金屬比鑄態(tài)金屬的塑性高。,鑄坯的塑性低、性能不均勻。,（1）鑄態(tài)材料的密度較低，因為在接近鑄錠的頭部和軸心部分，分布有宏觀和微觀的孔隙，沸騰鋼鋼錠有皮下氣泡。,造成原因：,（2）用一般方法熔煉的鋼錠，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有害雜質（如硫、磷等）的很大偏析，特別是在鑄錠的頭部和軸心部分。,（3）對于大鋼錠，枝晶偏析會有較大的發(fā)展。,（4）在雙相和多相的鋼

39、與合金中，第二相組織成粗大的夾雜物，常常分布在晶粒邊界上。,鑄造組織的影響,溫度對碳素鋼塑性的影響,現(xiàn)以溫度對碳鋼塑性的影響的一般規(guī)律分析說明：,2、變形溫度：,用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示塑性降低區(qū)， 1、2、3表示塑性增高區(qū) 。,Ⅰ區(qū)——鋼的塑性很低，在零下200℃時塑性幾乎完全喪失，這大概是由于原子熱運動能力極低所致。,Ⅱ區(qū)——位于200～400℃之間，此區(qū)域亦稱為蘭脆區(qū)，即在鋼材的斷裂部分呈現(xiàn)蘭色的氧化色，因此稱為“蘭脆”。,Ⅲ區(qū)——

40、位于800～950℃之間，稱為熱脆區(qū)。,Ⅳ區(qū)——接近于金屬的熔化溫度，此時晶粒迅速長大，晶間強度逐漸削弱，繼續(xù)加熱有可能使金屬產(chǎn)生過熱或過燒現(xiàn)象。,1區(qū)——位于100～200℃之間，塑性增加是由于在冷變形時原子動能增加的緣故（熱振動）。,2區(qū)——位于700～800℃之間，由于有再結晶和擴散過程發(fā)生，這兩個過程對塑性都有好的作用。,3區(qū)——位于950～1250℃的范圍內，在此區(qū)域中沒有相變，鋼的組織是均勻一致的奧氏體。,熱軋時應盡可能地使

41、變形在3區(qū)溫度范圍內進行，而冷加工的溫度則應為1區(qū)。,3、變形速度：,一般認為：隨著變形速度的升高，塑性增加。 應用：爆炸成型（如鈦和耐熱合金）,變形速度對塑性的影響,4、變形力學條件：,應力狀態(tài)的影響,在進行壓力加工的應力狀態(tài)中，壓應力成分越多，壓應力狀態(tài)越強，金屬塑性越好。,變形狀態(tài)的影響,主變形圖中壓縮分量越多，對充分發(fā)揮金屬的塑性越有利。,三向壓應力狀態(tài)最好，兩壓一拉應力狀態(tài)次之，三向拉應力狀態(tài)最差。,兩向壓縮一向延伸的變形最

42、好，一向壓縮一向延伸次之，兩向延伸一向壓縮的變形最差。,（1）三向壓應力狀態(tài)能遏止晶間相對移動，使晶間變形困難。,（2）三向壓應力狀態(tài)能促使由塑性變形和其它原因而破壞了的晶內和晶間聯(lián)系得到修復。,（3）三向壓應力狀態(tài)能完全或局部地消除變形體內數(shù)量很少的某些夾雜物甚至液相對塑性不良的影響；,（4）三向壓應力狀態(tài)可以完全抵消或大大降低由不均勻變形而引起的附加拉力，使附加拉應力所造成的破壞作用減輕。,解釋：,不連續(xù)變形的影響: 熱變形時，不連

43、續(xù)變形可提高金屬的塑性。,尺寸（體積）因素的影響,5、其他因素對塑性的影響：,隨著物體體積的增大塑性有所降低，但降低一定程度后，體積再增加其影響減小。,6、提高塑性的途徑,1、變形抗力的概念:,三、變形抗力的概念及影響因素,金屬抵抗變形的能力。 通常用單向應力狀態(tài)時的屈服極限來表示。,2、測定方法,基本方法有：拉伸法、壓縮法和扭轉法。,（1）拉伸法,使用圓柱試樣，認為在拉伸過程中在試樣出現(xiàn)細頸前，在其標距內工作部分的應力狀態(tài)為均勻分布

44、的單向拉應力狀態(tài)。這時，所測出的拉應力便為變形物體在此變形條件下的變形抗力。,此時變形物體的真實變形應為：,特點：,測量精確，方法簡單，但變形程度不應大于20%~30%。,（2）壓縮法,變形程度為：,由此所測得得變形抗力為：,特點：,能允許式樣具有比拉伸更大的變形，但完全保證試樣處于單向壓應力狀態(tài)較困難。一般取H/D<2~2.5,3、變形抗力的確定,要計算金屬塑性變形過程中所需的外力，必須知道變形抗力的值。,先在變形的熱力參數(shù)為某

45、一種等值的條件下求出金屬的變形抗力，并將它作為基礎值。然后再用熱力參數(shù)修正系數(shù)來修正此基礎值。,冷軋時變形抗力的確定,熱軋時變形抗力的確定,先計算該道次的平均總壓下率，再根據(jù)不同鋼種的加工硬化曲線，由平均總壓下率來確定該道次的平均變形抗力。,4、變形抗力的影響因素：,1）金屬的化學成份與組織狀態(tài)：,化學成份:,（1）碳,在較低的溫度下隨著鋼中含碳量的增加，鋼的變形抗力升高。溫度升高時其影響減弱。,在不同變形溫度和變形速度下含碳量對碳鋼變

46、形抗力的影響（實線為靜壓縮，虛線為動壓縮）,（2）錳,（3）硅,由于鋼中含錳量的增多，可使鋼成為中錳鋼和高錳鋼。其中中錳結構鋼（15Mn～50Mn）的變形抗力稍高于具有相同含碳量的碳鋼，而高錳鋼（Mnl2）有更高的變形抗力。,鋼中含硅對塑性變形抗力有明顯的影響。用硅使鋼合金化時，可使鋼的變形抗力有較大的提高。例如，含硅量為1.5％～2.0％的結構鋼（55Si2、60Si2）在一般的熱加工條件下，其變形抗力比中碳鋼約高出20％～25％，含

47、硅量高達5％～6％以上時，熱加工較為困難。,（4）鉻,對含鉻量為0.7％～1.0％的鉻鋼來講，影響其變形抗力的主要不是鉻，而是鋼中的含碳量，這些鋼的變形抗力僅比具有相應含碳量的碳鋼高5％～10％。對高碳鉻鋼GCr6～GCrl5（含鉻量0.45％～1.65％），其變形抗力雖稍高于碳鋼，但影響變形抗力的也主要是碳。高鉻鋼1Cr13～4Cr13，Cr17，Cr23等在高速下變形時，其變形抗力大為提高。特別對含碳量較高的鉻鋼（如Crl2等）更是

48、如此。,（5）鎳,鎳在鋼中可使變形抗力稍有提高。但對25NiA、30NiA和13Ni2A等鋼來講，其變形抗力與碳鋼相差不大。當含鎳量較高時，例如Ni25～Ni28鋼，其變形抗力與碳鋼相比有很大的差別。,組織狀態(tài):,（2）單相組織比多相組織的變形抗力要低；,（3）晶粒體積相同時，晶粒細長者較等軸晶粒結構的變形抗力為大；,（4）晶粒尺寸不均勻時，又較均勻晶粒結構時為大；,（5）金屬中的夾雜物對變形抗力也有影響，在一般情況下，夾雜物會使變形抗

49、力升高；鋼中有第二相時，變形抗力也會相應提高。,（1）一般情況時，晶粒越細小，變形抗力越大；,2）變形溫度：,溫度升高，金屬變形抗力降低的原因有以下幾個方面：,（1）發(fā)生了回復與再結晶，,（2）臨界剪應力降低，,（3）金屬的組織結構發(fā)生變化，,（4）隨溫度的升高，新的塑性變形機制參與作用。,在加熱及軋制過程中，溫度對鋼的變形抗力影響非常大。隨著鋼的加熱溫度的升高，變形抗力降低。,在熱變形時，通常隨變形速度的提高變形抗力增大。,根據(jù)加工硬

50、化和恢復理論，認為塑性變形過程中在變形金屬內部有兩個相反的過程——強化和軟化過程（恢復和再結晶）同時存在。由于軟化過程以一定速度在進行，變形速度愈大軟化過程愈來不及進行（軋制時的平均變形速度一般為l～103s），金屬強化的愈嚴重。因此隨變形速度的提高變形抗力增大。,3）變形速度：,冷變形：影響不明顯,變形速度對碳鋼變形抗力的影響壓下率：-50％；-10％；-2％,在冷狀態(tài)下，由于金屬的強化（加工硬化），變形抗力隨著變形程度的增大而顯著

51、提高。 在熱狀態(tài)下，變形程度對變形抗力的影響較小，一般隨變形程度增加，變形抗力稍有增加。,4）變形程度：,1）合理的選擇變形溫度和變形速度。,2）采用良好的潤滑。,3）減小工、模具與變形金屬的接觸面積（直接承受變形力的面積）。,5、降低變形抗力常用的工藝措施：,一、判斷題3.>FeS是低熔點化合物，熱軋時它聚于晶界，產(chǎn)生熱脆，故S作為雜質存在。 ( )答案：√35.>鋼中白點是指鋼的表面產(chǎn)生撕裂的一種

52、現(xiàn)象。 ( )答案：×57.>金屬產(chǎn)生塑性變形而不破壞其完整性的能力為金屬的塑性。 ( )答案：√59.>金屬延伸率百分數(shù)越大，塑性越好。 ( )答案：√138.>一般說來，金屬的伸長率與斷面收縮率越大，其塑性越好。( )答案：√,一、判斷題221.>純金屬及其固溶體的塑性很低，而金屬化合物的塑性較好。 ( )答案：×229.>鋼材的變形

53、抗力與化學成份無關。 ( )答案：×230.>鋼的冷脆是鋼中磷與鐵形成的磷化三鐵所致。 ( )答案：√236.>金屬塑性和韌性是一個概念。 ( )答案：×263.>一般說，晶粒越細小，金屬材料的力學性能越好。（ ）答案：√,二、選擇題8.>金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破裂的能力稱為（ ）A 彈性 B 塑性 C 韌性答案：B41.

54、>磷使鋼產(chǎn)生( )。A．冷脆 B．熱脆 C．對脆性無影響答案：A42.>硫使鋼產(chǎn)生( )。A．冷脆 B．熱脆 C．對脆性無影響答案：B76.>軋制產(chǎn)品要進行檢驗，其中表示鋼材的塑性好壞的指標是( )。A．屈服強度 B．彎曲度 C．延伸率答案：C,二、選擇題78.>金屬的塑性和其柔軟性的關系是( )。A．金屬的塑性與其柔軟性之

55、間沒有必然的聯(lián)系 B．塑性提高，柔軟性增加 C．塑性降低，柔軟性增加答案：A81.>金屬的柔軟性是不同的，它是金屬( )一種表示。A．變形抗力 B．塑性 C．韌性答案：A129.>產(chǎn)生白點的主要原因是鋼中存在( )。A．氫氣 B．磷 C．硫答案：A147.>鋼中的( )是產(chǎn)生白點的主要原因。A．氧氣 B．氫氣 C．二氧化碳 D．氮

56、氣答案：B,169.>硫是鋼中的有害雜質，當硫化物熔化時，在變形時引起開裂，即產(chǎn)生( )現(xiàn)象。A．藍脆 B．紅脆 C．冷脆答案：B179.>隨碳素鋼的含碳量增加，其變形抗力( )。A．減小 B．增大 C．不變答案：B185.>通常純金屬與其合金比較，變形抗力要( )。A．增大 B．相同 C．減小答案：C202.>引起鋼在熱加工開裂的元素是(

57、)。A．H B．S C．P D．O答案：B205.>在碳鋼中，藍脆區(qū)溫度范圍是( )。A．-200℃ B．200～400℃ C．800～950℃答案：B,三、填空題24.>對鋼加熱的目的是為了提高鋼的塑性，減少鋼的__________，消除應力。答案：變形抗力28.>鋼材斷裂時，斷口面積比原來截面縮小的百分率稱為__________。答案：斷面收縮率54.>金

58、屬材料在受力破壞前可以經(jīng)受永久變形的性能稱為______。答案：塑性80.>通常用某一變形條件下的單向應力狀態(tài)時的__________極限作為材料的變形抗力指標。答案：屈服84.>一般的碳鋼中的含碳量增加，其__________降低。答案：塑性,三、填空題104.>鋼中磷含量增高時會引起鋼在低溫下的韌性 、塑性 。 答案：降低、降低105.>鋼中硫含量高

59、時，會引起鋼在熱加工時的 現(xiàn)象，即所說的 。 答案：開裂、熱脆性206.>硫是碳鋼中的有害元素，它能使鋼的 下降。答案：脆性?,五、綜合題41.>金屬的塑性大小和哪些因素有關？答案：金屬的塑性和以下因素有關：(1)金屬的化學成分和組織：金屬的化學成分越單純，其塑性越好；相反，化學成分越復雜，其塑性越低。例如純金屬的塑性最好，低碳鋼的塑性比高碳鋼

60、的塑性好，而合金鋼因所含化學成分較多，它的塑性通常最差。從組織狀態(tài)看，組織不均勻的金屬塑性較低，例如鋼錠的組織很不均勻，故它的塑性比鋼坯的塑性差的多。(2)變形溫度：金屬在變形時本身的溫度稱為變形溫度。一般在變形時本身的溫度稱為變形溫度。一般情況是，變形溫度高，金屬的塑性也高，故金屬常在高溫下進行變形。但金屬的溫度不可過高，否則將引起晶粒的過份長大，反面使塑性降低。(3)變形速度：金屬在接受變形時，若變形進行的較快，往往引起塑性的降

61、低。,金屬變形時體內變形分布不均勻，不但使物體外形歪扭和內部組織不均勻，而且還使變形體內應力分布不均勻。此時，除基本應力外還產(chǎn)生附加應力。,一、不均勻變形的概念,由外力作用所引起的應力叫做基本應力。,基本應力在負荷卸除后即行消失。,1、基本應力：,由于物體內各處的不均勻變形受到物體整體性的限制，而引起的其間相互平衡的應力叫做附加應力。,附加應力在塑性變形結束后仍殘留在變形物體中。,幾種應力的概念:,2、附加應力：,附加應力符號的判斷：,

62、圖6-1 在凸形軋輥上軋制矩形坯的情形la-若邊緣部分自成一體時軋制后的可能長度；lb-若中間部分自成一體時軋制后的可能長度；l-整個軋件軋制后的實際長度,塑性變形結束后仍殘留在變形物體中的附加應力稱為殘余應力。,基本應力與附加應力的代數(shù)和即為工作應力。,當附加應力與基本應力異號時，則工作應力的絕對值小于基本應力的值。,當附加應力與基本應力同號時，則工作應力的絕對值大于基本應力的值。,3、殘余應力：,4、工作應力：,當附加應力等于零

63、時，則基本應力等于工作應力。,二、不均勻變形的原因,引起變形及應力不均勻分布的原因主要有接觸面上的外摩擦、變形區(qū)的幾何因素、工具和變形體的輪廓形狀、變形物體的外端、變形體內溫度不均勻分布、金屬本身性質的不均勻等等,1、 接觸面上的外摩擦,Ⅰ：受摩擦影響最大的難變形區(qū)。 Ⅱ：與外作用力約成45°最有利方位的易變形區(qū)。 Ⅲ：變形程度居于中間的自由變形區(qū)。,圖6-2 鐓粗時摩擦力對變形及應力分布的影響,由于不均勻變形的結果，在Ⅰ

64、區(qū)及Ⅲ區(qū)內產(chǎn)生附加拉應力:,在Ⅰ區(qū)內的附加拉應力一般說來沒有危險，因為在該區(qū)內主要是三向壓應力狀態(tài)圖示。,在Ⅲ區(qū)由于附加拉應力作用的結果，使應力狀態(tài)圖示發(fā)生了變化：環(huán)向（切向）出現(xiàn)拉應力，且越靠近外層越大；徑向壓縮應力減弱，且越靠近外層越小。鐓粗有時在側面出現(xiàn)裂紋，即為此環(huán)向拉應力作用的結果。,切向附加拉應力引起的縱裂紋,2、變形區(qū)的幾何因素,在鐓粗試件時:,當H/d≤2.0時，將產(chǎn)生單鼓的不均勻變形；,當H/d＞2.0時，將產(chǎn)生雙鼓的

65、不均勻變形。,當鐓粗高件時不同區(qū)域的變形分布情況,3、工件和工具的輪廓形狀,加工工具和物體的輪廓形狀，其影響實質是造成某方向上各部分所經(jīng)受的變形量不一致，從而使物體內的應力分布不均勻。,中部：σ附(+) 開裂,兩邊：σ附(-) 皺折（波紋）,沿孔型寬度上延伸分布圖,例1：橢圓孔型中軋制矩形件,例2：當軋輥軸線安裝不平行時，若軋制窄扁鋼，若軋制寬帶鋼時，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？,例3：把一塊矩形鉛板兩邊向里彎折，然后在平輥上軋制。根據(jù)彎折部分的寬

66、度不同軋后會出現(xiàn)什么結果？,第一種結果：中部出現(xiàn)破裂。,中部周期性破裂,第二種結果：折迭部分寬度逐漸變小，使得中間受的拉應力減小，兩邊受的壓應力增加，但拉應力未引起金屬破裂，近似為等強度。,第三種結果：邊緣部分產(chǎn)生皺紋（浪形）。,邊部在附加壓應力作用下產(chǎn)生皺紋（浪形）示意圖,4、變形體溫度分布不均勻,例：在軋鋼生產(chǎn)中，由于加熱不足而造成鋼坯的上面溫度高，下面溫度低現(xiàn)象。,,由于上部金屬比下部金屬延伸大而造成的彎曲現(xiàn)象,5、金屬本身性質的

67、不均勻,變形金屬中的化學成分、組織結構、夾雜物、相的形態(tài)等分布不均會造成金屬各部分的變形和流動的差異。,6、變形物體的外端,變形物體的外端，是指在變形過程中某一瞬間不直接承受工具作用而處于變形區(qū)以外的部分。外端又稱外區(qū)或剛端。,外端的強迫拉齊作用，使縱向變形不均勻性減小。橫向變形不均勻性增加。矩形坯在平輥間軋制后，其長度上兩端部分寬展特別大，且端部略為凸出。,三、不均勻變形的后果及克服措施,1、不均勻變形的后果:,使變形抗力增大。 使

68、塑性降低。 使產(chǎn)品質量降低。 使操作技術復雜。,2、克服措施：,正確選定變形的溫度-速度制度。 減少金屬表面上的外摩擦。 合理設計加工工具形狀。 盡可能使金屬成分及組織均勻。,一、判斷題91.>塑性變形后在金屬內存留下來的附加應力稱工作應力。 ( )答案：×92.>塑性變形會引起金屬性能的變化。 ( )答案：√三、填空題117.>軋制后殘存在金屬內部的附加應力稱為

69、 。答案：殘余應力,一、變形區(qū)的主要參數(shù),變形區(qū)長度：,咬入角：,壓下量:,接觸弧所對應的圓心角。,接觸弧之水平投影的長度。,軋件承受軋輥作用而發(fā)生塑性變形的空間區(qū)域。,1、變形區(qū)及主要參數(shù),圖7-2軋制時的變形區(qū),2、兩個重要的關系式：,1）變形區(qū)長度計算公式：,2）主要參數(shù)的關系公式：,圖7-2軋制時的變形區(qū),3、軋輥的工作直徑及其計算,式中: Dk ——工作直徑 D′——輥環(huán)直徑,1）

70、工作直徑的概念：,2）工作直徑的計算：,軋輥與軋件相接觸處的直徑。,圖7-4 在平輥或矩形斷面孔型中軋制,圖7-1軋制示意圖,在非矩形斷面孔型中軋制時平均工作輥徑計算示意圖,常用平均高度法近似確定平均工作輥徑：,不均勻壓縮時的平均壓下量,平均壓下量：軋制前與軋制后軋件的平均高度差。,不均勻壓縮時的平均壓下量為,二、軋制變形的表示方法,1、絕對變形,H、B、L和h、b、l——分別為軋件變形前和后的高度、寬度與長度，毫米,特點：,計算簡單