金屬塑性成型原理

1、第一章1. 什么是金屬的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特點(diǎn)？塑性 在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力；塑性變形 當(dāng)作用在物體上的外力取消后，物體的變形不能完全恢復(fù)而產(chǎn)生的剩余變形；塑性成形 金屬材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并獲得一定力學(xué)性能的加工方法，也稱(chēng)塑性加工或壓力加工；塑性成形的特點(diǎn)：組織、性能好材料利用率高尺寸精度高生產(chǎn)效率高2. 試述塑性成形的一般分類(lèi)。I. 按成型特點(diǎn)可分為塊料成形也稱(chēng)體積成形和板料成型兩大類(lèi)1 塊料成型是在塑性成形過(guò)程中靠體積轉(zhuǎn)移和分配來(lái)實(shí)現(xiàn)的。可分為一次成型和二次加工。 一次加工： 軋制 是將金屬坯料通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軋輥間的

2、特定空間使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定截面形狀材料的塑性成形方法。分縱軋、橫軋、斜軋；用于生產(chǎn)型材、板材和管材。 擠壓 是在大截面坯料的后端施加一定的壓力，將金屬坯料通過(guò)一定形狀和尺寸的?？资蛊洚a(chǎn)生塑性變形， 以獲得符合?？捉孛嫘螤畹男〗孛媾髁匣蛄慵乃苄猿尚畏椒?。 分正擠 壓、反擠壓和復(fù)合擠壓；適于 低塑性的 型材、管材和零件。 拉拔 是在金屬坯料的前端施加一定的拉力，將金屬坯料通過(guò)一定形狀、尺寸的?？资蛊洚a(chǎn)生塑性變形，以獲得與?？仔螤?、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生產(chǎn)棒材、 管材和線材。二次加工： 自由鍛 是在鍛錘或水壓機(jī)上，利用簡(jiǎn)單的工具將金屬錠料或坯料鍛成所需的形狀和尺寸的加工方

3、法。精度低，生產(chǎn)率不高，用于單件小批量或大鍛件。 模鍛 是將金屬坯料放在與成平形狀、尺寸相同的模腔中使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得與模腔形狀、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分開(kāi)式模鍛和閉式模鍛。2板料成型一般稱(chēng)為沖壓。分為別離工序和成形工序。別離工序：用于使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互別離，如沖裁、剪切等工序； 成型工序：用來(lái)使坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為具有要求形狀和尺寸的零件， 如彎曲、拉深等工序。n .按成型時(shí)工件的溫度可分為熱成形、冷成形和溫成形。第二章3. 試分析多晶體塑性變形的特點(diǎn)。1各晶粒變形的不同時(shí)性。不同時(shí)性是由多晶體的各個(gè)晶粒位向不同引起的。2各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)

4、性。晶粒之間的連續(xù)性決定，還要求每個(gè)晶粒進(jìn)行多系滑移；每 個(gè)晶粒至少要求有 5 個(gè)獨(dú)立的滑移系啟動(dòng)才能保證。3晶粒與晶粒之間和晶粒部與晶界附近區(qū)域之間的變形的不均勻性。Add：4滑移的傳遞，必須激發(fā)相鄰晶粒的位錯(cuò)源。5多晶體的變形抗力比單晶體大，變形更不均勻。6塑性變形時(shí)，導(dǎo)致一些物理，化學(xué)性能的變化。7時(shí)間性。 hcp 系的多晶體金屬與單晶體比擬，前者具有明顯的晶界阻滯效應(yīng)和極高的加 工硬化率，而在立方晶系金屬中，多晶和單晶試樣的應(yīng)力 應(yīng)變曲線就沒(méi)有那么大的差異。4. 試分析晶粒大小對(duì)金屬塑性和變形抗力的影響。 晶粒越細(xì)， 變形抗力越大。 晶粒的大小決定位錯(cuò)塞積群應(yīng)力場(chǎng)到晶位錯(cuò)源的距離， 而

5、這個(gè) 距離又影響位錯(cuò)的數(shù)目 n。晶粒越大，這個(gè)距離就越大，位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng)，n也就越大。 n 越大，應(yīng)力場(chǎng)就越強(qiáng)，滑移就越容易從一個(gè)晶粒轉(zhuǎn)移到另一個(gè)晶粒。 晶粒越細(xì)小，金屬的塑性就越好。a. 定體積，晶粒越細(xì)，晶粒數(shù)目越多，塑性變形時(shí)位向有利的晶粒也越多，變形能較均 勻的分散到各個(gè)晶粒上；b. 從每個(gè)晶粒的應(yīng)力分布來(lái)看，細(xì)晶粒是晶界的影響區(qū)域相對(duì)加大，使得晶粒心部的應(yīng)變 與晶界處的應(yīng)變差異減小。 這種不均勻性減小了， 應(yīng)力的分布較均勻， 因而金屬斷裂前能承 受的塑性變形量就更大。5. 什么叫加工硬化？產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化對(duì)塑性加工生產(chǎn)有何利弊？加工硬化 隨著金屬變形程度的增加

6、，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性降低的現(xiàn)象。加工硬化的成因與位錯(cuò)的交互作用有關(guān)。 隨著塑性變形的進(jìn)行， 位錯(cuò)密度不斷增加， 位錯(cuò)反響 和相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生固定割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙， 以致形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，使位錯(cuò)難以 越過(guò)這些障礙而被限制在一定圍運(yùn)動(dòng)。這樣， 要是金屬繼續(xù)變形， 就需要不斷增加外力，才 能克服位錯(cuò)間強(qiáng)大的交互作用力。加工硬化對(duì)塑性加工生產(chǎn)的利弊：有利的一面： 可作為一種強(qiáng)化金屬的手段， 一些不能用熱處理方法強(qiáng)化的金屬材料， 可應(yīng)用 加工硬化的方法來(lái)強(qiáng)化，以提高金屬的承載能力。如大型發(fā)電機(jī)上的護(hù)環(huán)零件多用高錳奧氏體無(wú)磁鋼鍛制 。不利的一面： 由于加工硬化后， 金屬的屈服強(qiáng)度提高，

7、 要求進(jìn)行塑性加工的設(shè)備能力增加； 由于塑性的下降， 使得金屬繼續(xù)塑性變形困難， 所以不得不增加中間退火工藝， 從而降低 了生產(chǎn)率，提高了生產(chǎn)本錢(qián)。6. 什么是動(dòng)態(tài)回復(fù)？為什么說(shuō)動(dòng)態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機(jī)制？ 動(dòng)態(tài)回復(fù)是在熱塑性變形過(guò)程中發(fā)生的回復(fù)自發(fā)地向自由能低的方向轉(zhuǎn)變的過(guò)程。動(dòng)態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機(jī)制，是因?yàn)椋?動(dòng)態(tài)回復(fù)是高層錯(cuò)能金屬熱變形過(guò)程中唯一的軟化機(jī)制。 動(dòng)態(tài)回復(fù)是主要是通過(guò)位錯(cuò)的攀 移、交滑移等實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于層錯(cuò)能高的金屬，變形時(shí)擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度窄，集束容易，位錯(cuò)的 交滑移和攀移容易進(jìn)行， 位錯(cuò)容易在滑移面間轉(zhuǎn)移， 而使異號(hào)位錯(cuò)相互抵消， 結(jié)果使位錯(cuò)密因?yàn)檫@類(lèi)金屬在熱

8、塑性變形過(guò)也只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)， 而不發(fā)生但也隨時(shí)在進(jìn)行， 畸變能也隨時(shí)度下降， 畸變能降低， 缺乏以到達(dá)動(dòng)態(tài)結(jié)晶所需的能量水平。 程中， 即使變形程度很大，變形溫度遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度， 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。畸變能差才能積 在低層錯(cuò)能的金屬熱變形過(guò)程中， 動(dòng)態(tài)回復(fù)雖然不充分， 在釋放， 因而只有當(dāng)變形程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜態(tài)回復(fù)所需要的臨界變形程度時(shí)， 累到再結(jié)晶所需的水平，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶才能啟動(dòng)，否那么也只能發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。Add :動(dòng)態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯(cuò)能較低的金屬，且當(dāng)熱加工變形量很大時(shí)。這是因?yàn)閷渝e(cuò)能低， 其擴(kuò)展位錯(cuò)寬度就大，集束成特征位錯(cuò)困難，不易進(jìn)行位錯(cuò)的交滑移和攀移；而 動(dòng)態(tài)回復(fù)主要是通過(guò)位錯(cuò)的交滑移

9、和攀移來(lái)完成的， 這就意味著這類(lèi)材料動(dòng)態(tài)回復(fù)的速率和 程度都很低 應(yīng)該說(shuō)缺乏 ，材料中的一些局部區(qū)域會(huì)積累足夠高的位錯(cuò)密度差 畸變能差 ， 且由于動(dòng)態(tài)回復(fù)的不充分， 所形成的胞狀亞組織的尺寸小、 邊界不規(guī)整， 胞壁還有較多的位 錯(cuò)纏結(jié)，這種不完整的亞組織正好有利于再結(jié)晶形核， 所有這些都有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。 需要更大的變形量上面已經(jīng)提到了。7. 什么是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶？影響動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的主要因素有哪些？動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過(guò) 程中發(fā)生的再結(jié)晶。 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶根本一樣， 也會(huì)是通過(guò)形核與長(zhǎng)大來(lái)完成， 其 機(jī)理也是大角度晶界 或亞晶界 想高位錯(cuò)密度區(qū)域的遷移。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力除了與金屬的

10、層錯(cuò)能上下層錯(cuò)能越低，熱加工變形量很大時(shí)，容易出現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 有關(guān)外，還與晶界的遷移難易有關(guān)。金屬越存，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力越強(qiáng)。 當(dāng)溶質(zhì)原子固溶于金屬基體中時(shí)，會(huì)嚴(yán)重阻礙晶界的遷移、從而減慢動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的德速率。 彌散的第二相粒子能阻礙晶界的移動(dòng)，所以會(huì)遏制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行。9. 鋼錠經(jīng)過(guò)熱加工變形后其組織和性能發(fā)生了什么變化？參見(jiàn) P27-31 改善晶粒組織鍛合部缺陷破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布形成纖 維組織改善偏析10. 冷變形金屬和熱變形金屬的纖維組織有何不同？ 冷變形中的纖維組織：軋制變形時(shí)， 原來(lái)等軸的晶粒沿延伸方向伸長(zhǎng)。 假設(shè)變形程度很大，那么 晶粒呈現(xiàn)為一片纖維狀的

11、條紋， 稱(chēng)為纖維組織。 當(dāng)金屬中有夾雜或第二相是， 那么它們會(huì)沿變 形方向拉成細(xì)帶狀 對(duì)塑性雜質(zhì)而言 或粉碎成鏈狀 對(duì)脆性雜質(zhì)而言 ，這時(shí)在光學(xué)顯微鏡下 會(huì)很難分辨出晶粒和雜質(zhì)。 在熱塑性變形過(guò)程中， 隨著變形程度的增大， 鋼錠部粗大的樹(shù)枝 狀晶逐漸沿主變形方向伸長(zhǎng)， 與此同時(shí)， 晶間富集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主 變形方向一致，其中脆性?shī)A雜物如氧化物，氮化物和局部硅酸鹽等 被破碎呈鏈狀分布；而醒夾雜物 如硫化物和多數(shù)硅酸鹽等 那么被拉長(zhǎng)呈條狀、線狀或薄片狀。于是在磨面腐蝕的試 樣上便可以看到順主變形方向上一條條斷斷續(xù)續(xù)的細(xì)線，稱(chēng)為 “流線 ，具有流線的組織就 稱(chēng)為 “纖維組織 。在

12、熱塑性加工中，由于再結(jié)晶的結(jié)果，被拉長(zhǎng)的晶粒變成細(xì)小的等軸晶， 而纖維組織卻被很穩(wěn)定的保存下來(lái)直至室溫。 所以與冷變形時(shí)由于晶粒被拉長(zhǎng)而形成的纖維 組織是不同的。12.什么是細(xì)晶超塑性？什么是相變超塑性？ 細(xì)晶超塑性它是在一定的恒溫下， 在應(yīng)變速率和晶粒度都滿(mǎn)足要求的條件下所呈現(xiàn)的超塑 性。具體地說(shuō)，材料的晶粒必須超細(xì)化和等軸化，并在在成形期間保持穩(wěn)定。 相變超塑性要求具有相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 在一定的外力作用下， 使金屬或合金在相變溫 度附近反復(fù)加熱和冷卻， 經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后， 就可以獲得很大的伸長(zhǎng)率。 相變超塑性的 主要控制因素是溫度幅度和溫度循環(huán)率。15. 什么是塑性？什么是塑性指標(biāo)

13、？為什么說(shuō)塑性指標(biāo)只具有相對(duì)意義?塑性是指金屬在外力作用下， 能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力， 它是金屬的 一種重要的加工性能。塑性指標(biāo)，是為了衡量金屬材料塑性的好壞而采用的某些試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)量上的指標(biāo)。 常用的試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。由于各種試驗(yàn)方法都是相對(duì)于其特定的受力狀態(tài)和變形條件的，由此所測(cè)定的塑性指標(biāo)或成形性能指標(biāo) ，僅具有相對(duì)的和比擬的意義。它們說(shuō)明，在某種受力狀況和變形條件下， 哪種金屬的塑性高，哪種金屬的塑性低；或者對(duì)于同一種金屬，在那種變形條件下塑性高， 而在哪種變形條件下塑性低。16. 舉例說(shuō)明雜質(zhì)元素和合金元素對(duì)鋼的塑性的影響。P41-44 碳：

14、固溶于鐵時(shí)形成鐵素體和奧氏體，具有良好的塑性。多余的碳與鐵形成滲碳體Fe 3C,大大降低塑性； 磷：一般來(lái)說(shuō)，磷是鋼中的有害雜質(zhì)，它在鐵中有相當(dāng)大的溶解度，使鋼的強(qiáng)度、硬度提 高，而塑性、韌性降低，在冷變形時(shí)影響更為嚴(yán)重，此稱(chēng)為冷脆性。 硫：形成共晶體時(shí)熔點(diǎn)降得很低 側(cè)如FeS的熔點(diǎn)為1190 C,而Fe-FeS的熔點(diǎn)為985 C 。 這些硫化物和共晶體，通常分布在晶界上，會(huì)引起熱脆性。 氮：當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小 0.002%0.015%時(shí)，對(duì)鋼的塑性無(wú)明顯的影響；但隨著氮化物的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的塑性降降低，導(dǎo)致鋼變脆。如氮在a鐵中的溶解度在高溫和低溫時(shí)相差很大，當(dāng)含氮量較高的鋼從高溫快速冷卻

15、到低溫時(shí)，a鐵被過(guò)飽和，隨后在室溫或稍高溫度下，氮逐漸以 Fe 4N 形式析出，使鋼的塑性、韌性大為降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效脆性。 假設(shè)在300C左右加工時(shí)，那么會(huì)出現(xiàn)所謂蘭脆現(xiàn)象。 氫：氫脆和白點(diǎn)。 氧：形成氧化物，還會(huì)和其他夾雜物如FeS易熔共晶體FeS-FeO,熔點(diǎn)為910C 分布于晶界處，造成鋼的熱脆性。合金元素的影響：形成固溶體；形成硬而脆的碳化物；17. 試分析單相與多相組織、細(xì)晶與粗晶組織、鍛造組織與鑄造組織對(duì)金屬塑性的影響。 相組成的影響：?jiǎn)蜗嘟M織 純金屬或固溶體比多相組織塑性好。多相組織由于各相性能不同,變形難易程度不同, 導(dǎo)致變形和應(yīng)力的不均勻分布, 因而塑性降低。如碳鋼在高

16、溫時(shí)為 奧氏體單相組織，故塑性好，而在800 C左右時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和鐵素體兩相組織，塑性就明顯下降。另外多相組織中的脆性相也會(huì)使其塑性大為降低。 晶粒度的影響：晶粒越細(xì)小，金屬的塑性也越好。因?yàn)樵谝欢ǖ捏w積，細(xì)晶粒金屬的晶粒數(shù)目比粗晶粒金屬的多, 因而塑性變形時(shí)位向有利的晶粒也較多, 變形能較均勻地分散到各 個(gè)晶粒上； 又從每個(gè)晶粒的應(yīng)力分布來(lái)看, 細(xì)晶粒時(shí)晶界的影響局域相對(duì)加大, 使得晶粒心 部的應(yīng)變與晶界處的應(yīng)變差異減小。 由于細(xì)晶粒金屬的變形不均勻性較小, 由此引起的應(yīng)力 集中必然也較小,應(yīng)力分布較均勻,因而金屬在斷裂前可承受的塑性變形量就越大。 鍛造組織要比鑄造組織的塑性好。鑄造組織

17、由于具有粗大的柱狀晶和偏析、夾雜、氣泡、 疏松等缺陷, 故使金屬塑性降低。 而通過(guò)適當(dāng)?shù)腻懺旌? 會(huì)打碎粗大的柱狀晶粒獲得細(xì)晶組 織,使得金屬的塑性提高。18. 變形溫度對(duì)金屬塑性的影響的根本規(guī)律是什么？就大多數(shù)金屬而言, 其總體趨勢(shì)是： 隨著溫度的升高,塑性增加, 但是這種增加并不是簡(jiǎn)單 的線性上升； 在加熱過(guò)程中的某些溫度區(qū)間, 往往由于相態(tài)或晶粒邊界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆 性區(qū), 使金屬的塑性降低。在一般情況下,溫度由絕對(duì)零度上升到熔點(diǎn)時(shí),可能出現(xiàn)幾個(gè)脆性區(qū)，包括低溫的、中溫的和高溫的脆性區(qū)。以下圖是以碳鋼為例：區(qū)域I,塑性極低一可能是由與原子熱振動(dòng)能力極低所致，也可能與晶界組成物脆化有關(guān)；

18、區(qū)域n,稱(chēng)為藍(lán)脆區(qū)斷口呈藍(lán)色 ,一般認(rèn)為是氮化物、氧化物以沉淀形式在晶界、滑移面上析出 所致，類(lèi)似于時(shí)效硬化。區(qū)域川，這和珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，形成鐵素體和奧氏體兩相共存有關(guān)，也可能還與晶界上出現(xiàn)FeS-FeO低熔共晶有關(guān)，為熱脆區(qū)。19. 什么是溫度效應(yīng)？冷變形和熱變形時(shí)變形速度對(duì)塑性的影響有何不同？溫度效應(yīng)：由于塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生的熱量使變形體溫度升高的現(xiàn)象。熱效應(yīng)：塑性變形時(shí)金屬所吸收的能量,絕大局部都轉(zhuǎn)化成熱能的現(xiàn)象一般來(lái)說(shuō),冷變形時(shí),隨著應(yīng)變速率的增加,開(kāi)始時(shí)塑性略有下降, 以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng),塑性會(huì)有較大的上升； 而熱變形 時(shí),隨著應(yīng)變速率的增加,開(kāi)始時(shí)塑性通常會(huì)有較顯著的降低,

19、以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng), 而使塑性有所上升, 但假設(shè)此時(shí)溫度效應(yīng)過(guò)大, 實(shí)際變形溫度有塑性區(qū)進(jìn)入高溫脆區(qū), 那么 金屬的塑性又急速下降。第三章2. 表達(dá)以下術(shù)語(yǔ)的定義或含義： 量：由假設(shè)干個(gè)當(dāng)坐標(biāo)系改變時(shí)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)換關(guān)系的分量所組成的集合稱(chēng)為量； 應(yīng)力量：表示點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的九個(gè)分量構(gòu)成一個(gè)二階量，稱(chēng)為應(yīng)力量； bT t .x xy xz 應(yīng)力量不變量：一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 主應(yīng)力：在某一斜微分面上的全應(yīng)力 S和正應(yīng)力b重合，而切應(yīng)力t =0這種切應(yīng)力為 零 的微分面稱(chēng)為主平面,主平面上的正應(yīng)力叫做主應(yīng)力； 主切應(yīng)力： 切應(yīng)力到達(dá)極值的平面稱(chēng)為主切應(yīng)力平面, 其面上作用的切應(yīng)力稱(chēng)為主切應(yīng)力； 最大切應(yīng)力：

20、三個(gè)主切應(yīng)力中絕對(duì)值最大的一個(gè)， 也就是一點(diǎn)所有方位切面上切應(yīng)力最大的，叫做最大切應(yīng)力 t max 主應(yīng)力簡(jiǎn)圖：只用主應(yīng)力的個(gè)數(shù)及符號(hào)來(lái)描述一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的簡(jiǎn)圖稱(chēng)為主應(yīng)力圖： 八面體應(yīng)力： 在主軸坐標(biāo)系空間八個(gè)象限中的等傾微分面構(gòu)成一個(gè)正八面體，正八面體的每個(gè)平面稱(chēng)為八面體平面，八面體平面上的應(yīng)力稱(chēng)為八面體應(yīng)力； 等效應(yīng)力：取八面體切應(yīng)力絕對(duì)值的3倍所得之參量稱(chēng)為等效應(yīng)力 平面應(yīng)力狀態(tài)： 變形體與某方向垂直的平面上無(wú)應(yīng)力存在， 并所有應(yīng)力分量與該方向軸無(wú) 關(guān)，那么這種應(yīng)力狀態(tài)即為平面應(yīng)力狀。實(shí)例：薄壁扭轉(zhuǎn)、薄壁容器承受壓、板料成型的一些 工序等，由于厚度方向應(yīng)力相對(duì)很小而可以忽略，一般作平面應(yīng)力

21、狀態(tài)來(lái)處理11平面應(yīng)變狀態(tài)：如果物體所有質(zhì)點(diǎn)在同一坐標(biāo)平面發(fā)生變形，而在該平面的法線方向沒(méi) 有變形，這種變形稱(chēng)為平面變形，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)為平面應(yīng)變狀態(tài)。實(shí)例：軋制板、帶材， 平面變形擠壓和拉拔等。12軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力狀態(tài)：當(dāng)旋轉(zhuǎn)體承受的外力為對(duì)稱(chēng)于旋轉(zhuǎn)軸的分布力而且沒(méi)有軸向力時(shí)，那么 物體的質(zhì)點(diǎn)就處于軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力狀態(tài)。 實(shí)例： 圓柱體平砧均勻鐓粗、 錐孔模均勻擠壓和拉拔 有 徑向正應(yīng)力等于周向正應(yīng)力 。3. 量有哪些根本性質(zhì)？ 存在量不變量量可以疊加和分解量可分對(duì)稱(chēng)量和非對(duì)稱(chēng)量二階對(duì)稱(chēng)量存在三個(gè)主 軸和三個(gè)主值4. 試說(shuō)明應(yīng)力偏量和應(yīng)力球量的物理意義。應(yīng)力偏量只能產(chǎn)生形狀變化， 而不能使物體產(chǎn)生體積變

22、化， 材料的塑性變形是由應(yīng)力偏量引 起的；應(yīng)力球量不能使物體產(chǎn)生形狀變化塑性變形 ，而只能使物體產(chǎn)生體積變化。12. 表達(dá)以下術(shù)語(yǔ)的定義或含義1位移：變形體任一點(diǎn)變形前后的直線距離稱(chēng)為位移；2位移分量：位移是一個(gè)矢量，在坐標(biāo)系中，一點(diǎn)的位移矢量在三個(gè)坐標(biāo)軸上的投影稱(chēng)為改點(diǎn)的位移分量，一般用u、v、w 或角標(biāo)符號(hào) ui 來(lái)表示；3相對(duì)線應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的線變形，只考慮最終變形；4工程切應(yīng)變： 將單位長(zhǎng)度上的偏移量或兩棱邊所夾直角的變化量稱(chēng)為相對(duì)切應(yīng)變，也稱(chēng)工程切應(yīng)變，即S rt = tan $ xy = $ xy = a yx直角xy CPA減小時(shí)，$ xy取正號(hào)，增大時(shí)取負(fù)號(hào);5切應(yīng)變：定義

23、丫 yx = y xy= 1為切應(yīng)變；26對(duì)數(shù)應(yīng)變：塑性變形過(guò)程中，在應(yīng)變主軸方向保持不變的情況下應(yīng)變?cè)隽康目偤停洖樗?反映了物體變形的實(shí)際情況，故稱(chēng)為自然應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變；7主應(yīng)變：過(guò)變形體一點(diǎn)存在有三個(gè)相互垂直的應(yīng)變方向稱(chēng)為應(yīng)變主軸 ，該方向上線元沒(méi)有切應(yīng)變，只有線應(yīng)變，稱(chēng)為主應(yīng)變，用£1 £2 £ 3表示。對(duì)于各向同性材料，可以認(rèn)為小應(yīng)變主方向與應(yīng)力方向重合；8主切應(yīng)變：在與應(yīng)變主方向成 ±45 °角的方向上存在三對(duì)各自相互垂直的線元，它們的切 應(yīng)變有極值，稱(chēng)為主切應(yīng)變；9最大切應(yīng)變：三對(duì)主切應(yīng)變中，絕對(duì)值最大的成為最大切應(yīng)變；10應(yīng)變量

24、不變量：11主應(yīng)變簡(jiǎn)圖：用主應(yīng)變的個(gè)數(shù)和符號(hào)來(lái)表示應(yīng)變狀態(tài)的簡(jiǎn)圖；12八面體應(yīng)變：如以三個(gè)應(yīng)變主軸為坐標(biāo)系的主應(yīng)變空間中，同樣可作出正八面體，八面 體平面的法線方向線元的應(yīng)變稱(chēng)為八面體應(yīng)變13應(yīng)變?cè)隽浚寒a(chǎn)生位移增量后，變形體質(zhì)點(diǎn)就有相應(yīng)無(wú)限小的應(yīng)變?cè)隽?，用d £ j來(lái)表示；14應(yīng)變速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間的應(yīng)變稱(chēng)為應(yīng)變速率，俗稱(chēng)變形速度，用& &表示，其單位為 s -1;15位移速度：14. 試說(shuō)明應(yīng)變偏量和應(yīng)變球量的物理意義。應(yīng)變偏量£ ij /-表示變形單元體形狀的變化；應(yīng)變球量S ij s-m-表示變單元體體積的變化；塑性變形時(shí)，根據(jù)體積不變假設(shè)，即£

25、 m = 0故此時(shí)應(yīng)變偏量即為應(yīng)變量15. 塑性變形時(shí)應(yīng)變量和應(yīng)變偏量有何關(guān)系？其原因何在？塑性變形時(shí)應(yīng)變偏量就是應(yīng)變量，這是根據(jù)體積不變假設(shè)得到的，即sm = 0，應(yīng)變球量不存在了。16. 用主應(yīng)變簡(jiǎn)圖表示塑性變形的類(lèi)型有哪些？ 三個(gè)主應(yīng)變中絕對(duì)值最大的主應(yīng)變， 反映了該工序變形的特征， 稱(chēng)為特征應(yīng)變。如用主應(yīng)變 簡(jiǎn)圖來(lái)表示應(yīng)變狀態(tài)，根據(jù)體積不變條件和特征應(yīng)變，那么塑性變形只能有三種變形類(lèi)型 壓縮類(lèi)變形，特征應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變即s 1 0另兩個(gè)應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變， s 2 + s 3 = . ; 1 剪切類(lèi)變形 平面變形 ，一個(gè)應(yīng)變?yōu)榱悖渌麅蓚€(gè)應(yīng)變大小相等，方向相反，s2=0，s1= . s；3 伸長(zhǎng)

26、類(lèi)變形，特征應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，另兩個(gè)應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變，s1= . s 2。s 317. 對(duì)數(shù)應(yīng)變有何特點(diǎn)？它與相對(duì)線應(yīng)變有何關(guān)系？ 對(duì)數(shù)應(yīng)變能真實(shí)地反映變形的積累過(guò)程，所以也稱(chēng)真實(shí)應(yīng)變，簡(jiǎn)稱(chēng)真應(yīng)變。它具有如下 特點(diǎn)： 對(duì)數(shù)應(yīng)變有可加性，而相對(duì)應(yīng)變?yōu)椴豢杉討?yīng)變； 對(duì)數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變，相對(duì)應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變； 相對(duì)應(yīng)變不能表示變形的實(shí)際情況，而且變形程度愈大，誤差也愈大。 對(duì)數(shù)應(yīng)變可以看做是由相對(duì)線應(yīng)變?nèi)?duì)數(shù)得到的。21. 表達(dá)以下術(shù)語(yǔ)的定義或含義：I屈服準(zhǔn)那么：在一定的變形條件變形溫度、變形速度等下，只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定關(guān)系時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才開(kāi)始進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系稱(chēng)為屈服準(zhǔn)那么，也稱(chēng)塑性條件，它是描述

27、受 力物體中不同應(yīng)力狀態(tài)下的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入塑性狀態(tài)并使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行所必須遵守的力學(xué)條件；n屈服外表：屈服準(zhǔn)那么的數(shù)學(xué)表達(dá)式在主應(yīng)力空間中的幾何圖形是一個(gè)封閉的空間曲面稱(chēng)為 屈服外表。假設(shè)描述應(yīng)力狀態(tài)的點(diǎn)在屈外表上， 此點(diǎn)開(kāi)始屈服。對(duì)各向同性的理想塑性材料， 那么屈服外表是連續(xù)的，屈服外表不隨塑性流動(dòng)而變化。川屈服軌跡：兩向應(yīng)力狀態(tài)下屈服準(zhǔn)那么的表達(dá)式在主應(yīng)力坐標(biāo)平面上的集合圖形是封閉的曲 線，稱(chēng)為屈服軌跡，也即屈服外表與主應(yīng)力坐標(biāo)平面的交線。22. 常用的屈服準(zhǔn)那么有哪兩個(gè)？如何表述？分別寫(xiě)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。常用的兩個(gè)屈服準(zhǔn)那么是Tresca屈服準(zhǔn)那么和 Mises屈服準(zhǔn)那么，數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為ma

28、x minTresca屈服準(zhǔn)那么：t max =式C中，T max、T min-帶數(shù)值最大、最小的主應(yīng)力；C-與變形條件下的材料性質(zhì)有關(guān)而與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)的常數(shù)，它可通過(guò)單向均勻拉伸試驗(yàn)求的。Tresca屈服準(zhǔn)那么可以表述為：在一定的變形條件下，當(dāng)受力體的一點(diǎn)的最大切應(yīng)力t max達(dá)到某一值時(shí)，該點(diǎn)就進(jìn)入塑性狀體。Mises 屈服 準(zhǔn)那么：d = 1 d 1 . d 2 2 + T 2 .T 32 + T 3 .T 12 = <r s2 = 1 T 2s2zx2yz2xy2xz2zy2yx6dTTTdddd所以 M+ses.+屈服準(zhǔn)那么可以表述為：在一定的變形條件下，當(dāng)受力體一點(diǎn)的等效應(yīng)力

29、d到達(dá)某一定值時(shí)，該點(diǎn)就進(jìn)入塑性狀態(tài)。23. 兩個(gè)屈服準(zhǔn)那么有何差異？在什么狀態(tài)下兩個(gè)屈服準(zhǔn)那么相同？什么狀態(tài)下差異最大？I共同點(diǎn)： 屈服準(zhǔn)那么的表達(dá)式都和坐標(biāo)的選擇無(wú)關(guān)，等式左邊都是不變量的函數(shù)； 三個(gè)主應(yīng)力可以任意置換而不影響屈服，同時(shí)，認(rèn)為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用是一樣的； 各表達(dá)式都和應(yīng)力球量無(wú)關(guān)。不同點(diǎn)：Tresca屈服準(zhǔn)那么沒(méi)有考慮中間應(yīng)力的影響，三個(gè)主應(yīng)力的大小順序不知道時(shí)，使用不方便；而 Mises 屈服準(zhǔn)那么那么考慮了中間應(yīng)力的影響，使用方便。n兩個(gè)屈服準(zhǔn)那么相同的情況在屈服軌跡上兩個(gè)屈服準(zhǔn)那么相交的點(diǎn)表示此時(shí)兩個(gè)屈服準(zhǔn)那么相 同，有六個(gè)點(diǎn)，四個(gè)單向應(yīng)力狀態(tài)，兩個(gè)軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力狀態(tài)。

30、川兩個(gè)屈服準(zhǔn)那么差異最大的情況：在屈服軌跡上連個(gè)屈服準(zhǔn)那么對(duì)應(yīng)距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的情況，此時(shí)二者相差最大，也是六個(gè)點(diǎn)，四個(gè)平面應(yīng)力狀態(tài)也可是平面應(yīng)變狀態(tài) ，兩個(gè)純切應(yīng)力狀態(tài)，相差為 15.5%。28. 表達(dá)以下術(shù)語(yǔ)的定義或含義：1增量理論：又稱(chēng)流動(dòng)理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變?cè)隽炕驊?yīng)變速率之間關(guān)系的理論， 它是針對(duì)加載過(guò)程中的每一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)所確定的該瞬間的應(yīng)變?cè)隽?，這樣就撇開(kāi)了加載歷史的影響；2全量理論：在一定條件下直接確定全量應(yīng)變的理論，也叫形變理論，它是要建立塑性變形 全量應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系。3比例加載：外載荷的各分量按比例增加，即單調(diào)遞增，中途不卸載的加載方式，滿(mǎn)足T

31、i =CT i 0 ；4標(biāo)稱(chēng)應(yīng)力：也稱(chēng)名義應(yīng)力或條件應(yīng)力，是在拉伸機(jī)上拉伸力與原始橫斷面積的比值；5真實(shí)應(yīng)力：也就是瞬時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力， 用單向均勻拉伸或壓縮是各加載瞬間的載荷 P與該 瞬間試樣的橫截面積 A 之比來(lái)表示；6拉伸塑性失穩(wěn)：拉伸過(guò)程中發(fā)生縮頸的現(xiàn)象7硬化材料 ：考慮在塑性變形過(guò)程中因形狀變化而會(huì)發(fā)生加工硬化的材料；8理想彈塑性材料： 在塑性變形時(shí)， 需考慮塑性變形之前的彈性變形， 而不考慮硬化的材料， 也即材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力不在增加可連續(xù)產(chǎn)生塑性變形；9理性剛塑性材料：在研究塑性變形時(shí)，既不考慮彈性變形，又不考慮變形過(guò)程中的加工硬 化的材料；10彈塑性硬化材料：在塑性變形時(shí)，既

32、需要考慮塑性變形前的彈性變形，又要考慮加工硬 化的材料；11剛塑性硬化材料：在研究塑性變形時(shí)，不考慮塑性變形前的彈性變形，但需要考慮變形 過(guò)程中的加工硬化的材料。29. 塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有何特點(diǎn)？為什么說(shuō)塑性變形時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載 歷史有關(guān)？在塑性變形時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn)： 應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系時(shí)非線性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合； 塑性變形時(shí)可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球量為零，泊松比u =0.5 對(duì)于應(yīng)變硬化材料， 卸載后在重新加載時(shí)的屈服應(yīng)力就是卸載時(shí)的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高； 塑性變形時(shí)不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不在保持單值關(guān)

33、系。塑性變形應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)， 可以通過(guò)單向拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線和不同加載路 線的盈利與應(yīng)變圖來(lái)說(shuō)明 P12030. 全量理論使用在什么場(chǎng)合？為什么？全量理論適用在簡(jiǎn)單加載的條件下， 因?yàn)樵诤?jiǎn)單加載下才有應(yīng)力主軸的方向固定不變， 也就 是應(yīng)變?cè)隽康闹鬏S是和應(yīng)力主軸是重合的， 這種條件下對(duì)勞斯方程積分得到全量應(yīng)變和應(yīng)力 之間的關(guān)系，就是全量理論。31. 在一般情況下對(duì)應(yīng)變?cè)隽糠e分是否等于全量應(yīng)變？為什么？在什么情況下這種積分才能 成立？一般情況下是對(duì)應(yīng)變?cè)隽糠e分是不等于全量應(yīng)變的， 因?yàn)橐话闱闆r下塑性變形時(shí)全量應(yīng)變主 軸與與應(yīng)力主軸不一定重合。 在滿(mǎn)足簡(jiǎn)單加載的的條件下， 這種

34、積分才成立。 一般情況下很 難做到比例加載， 但滿(mǎn)足幾個(gè)條件可實(shí)現(xiàn)比例加載。 可參看第三章第五節(jié)中全量理論的局部 容。第五章塑性成形件質(zhì)量的定性分析1. 對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析有何重要意義？對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析， 是檢驗(yàn)成形件的質(zhì)量的一種手段， 能夠?qū)Τ尚渭鞒鲚^為全面 的評(píng)估， 指明成形件能否使用和在使用過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題， 可有效防止不必要的平安事 故和經(jīng)濟(jì)損失。2. 試述對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析的一般過(guò)程即分析方法。一般過(guò)程：調(diào)查原始情況 T弄清質(zhì)量問(wèn)題T試驗(yàn)研究分析 T提出解決措施； 分析方法：低倍組織試驗(yàn)、金相試驗(yàn)及金屬變形金屬變形流動(dòng)分析試驗(yàn)。3. 試分別從力學(xué)和組織方面分

35、析塑性成形件中產(chǎn)生裂紋的原因。 力學(xué)分析：能否產(chǎn)生裂紋，與應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變積累、應(yīng)變速率及溫度等很多因素有關(guān)。其 中應(yīng)力狀態(tài)主要反映力學(xué)的條件。物體在外力的作用下， 其部各點(diǎn)處于一定的應(yīng)力狀態(tài)， 在不同的方位將作用有不同的正應(yīng)力 及切應(yīng)力。材料斷裂 產(chǎn)生裂紋 形式一般有兩種：一是切斷，斷裂面是平行于最大切應(yīng)力或 最大切應(yīng)變方向； 另一種是正斷， 斷裂面垂直于最大正應(yīng)力或正應(yīng)變方向。 塑性成形過(guò)程中， 材料部的應(yīng)力除了由外力引起外， 還有由于變形不均勻而引起的附加應(yīng)力。 由于溫度不均而 引起的溫度應(yīng)力和因組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)進(jìn)行而產(chǎn)生的組織應(yīng)力。這些應(yīng)力超過(guò)極限值時(shí)都會(huì)使材料發(fā)生破壞 產(chǎn)生裂紋 。1由外

36、力直接引起的裂紋； 2由附加應(yīng)力及剩余應(yīng)力引起的裂紋；3由溫度應(yīng)力 熱應(yīng)力 及組織應(yīng)力引起的裂紋。 組織分析： 塑性成形中的裂紋一般發(fā)生在組織不均勻或帶有某些缺陷的材料中，同時(shí)， 金屬的晶界往往是缺陷比擬集中的地方， 因此，塑性成形件中的裂紋一般產(chǎn)生于晶界或相界處。1材料中由冶金和組織缺陷處應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋；2第二相及夾雜物本身的強(qiáng)度低和塑性低而產(chǎn)生裂紋：a 晶界為低熔點(diǎn)物質(zhì)； b 晶界存在脆性的第二相或非金屬夾雜物；c 第二相為強(qiáng)度低于基體的韌性相；3第二相及非金屬夾雜與基體之間的力學(xué)性能和理化性能上有差異而產(chǎn)生裂紋。4. 防止產(chǎn)生裂紋的原那么措施是什么？1增加靜水壓力； 2選擇和控制適宜

37、的變形溫度和變形速度；3采用中間退火，以便消除變形過(guò)程中產(chǎn)生的硬化、變形不均勻、剩余應(yīng)力等；4提高原材料的質(zhì)量。5. 什么是鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度和鋼的奧氏體實(shí)際晶粒度？鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度是將鋼加熱到930C，保溫一段時(shí)間一般38h，冷卻后在室溫下放大 100 倍觀察到的晶粒大小。鋼的本領(lǐng)晶粒度一般反映鋼的冶金質(zhì)量，它表征鋼的工藝 特性；鋼的奧氏體實(shí)際晶粒度是指鋼加熱到某一溫度下獲得奧氏體晶粒大小。奧氏體實(shí)際晶粒度那么影響零件的使用性能。6. 晶粒大小對(duì)材料的力學(xué)性能有何影響？一般情況下，晶粒細(xì)化可以提高金屬材料的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。7. 影響晶粒大小的主

38、要因素有哪些？這些因素是如何影響晶粒大小的？ 對(duì)于熱加工過(guò)程來(lái)說(shuō)， 變形溫度、 變形程度和機(jī)械阻礙物是影響形核速度和長(zhǎng)大速度的三個(gè) 根本參數(shù)。下面討論這三個(gè)根本參數(shù)對(duì)晶粒大小的影響。1加熱溫度 包括塑性變形前的加熱溫度和固溶處理時(shí)的加熱溫度溫度對(duì)原子的擴(kuò)散能力有重要影響。隨著溫度的升高，原子特別是晶界原子 的移動(dòng)、擴(kuò)散能力不斷增強(qiáng)，晶粒之間并吞速度加劇， 晶粒的這種長(zhǎng)大可以在很短的時(shí)間完成。 所以晶粒隨溫度升高而長(zhǎng)大是一種 必然現(xiàn)象。2變形程度：熱變形的晶粒大小與變形程度之間的關(guān)系和5-17 相似。第一個(gè)大晶粒區(qū)，叫臨界變形區(qū)。臨界變形區(qū)是屬于一種小變形量圍。 因?yàn)槠渥冃瘟啃?，?屬部只是局部地區(qū)受到變形。 在再結(jié)晶時(shí)， 這些受到變形的局部地區(qū)會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶核心， 由 于產(chǎn)生的核心數(shù)目不多， 這些為數(shù)不多的核心將不斷長(zhǎng)大直到它們互相接觸， 結(jié)果獲得了粗 大晶粒。 當(dāng)變形量大于臨界變形程度時(shí)， 金屬部均產(chǎn)生