(2)金屬塑性變形宏觀規(guī)律與微觀機(jī)制

1、3. 1 塑性流動(dòng)規(guī)律（最小阻力定律） 3. 2 影響金屬塑性流動(dòng)和變形的因素3. 3 不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力 3. 4 金屬塑性加工諸方法的應(yīng)力與變形特點(diǎn)3. 5 塑性加工過(guò)程的斷裂與可加工性 概念：最小阻力定律最小周邊法則實(shí)際應(yīng)用分析 變形過(guò)程中，物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)。即做最少的功，走最短的路。 圖圖3-1 開式模鍛的金屬流動(dòng)開式模鍛的金屬流動(dòng) 圖圖3-2 最小周邊法則最小周邊法則圖圖3-3 3-3 正方形斷面變形模式正方形斷面變形模式 （a）（b）B-B剖面（c）圖圖3-4 3-4 拔長(zhǎng)坯料的變形模式拔長(zhǎng)坯料的變形模式 圖3-5 不同寬度坯料軋制時(shí) 寬展情況 圖3-

2、6 軌輥直徑不同時(shí) 軋件變形區(qū) 縱橫方向阻力圖 （DD，B2B2） 3. 2. 1 摩擦的影響 3. 2. 2 變形區(qū)的幾何因素的影響3. 2. 3 工具的形狀和坯料形狀的影響 3. 2. 4 外端的影響3. 2. 5 變形溫度的影響 3. 2. 6 金屬性質(zhì)不均的影響 摩擦影響的實(shí)質(zhì)摩擦影響的實(shí)質(zhì)：由于摩擦力的作用，在一定程度上改變了金屬的流動(dòng)特性并使應(yīng)力分布受到影響。 圖3-7 圓柱體鐓粗時(shí)摩擦力 對(duì)變形及應(yīng)力分布影響 圖3-8 用塑料鐓粗時(shí) 單位壓力分布圖 圖3-9 圓環(huán)鐓粗的金屬流動(dòng) a)變形前 b) 摩擦系數(shù)很小或?yàn)榱?c) 有摩擦 變形區(qū)的幾何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影

3、響變形和應(yīng)力分布很重要的因素。 圖3-10 鋼球壓縮時(shí)的流線 圖3-11 受塑壓時(shí)物體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn) 滑移變形的近似模型 圖3-12 h2 為各種數(shù)值時(shí)的情況 工具（或坯料）形狀是影響金屬塑性流動(dòng)方向的重要因素。工具與金屬形狀的差異，是造成金屬沿各個(gè)方向流動(dòng)的阻力有差異，因而金屬向各個(gè)方向的流動(dòng)（即變形量）也有相應(yīng)差別。 圖3-13 型鉆中拔長(zhǎng) 圖3-14 沿孔型寬度上延伸分布圖 a) 圓型砧 b) V型砧 c) 凸型砧 外端（未變形的金屬）對(duì)變形區(qū)金屬的影響主要是阻礙變形區(qū)金屬流動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生或加劇附加的應(yīng)力和應(yīng)變。 圖3-15 拔長(zhǎng)時(shí)外端的影響 （a）（b） 圖3-16 開式?jīng)_孔時(shí)的“拉縮” 圖3

4、-17 彎曲變形對(duì)外端的影響 變形物體的溫度不均勻，會(huì)造成金屬各部分變形和流動(dòng)的差異。變形首先發(fā)生在那些變形抗力最小的部分。一般，在同一變形物體中高溫部分的變形抗力低，低溫部分的變形抗力 高。 圖3-18 鋁鋼雙金屬軋制時(shí)由不 均勻變形產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象1鋁；2鋼 變形金屬中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、夾雜物、相的形態(tài)等分布不均會(huì)造成金屬各部分的變形和流動(dòng)的差異。 3. 3. 1 均勻變形與不均勻變形 3. 3. 2 研究變形分布的方法 3. 3. 3 基本應(yīng)力與附加應(yīng)力 3. 3. 4 殘余應(yīng)力 若變形區(qū)內(nèi)金屬各質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)相同，即它們相應(yīng)的各個(gè)軸向上變形的發(fā)生情況，發(fā)展方向及應(yīng)變量的大小都相同，這

5、個(gè)體積的變形可視為均勻的。 不均勻變形實(shí)質(zhì)上是由金屬質(zhì)點(diǎn)的不均勻流動(dòng)引起的。因此，凡是影響金屬塑性流動(dòng)的因素，都會(huì)對(duì)不均勻變形產(chǎn)生影響。 金屬塑性加工中，研究變形物體內(nèi)變形分布（即金屬流動(dòng)）的方法很多。 常用的方法有：網(wǎng)格法；硬度法 ；比較晶粒法。圖3-19 各種不同變形程度下鐓粗圓柱體的不均勻變形 圖3-20 冷鐓粗鋁合金后垂直斷面上洛氏硬度變化 金屬變形時(shí)體內(nèi)變形分布不均勻，不但使物體外形歪扭和內(nèi)部組織不均勻，而且還使變形體內(nèi)應(yīng)力分布不均勻。此時(shí)，除基本應(yīng)力外還產(chǎn)生附加應(yīng)力。附加應(yīng)力是物體不均勻變形受到其整體性限制，而引起物體內(nèi)相互平衡的應(yīng)力。 圖3-21 在凸形軋輥上軋制矩形坯產(chǎn)生的附加

6、應(yīng)力la若邊緣部分自成一體時(shí)軋制后的可能長(zhǎng)度 lb若中間部分自成一體時(shí)軋制后的可能長(zhǎng)度l 整個(gè)軋制后的實(shí)際長(zhǎng)度l圖3-22 相鄰晶粒的變形圖3-23 擠壓時(shí)金屬流動(dòng)（a）及縱向應(yīng)力分布（b）、（c），其中（c）為摩擦很大時(shí)應(yīng)力分布；（一）基本應(yīng)力；（）附加應(yīng)力；（-）工作應(yīng)力假想應(yīng)力，9.8 N/mm2 1820圖3-24 拉伸實(shí)驗(yàn)曲線 1）帶缺口試樣=2% 2）未帶缺口試樣=35% 變形程度應(yīng)力sbsn圖3-25 拉伸時(shí)真應(yīng)力與變形程度的關(guān)系1)無(wú)缺口試樣拉伸時(shí)的真應(yīng)力的曲線2）有缺口樣拉伸的真應(yīng)力曲線附加應(yīng)力分為三種：附加應(yīng)力分為三種：第一類附加應(yīng)力第一類附加應(yīng)力: :在整個(gè)變形區(qū)內(nèi)的幾個(gè)

7、區(qū)域之間的在整個(gè)變形區(qū)內(nèi)的幾個(gè)區(qū)域之間的不均勻變形所引起的彼此平衡的附加應(yīng)力。不均勻變形所引起的彼此平衡的附加應(yīng)力。第二類附加應(yīng)力第二類附加應(yīng)力: :在晶粒之間的不均勻變形所引起的在晶粒之間的不均勻變形所引起的附加應(yīng)力。如相鄰晶粒由于位向不同引起變形大小的附加應(yīng)力。如相鄰晶粒由于位向不同引起變形大小的不同，便會(huì)產(chǎn)生互相平衡的第二類附加應(yīng)力。不同，便會(huì)產(chǎn)生互相平衡的第二類附加應(yīng)力。第三類附加應(yīng)力第三類附加應(yīng)力: :在晶粒內(nèi)部滑移面附近或滑移帶中在晶粒內(nèi)部滑移面附近或滑移帶中由各部分變形不均勻而引起的附加應(yīng)力。由各部分變形不均勻而引起的附加應(yīng)力。附加應(yīng)力的特點(diǎn)：附加應(yīng)力的特點(diǎn)：附加應(yīng)力是變形體為保

8、持自身的附加應(yīng)力是變形體為保持自身的完整和連續(xù)，約束不均勻變形而產(chǎn)生的內(nèi)力。就是說(shuō)，附完整和連續(xù)，約束不均勻變形而產(chǎn)生的內(nèi)力。就是說(shuō)，附加應(yīng)力是由不均勻變形所引起的，但同時(shí)它又限制不均勻加應(yīng)力是由不均勻變形所引起的，但同時(shí)它又限制不均勻變形的自由發(fā)展。此外，附加應(yīng)力是互相平衡，成對(duì)出現(xiàn)變形的自由發(fā)展。此外，附加應(yīng)力是互相平衡，成對(duì)出現(xiàn)的，當(dāng)一處受附加壓應(yīng)力時(shí)，另一處必受附加拉應(yīng)力。的，當(dāng)一處受附加壓應(yīng)力時(shí)，另一處必受附加拉應(yīng)力。金金屬塑性變形的屬塑性變形的附加應(yīng)力定律附加應(yīng)力定律。 不均勻變形引起附加應(yīng)力，對(duì)金屬的塑性不均勻變形引起附加應(yīng)力，對(duì)金屬的塑性變形造成許多不良后果：變形造成許多不良后

9、果： （1）引起變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布更不均勻。）引起變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布更不均勻。（2 2）造成物體的破壞。）造成物體的破壞。 （3 3）使材料變形抗力提高和塑性降低。）使材料變形抗力提高和塑性降低。（4 4）使產(chǎn)品質(zhì)量降低。）使產(chǎn)品質(zhì)量降低。 （5 5）使生產(chǎn)操作復(fù)雜化。）使生產(chǎn)操作復(fù)雜化。 （6 6）形成殘余應(yīng)力。）形成殘余應(yīng)力。 克服或減輕變形及應(yīng)力不均的措施：克服或減輕變形及應(yīng)力不均的措施： （1）正確選定變形的溫度）正確選定變形的溫度-速度制度。速度制度。（2 2）盡量減小接觸面上外摩擦的有害影響。）盡量減小接觸面上外摩擦的有害影響。（3 3）合理設(shè)計(jì)

10、加工工具形狀。）合理設(shè)計(jì)加工工具形狀。 （4 4）盡可能保證變形金屬的成分及組織均勻。）盡可能保證變形金屬的成分及組織均勻。 1殘余應(yīng)力的來(lái)源 2工藝條件對(duì)殘余應(yīng)力的影響 3殘余應(yīng)力所引起的后果 4減小或消除殘余應(yīng)力的措施 5研究殘余應(yīng)力的主要方法 1 1殘余應(yīng)力的來(lái)源殘余應(yīng)力的來(lái)源 不均勻塑性變形產(chǎn)生的附加應(yīng)力。不均勻塑性變形產(chǎn)生的附加應(yīng)力。不均勻加熱、冷卻（熱處理）過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力。不均勻加熱、冷卻（熱處理）過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 殘余應(yīng)力的種類：殘余應(yīng)力的種類：（a）第一類殘余應(yīng)力，又稱宏觀應(yīng)力。它在物體全部或部分范圍內(nèi)平衡。）第一類殘余應(yīng)力，又稱宏觀應(yīng)力。它在物體全部或部分范圍內(nèi)平衡。（b

11、）第二類殘余應(yīng)力，又稱顯微應(yīng)力。它在各相組成物或各晶粒之間平衡。）第二類殘余應(yīng)力，又稱顯微應(yīng)力。它在各相組成物或各晶粒之間平衡。（c）第三類殘余應(yīng)力，又稱超顯微應(yīng)力。它常存在于金屬點(diǎn)陣內(nèi)部，例如位錯(cuò)）第三類殘余應(yīng)力，又稱超顯微應(yīng)力。它常存在于金屬點(diǎn)陣內(nèi)部，例如位錯(cuò)與溶質(zhì)原子交互作用引起的應(yīng)力場(chǎng)等。與溶質(zhì)原子交互作用引起的應(yīng)力場(chǎng)等。2 2工藝條件對(duì)殘余應(yīng)力的影響工藝條件對(duì)殘余應(yīng)力的影響變形條件：變形條件：主要是變形溫度、變形速度、變形程度、接觸摩擦、主要是變形溫度、變形速度、變形程度、接觸摩擦、工具和變形物體形狀等等。工具和變形物體形狀等等。熱處理?xiàng)l件：熱處理?xiàng)l件： 淬火溫度、淬火介質(zhì)條件、淬火

12、方式、工件形狀尺淬火溫度、淬火介質(zhì)條件、淬火方式、工件形狀尺寸等。寸等。3 3殘余應(yīng)力所引起的后果殘余應(yīng)力所引起的后果 （1）引起物體尺寸和形狀的變化。）引起物體尺寸和形狀的變化。（2 2）使零件的使用壽命縮短。）使零件的使用壽命縮短。 （3 3）降低了金屬的塑性加工性能。）降低了金屬的塑性加工性能。 （4 4）降低金屬的耐蝕性以及沖擊韌性）降低金屬的耐蝕性以及沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。和疲勞強(qiáng)度等。 減小材料在加工和處理過(guò)程中所產(chǎn)生的不均勻變形；減小材料在加工和處理過(guò)程中所產(chǎn)生的不均勻變形；對(duì)加工件進(jìn)行熱處理，但要確定好工藝；對(duì)加工件進(jìn)行熱處理，但要確定好工藝；進(jìn)行機(jī)械處理。進(jìn)行機(jī)械處理。 4

13、4減小或消除殘余應(yīng)力的措施減小或消除殘余應(yīng)力的措施1）使零件彼此碰撞（僅限于尺寸小、形狀簡(jiǎn)單的工件）；）使零件彼此碰撞（僅限于尺寸小、形狀簡(jiǎn)單的工件）；2）用木槌打擊表面，或噴丸法打擊工作表面；）用木槌打擊表面，或噴丸法打擊工作表面；3）表面輾壓和壓平；）表面輾壓和壓平；4）預(yù)拉伸；）預(yù)拉伸；5）在模子中作表面校形或精壓。）在模子中作表面校形或精壓。 5 5研究殘余應(yīng)力的主要方法研究殘余應(yīng)力的主要方法 實(shí)驗(yàn)方法：機(jī)械法、化學(xué)法和實(shí)驗(yàn)方法：機(jī)械法、化學(xué)法和X光法。光法。數(shù)值方法：數(shù)值方法：FEMFEM 3. 4. 1 金屬在平錘間鐓粗時(shí)的應(yīng)力及變形特點(diǎn) 3. 4. 2 平輥軋制時(shí)金屬的應(yīng)力及變形

14、特點(diǎn) 3. 4. 3 棒材擠壓時(shí)的應(yīng)力及變形特點(diǎn) 3. 4. 4 棒材拉伸時(shí)的應(yīng)力及變形特點(diǎn) 1鐓粗時(shí)組合件的變形特點(diǎn) 2基本應(yīng)力的分布特點(diǎn) 3第一類附加應(yīng)力的分布特點(diǎn) 在接觸表面上，試件的中心區(qū)域沒有變?cè)诮佑|表面上，試件的中心區(qū)域沒有變形而邊緣部分的變形較大，并且有很明形而邊緣部分的變形較大，并且有很明顯的側(cè)面翻平現(xiàn)象，這表明在接觸表面顯的側(cè)面翻平現(xiàn)象，這表明在接觸表面上確實(shí)存在著難變形區(qū)或粘著區(qū)。上確實(shí)存在著難變形區(qū)或粘著區(qū)。 塑壓間試件內(nèi)存在明顯的三個(gè)區(qū)，塑壓間試件內(nèi)存在明顯的三個(gè)區(qū)，即易變形區(qū)即易變形區(qū)、自由變形區(qū)、自由變形區(qū)和難和難變形區(qū)變形區(qū) 矩形試件在平錘間鐓粗時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài)是

15、三矩形試件在平錘間鐓粗時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài)是三向壓應(yīng)力，但在試件內(nèi)部，每點(diǎn)的壓應(yīng)力值并向壓應(yīng)力，但在試件內(nèi)部，每點(diǎn)的壓應(yīng)力值并不相等。如果沿三個(gè)坐標(biāo)軸方向的正應(yīng)力分別不相等。如果沿三個(gè)坐標(biāo)軸方向的正應(yīng)力分別為，其分布的規(guī)律是：為，其分布的規(guī)律是：沿沿x軸在接觸表面上的軸在接觸表面上的分布是從邊緣向中心由零開始逐漸增大，因?yàn)榉植际菑倪吘壪蛑行挠闪汩_始逐漸增大，因?yàn)樵浇咏行?，摩擦力的阻礙作用越顯著；沿越接近中心，摩擦力的阻礙作用越顯著；沿y軸的分布規(guī)律同沿軸的分布規(guī)律同沿x軸的分布；沿軸的分布；沿z軸在側(cè)表面軸在側(cè)表面上為零，在試件內(nèi)部，從接觸表面向?qū)ΨQ層逐上為零，在試件內(nèi)部，從接觸表面向?qū)ΨQ層逐漸

16、減小漸減小 。在對(duì)稱件的中心部位（即圖在對(duì)稱件的中心部位（即圖3-39中中0點(diǎn)），其縱向延點(diǎn)），其縱向延伸和橫向?qū)捳沟淖冃瘟勘绕渌鼌^(qū)域都要大一些，而靠伸和橫向?qū)捳沟淖冃瘟勘绕渌鼌^(qū)域都要大一些，而靠近側(cè)面邊部的近側(cè)面邊部的a點(diǎn)和點(diǎn)和b點(diǎn)附近的變形量最少。根據(jù)第一點(diǎn)附近的變形量最少。根據(jù)第一類附加應(yīng)力產(chǎn)生的原因可知，類附加應(yīng)力產(chǎn)生的原因可知，0點(diǎn)附近的第一類附加點(diǎn)附近的第一類附加應(yīng)力為三向壓應(yīng)力，而應(yīng)力為三向壓應(yīng)力，而a、b兩點(diǎn)附近的第一類附加應(yīng)兩點(diǎn)附近的第一類附加應(yīng)力為二向拉應(yīng)力。力為二向拉應(yīng)力。 在在0點(diǎn)附近，由于基本應(yīng)力和附加應(yīng)力的綜合作用，點(diǎn)附近，由于基本應(yīng)力和附加應(yīng)力的綜合作用，這里首先

17、滿足塑性變形條件而產(chǎn)生塑性變形，在整個(gè)這里首先滿足塑性變形條件而產(chǎn)生塑性變形，在整個(gè)塑性變形過(guò)程中，也是變形量最大的區(qū)域。在塑性變形過(guò)程中，也是變形量最大的區(qū)域。在c點(diǎn)附點(diǎn)附近，這里承受的基本應(yīng)力是強(qiáng)烈的二向壓應(yīng)力，由于近，這里承受的基本應(yīng)力是強(qiáng)烈的二向壓應(yīng)力，由于摩擦的作用，形成難變形區(qū)或粘著區(qū)；但付應(yīng)力的作摩擦的作用，形成難變形區(qū)或粘著區(qū)；但付應(yīng)力的作用顯然是會(huì)減少某些壓應(yīng)力，而促使該區(qū)進(jìn)入塑性變用顯然是會(huì)減少某些壓應(yīng)力，而促使該區(qū)進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，并且由于基本應(yīng)力和附加應(yīng)力的聯(lián)合作用，形狀態(tài)，并且由于基本應(yīng)力和附加應(yīng)力的聯(lián)合作用，使接觸表面層的變形區(qū)不斷擴(kuò)大。在使接觸表面層的變形區(qū)不斷擴(kuò)

18、大。在a、b兩點(diǎn)附近，兩點(diǎn)附近，當(dāng)變形很不均勻時(shí)，附加拉應(yīng)力越來(lái)越大，如果被變當(dāng)變形很不均勻時(shí)，附加拉應(yīng)力越來(lái)越大，如果被變形的金屬塑性較低，將會(huì)在形的金屬塑性較低，將會(huì)在側(cè)面出現(xiàn)裂紋側(cè)面出現(xiàn)裂紋。 1基本應(yīng)力特點(diǎn) 2變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)特點(diǎn) 3平輥軋制時(shí)，第一類附加應(yīng)力的分布特點(diǎn) 軋制時(shí)，金屬在兩個(gè)軋輥之間受到連續(xù)壓軋制時(shí)，金屬在兩個(gè)軋輥之間受到連續(xù)壓縮，因之在其縱向與寬向上產(chǎn)生延伸和寬縮，因之在其縱向與寬向上產(chǎn)生延伸和寬展變形。由于軋輥所施加的壓力作用，在展變形。由于軋輥所施加的壓力作用，在高向上軋件承受的壓應(yīng)力高向上軋件承受的壓應(yīng)力 ，而在縱向，而在縱向與橫向上，因摩擦力的作用而使軋件承

19、受與橫向上，因摩擦力的作用而使軋件承受 和和 的壓應(yīng)力。軋制時(shí)，軋件變形的壓應(yīng)力。軋制時(shí)，軋件變形區(qū)的長(zhǎng)度區(qū)的長(zhǎng)度l應(yīng)該比軋件寬度小，故基本應(yīng)力應(yīng)該比軋件寬度小，故基本應(yīng)力存在著存在著 的關(guān)系，變形的規(guī)律的關(guān)系，變形的規(guī)律是縱向上的延伸比橫向上的寬展大得多。是縱向上的延伸比橫向上的寬展大得多。 zxyzyx1 1金屬質(zhì)點(diǎn)縱向流動(dòng)特點(diǎn)金屬質(zhì)點(diǎn)縱向流動(dòng)特點(diǎn) 前滑：前滑：在變形區(qū)內(nèi)，金屬質(zhì)點(diǎn)的向前流動(dòng)速度大于軋輥表面在變形區(qū)內(nèi)，金屬質(zhì)點(diǎn)的向前流動(dòng)速度大于軋輥表面線速度的現(xiàn)象叫前滑。變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)具有前滑現(xiàn)象線速度的現(xiàn)象叫前滑。變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)具有前滑現(xiàn)象的區(qū)域叫前滑區(qū)。的區(qū)域叫前滑區(qū)。后滑

20、：后滑：在變形區(qū)內(nèi)，金屬質(zhì)點(diǎn)的向前流動(dòng)速度小于軋輥表面在變形區(qū)內(nèi)，金屬質(zhì)點(diǎn)的向前流動(dòng)速度小于軋輥表面線速度的現(xiàn)象叫后滑。在變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)具有后滑現(xiàn)線速度的現(xiàn)象叫后滑。在變形區(qū)內(nèi)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)具有后滑現(xiàn)象的區(qū)域叫后滑區(qū)。象的區(qū)域叫后滑區(qū)。 中性面：中性面：在變形區(qū)內(nèi)，金屬質(zhì)點(diǎn)向前流動(dòng)速度與軋輥表面在變形區(qū)內(nèi)，金屬質(zhì)點(diǎn)向前流動(dòng)速度與軋輥表面線速度一致的截面叫中性面。中性面實(shí)際是前滑與后滑的臨線速度一致的截面叫中性面。中性面實(shí)際是前滑與后滑的臨界面。界面。 薄軋件，冷軋及熱軋薄板薄軋件，冷軋及熱軋薄板 平HL0. 51 接觸弧較長(zhǎng)而軋件高度小，故變形能深入整接觸弧較長(zhǎng)而軋件高度小，故變形能深入整

21、個(gè)斷面高度。在后滑區(qū)內(nèi)，軋件任意斷面的個(gè)斷面高度。在后滑區(qū)內(nèi)，軋件任意斷面的平均速度都小于軋輥的水平運(yùn)動(dòng)速度，但是平均速度都小于軋輥的水平運(yùn)動(dòng)速度，但是由于接觸表面上的摩擦力總是力圖把較高的由于接觸表面上的摩擦力總是力圖把較高的速度傳給軋件表面層及其附近部位，而對(duì)中速度傳給軋件表面層及其附近部位，而對(duì)中心部位的影響則相對(duì)小些，這樣就使得后滑心部位的影響則相對(duì)小些，這樣就使得后滑區(qū)內(nèi)各斷面上金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度表面層大區(qū)內(nèi)各斷面上金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度表面層大于中心層而呈曲線于中心層而呈曲線6所示形狀，并且外摩擦越所示形狀，并且外摩擦越大，這種不均勻性越明顯。大，這種不均勻性越明顯。 剛端剛端對(duì)變形不

22、均勻有嚴(yán)重影響，因?yàn)閯偠瞬蛔冃位蛞炎冃瓮炅藢?duì)變形不均勻有嚴(yán)重影響，因?yàn)閯偠瞬蛔冃位蛞炎冃瓮炅耍鋽嗝嫔辖饘儋|(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度是均勻的（，其斷面上金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度是均勻的（4和和10），在剛端與），在剛端與后滑區(qū)和剛端與前滑區(qū)之間，還存在著一個(gè)位于幾何變形區(qū)外后滑區(qū)和剛端與前滑區(qū)之間，還存在著一個(gè)位于幾何變形區(qū)外的變形發(fā)生區(qū)和變形終了區(qū)。在變形發(fā)生區(qū)內(nèi)，隨著各斷面逐的變形發(fā)生區(qū)和變形終了區(qū)。在變形發(fā)生區(qū)內(nèi)，隨著各斷面逐漸靠近后滑區(qū)，其金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)的不均勻性明顯增加（曲線漸靠近后滑區(qū)，其金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)的不均勻性明顯增加（曲線5），在變形終了區(qū)，隨著各斷面逐漸靠近前剛端，金屬質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在變形終了區(qū)，隨著

23、各斷面逐漸靠近前剛端，金屬質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度趨于一致，如曲線速度趨于一致，如曲線9所示。所示。 在變形區(qū)中性面上，由于軋件與軋輥的速度相等，所以該斷面在變形區(qū)中性面上，由于軋件與軋輥的速度相等，所以該斷面上金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度是一致的（曲線上金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度是一致的（曲線7）。在前滑區(qū)，因?yàn)檐垼Ｔ谇盎瑓^(qū)，因?yàn)檐埣钠骄\(yùn)動(dòng)速度大于軋輥的水平速度，所以，接觸表面上的件的平均運(yùn)動(dòng)速度大于軋輥的水平速度，所以，接觸表面上的摩擦力總是阻礙軋件向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，越接近表面層所受的影摩擦力總是阻礙軋件向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，越接近表面層所受的影響越大，該區(qū)各斷面上金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度如曲線響越大，該區(qū)各斷面上金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)

24、動(dòng)速度如曲線8所示。所示。 厚軋件，熱軋開坯厚軋件，熱軋開坯 平HL 0. 51 軋件高度大而變形區(qū)長(zhǎng)度相對(duì)變小，故軋件高度大而變形區(qū)長(zhǎng)度相對(duì)變小，故變形難以深入整個(gè)斷面高度。在后滑區(qū)變形難以深入整個(gè)斷面高度。在后滑區(qū)各斷面上，外層金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)速度由各斷面上，外層金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)速度由接觸表面向中心層逐漸減小，中心層附接觸表面向中心層逐漸減小，中心層附近沒有產(chǎn)生變形剛保持一個(gè)固定的速度近沒有產(chǎn)生變形剛保持一個(gè)固定的速度不變，其分布如曲線不變，其分布如曲線3所示。在前滑區(qū)所示。在前滑區(qū)，情況恰好相反，各斷面速度是由表層，情況恰好相反，各斷面速度是由表層向里逐漸增大，但在中心層沒有產(chǎn)生變向里逐漸增

25、大，但在中心層沒有產(chǎn)生變形，所以速度仍保持不變?nèi)鐖D形，所以速度仍保持不變?nèi)鐖D5所示。所示。 2 2、寬展及寬度上的橫向流動(dòng)、寬展及寬度上的橫向流動(dòng) 圖3-43 金屬質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在橫向上的分布金屬質(zhì)點(diǎn)的變形狀態(tài)雖然還是高向壓縮，縱向和橫金屬質(zhì)點(diǎn)的變形狀態(tài)雖然還是高向壓縮，縱向和橫向延伸，但橫向上的變形比縱向的延伸小得多。向延伸，但橫向上的變形比縱向的延伸小得多。 由于有橫向變形，使金屬質(zhì)點(diǎn)在變形區(qū)內(nèi)寬向上由于有橫向變形，使金屬質(zhì)點(diǎn)在變形區(qū)內(nèi)寬向上流動(dòng)方向不一致，板材中間部分金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方流動(dòng)方向不一致，板材中間部分金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向基本與軋制方向平行，而邊緣部分的金屬質(zhì)點(diǎn)流向基本與軋制方向平行

26、，而邊緣部分的金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)方向則與軋制方向成一個(gè)角度，故各部分運(yùn)動(dòng)速動(dòng)方向則與軋制方向成一個(gè)角度，故各部分運(yùn)動(dòng)速度在軋制方向的水平投影的長(zhǎng)度不同，形成圖度在軋制方向的水平投影的長(zhǎng)度不同，形成圖3-43（b）所示的不均勻流動(dòng)圖形。）所示的不均勻流動(dòng)圖形。 3 3、影響寬展的因素、影響寬展的因素 1）外摩擦：）外摩擦：摩擦系數(shù)增加，寬展增加；摩擦系數(shù)減少，寬展也隨之摩擦系數(shù)增加，寬展增加；摩擦系數(shù)減少，寬展也隨之 減少。減少。2）變形區(qū)的尺寸：）變形區(qū)的尺寸：軋輥直徑的增大，首次壓下量增加，軋件原始寬軋輥直徑的增大，首次壓下量增加，軋件原始寬 度減小等，都促使寬度增加。度減小等，都促使寬度增加。3

27、）剛端：）剛端：軋件變形區(qū)外部的剛端，限制寬展的發(fā)展而增加縱向延伸軋件變形區(qū)外部的剛端，限制寬展的發(fā)展而增加縱向延伸，并且使軋件寬向及高向上的延伸變得更均勻些，由于剛端的這種作，并且使軋件寬向及高向上的延伸變得更均勻些，由于剛端的這種作用，使軋件變形區(qū)的邊緣部分，特別在靠近入口部位的邊緣，以及鄰用，使軋件變形區(qū)的邊緣部分，特別在靠近入口部位的邊緣，以及鄰近此部位而處于變形區(qū)外面的軋件邊緣部位承受縱向拉應(yīng)力；而與這近此部位而處于變形區(qū)外面的軋件邊緣部位承受縱向拉應(yīng)力；而與這些地方相鄰的變形區(qū)內(nèi)的其它部位，則承受壓應(yīng)力。正是由于軋件邊些地方相鄰的變形區(qū)內(nèi)的其它部位，則承受壓應(yīng)力。正是由于軋件邊緣部

28、位的這種拉應(yīng)力的作用，限制金屬質(zhì)點(diǎn)的橫向流動(dòng)，減少寬展。緣部位的這種拉應(yīng)力的作用，限制金屬質(zhì)點(diǎn)的橫向流動(dòng)，減少寬展。 4 4平輥軋制時(shí)，第一類附加應(yīng)力的分布特點(diǎn)平輥軋制時(shí)，第一類附加應(yīng)力的分布特點(diǎn) 后滑區(qū)后滑區(qū): : 表面層金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速表面層金屬質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度大于中心層，故中心層給表面層以度大于中心層，故中心層給表面層以附加壓應(yīng)力，而表面層給中心層以附附加壓應(yīng)力，而表面層給中心層以附加拉應(yīng)力。在前滑區(qū)，軋件表面層的加拉應(yīng)力。在前滑區(qū)，軋件表面層的質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)速度小于中心層，所以中心質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)速度小于中心層，所以中心層對(duì)表面層產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，而表面層對(duì)表面層產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，而表面層對(duì)中心層產(chǎn)生附加

29、壓應(yīng)力。層對(duì)中心層產(chǎn)生附加壓應(yīng)力。 前滑區(qū)：前滑區(qū)：接觸表面層存在的附加拉應(yīng)力，當(dāng)數(shù)值接觸表面層存在的附加拉應(yīng)力，當(dāng)數(shù)值很大時(shí)，則是軋件表面產(chǎn)生裂紋的原因；有時(shí)，這很大時(shí)，則是軋件表面產(chǎn)生裂紋的原因；有時(shí)，這種裂紋很小，不容易發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這種坯料繼續(xù)冷變形種裂紋很小，不容易發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這種坯料繼續(xù)冷變形時(shí)，就會(huì)暴露出來(lái)而造成難以補(bǔ)救的廢品。時(shí)，就會(huì)暴露出來(lái)而造成難以補(bǔ)救的廢品。 料頭尾部層裂的產(chǎn)生：料頭尾部層裂的產(chǎn)生：高向上承受著附加拉應(yīng)力是高向上承受著附加拉應(yīng)力是有害的，當(dāng)值較小時(shí)，變形不很深透，常常是某些低塑性材有害的，當(dāng)值較小時(shí)，變形不很深透，常常是某些低塑性材料軋制時(shí)產(chǎn)生張嘴的原因。特別是當(dāng)鑄

30、錠中心部位存在著低料軋制時(shí)產(chǎn)生張嘴的原因。特別是當(dāng)鑄錠中心部位存在著低熔點(diǎn)化合物或有其它夾雜物存在時(shí)，因?yàn)楸旧韽?qiáng)度就很低，熔點(diǎn)化合物或有其它夾雜物存在時(shí)，因?yàn)楸旧韽?qiáng)度就很低，因此很容易在這種附加拉應(yīng)力的作用下出現(xiàn)層裂的現(xiàn)象。因此很容易在這種附加拉應(yīng)力的作用下出現(xiàn)層裂的現(xiàn)象。 1棒材擠壓時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài)2 棒材擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)規(guī)律 3 棒材擠壓時(shí)的附加應(yīng)力 一、棒材擠壓時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài)一、棒材擠壓時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài) 1、填充階段、填充階段 填充剛開始，在坯料內(nèi)部的應(yīng)力填充剛開始，在坯料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)與圓柱體墩粗一樣，也是三狀態(tài)與圓柱體墩粗一樣，也是三向壓應(yīng)力狀態(tài)。向壓應(yīng)力狀態(tài)。 整個(gè)坯料分成兩種應(yīng)

31、力狀態(tài)區(qū)：對(duì)準(zhǔn)整個(gè)坯料分成兩種應(yīng)力狀態(tài)區(qū)：對(duì)準(zhǔn)?？诘哪？诘膮^(qū)，其應(yīng)力特點(diǎn)是區(qū)，其應(yīng)力特點(diǎn)是 ，在在區(qū)的周圍是區(qū)的周圍是區(qū)，其基本應(yīng)力狀區(qū)，其基本應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn)是態(tài)的特點(diǎn)是 zz隨著填充繼續(xù)進(jìn)行，離?？谏赃h(yuǎn)一點(diǎn)的金屬也進(jìn)入隨著填充繼續(xù)進(jìn)行，離模口稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的金屬也進(jìn)入塑性變形狀態(tài)。當(dāng)坯料充滿擠壓筒后，由填充階段塑性變形狀態(tài)。當(dāng)坯料充滿擠壓筒后，由填充階段轉(zhuǎn)入擠壓階段，塑性變形區(qū)逐漸向內(nèi)部擴(kuò)大。轉(zhuǎn)入擠壓階段，塑性變形區(qū)逐漸向內(nèi)部擴(kuò)大。 由于充填，使坯料與擠壓筒壁相接觸，由于充填，使坯料與擠壓筒壁相接觸，并產(chǎn)生很大的徑向壓力。因?yàn)閺较驂毫Σa(chǎn)生很大的徑向壓力。因?yàn)閺较驂毫艽?，同時(shí)摩擦系數(shù)也較大，所以

32、坯料很大，同時(shí)摩擦系數(shù)也較大，所以坯料側(cè)表面的切應(yīng)力可以達(dá)到其最大值側(cè)表面的切應(yīng)力可以達(dá)到其最大值 )31(zk二、棒材擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)規(guī)律二、棒材擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)規(guī)律 塑性變形區(qū)分：塑性變形區(qū)分：區(qū)稱為延伸變形區(qū)區(qū)稱為延伸變形區(qū)區(qū)稱為壓縮變形區(qū)區(qū)稱為壓縮變形區(qū)區(qū)稱之為切變區(qū)區(qū)稱之為切變區(qū)區(qū)是未變形區(qū)區(qū)是未變形區(qū)區(qū)是區(qū)是“死區(qū)死區(qū)” 變形特點(diǎn)：變形特點(diǎn)：隨著擠壓墊片向前推進(jìn)，隨著擠壓墊片向前推進(jìn)，區(qū)的金屬區(qū)的金屬流動(dòng)最快，流動(dòng)最快，區(qū)的金屬流動(dòng)較慢，而區(qū)的金屬流動(dòng)較慢，而區(qū)的金屬將在區(qū)的金屬將在擠壓墊片前面逐漸堆積起來(lái)，由于擠壓墊片前面逐漸堆積起來(lái)，由于區(qū)的金屬原來(lái)處區(qū)的金屬原來(lái)處于坯料表面，

33、不可避免地帶有一些油、灰塵等臟物，于坯料表面，不可避免地帶有一些油、灰塵等臟物，這些臟物在擠壓末期沿著這些臟物在擠壓末期沿著區(qū)與區(qū)與區(qū)的界面流入到制區(qū)的界面流入到制品尾部，構(gòu)成品尾部，構(gòu)成“縮尾縮尾”。 擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)情況是十分不均勻的，金屬不擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)情況是十分不均勻的，金屬不均勻變形比其它加工方法嚴(yán)重得多，金屬的不均勻流均勻變形比其它加工方法嚴(yán)重得多，金屬的不均勻流動(dòng)也直接影響到制品的組織和性能。動(dòng)也直接影響到制品的組織和性能。 三、棒材擠壓時(shí)的附加應(yīng)力三、棒材擠壓時(shí)的附加應(yīng)力 在塑性變形區(qū)和變形終了的外端在塑性變形區(qū)和變形終了的外端部分，由于中間金屬流動(dòng)的快，部分，由于中間金屬流

34、動(dòng)的快，表面層金屬流動(dòng)的慢，所以變形表面層金屬流動(dòng)的慢，所以變形不均勻的結(jié)果引起中間對(duì)表面層不均勻的結(jié)果引起中間對(duì)表面層作用以軸向附加拉應(yīng)力，而表面作用以軸向附加拉應(yīng)力，而表面層對(duì)中間部分作用軸向附加壓應(yīng)層對(duì)中間部分作用軸向附加壓應(yīng)力。在棒材端面附近則產(chǎn)生了徑力。在棒材端面附近則產(chǎn)生了徑向附加拉應(yīng)力。向附加拉應(yīng)力。 出現(xiàn)頭部出現(xiàn)頭部“開花開花”現(xiàn)象的原因現(xiàn)象的原因。 在未變形區(qū)的橫截面上，由于外表層已進(jìn)入了塑性變?cè)谖醋冃螀^(qū)的橫截面上，由于外表層已進(jìn)入了塑性變形狀態(tài)，其金屬的流動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中間部位，所以形狀態(tài)，其金屬的流動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中間部位，所以表面層對(duì)中間部位產(chǎn)生了軸向附加拉應(yīng)力，而中間部

35、表面層對(duì)中間部位產(chǎn)生了軸向附加拉應(yīng)力，而中間部位對(duì)表面層施加一個(gè)軸向附加壓應(yīng)力。位對(duì)表面層施加一個(gè)軸向附加壓應(yīng)力。 在中心部位，從?？谔幍妮S向附在中心部位，從模口處的軸向附加壓應(yīng)力變到未變形區(qū)的軸向附加壓應(yīng)力變到未變形區(qū)的軸向附加拉應(yīng)力，表面部分則由附加拉加拉應(yīng)力，表面部分則由附加拉應(yīng)力變到附加壓應(yīng)力。應(yīng)力變到附加壓應(yīng)力。 由于棒材內(nèi)部的軸向附加壓應(yīng)力的作用，棒材內(nèi)部有增大直徑由于棒材內(nèi)部的軸向附加壓應(yīng)力的作用，棒材內(nèi)部有增大直徑的趨勢(shì)，而表面層的軸向附加拉應(yīng)力則阻止這種直徑增大的趨的趨勢(shì)，而表面層的軸向附加拉應(yīng)力則阻止這種直徑增大的趨勢(shì)，隨之產(chǎn)生了周向附加應(yīng)力，其分部情況是中心層直徑增加勢(shì)，

36、隨之產(chǎn)生了周向附加應(yīng)力，其分部情況是中心層直徑增加的趨勢(shì)，給表面層施加了一個(gè)附加拉應(yīng)力，而表面層阻止內(nèi)部的趨勢(shì)，給表面層施加了一個(gè)附加拉應(yīng)力，而表面層阻止內(nèi)部直徑增大的作用，對(duì)中心部位產(chǎn)生了一個(gè)附加壓應(yīng)力。直徑增大的作用，對(duì)中心部位產(chǎn)生了一個(gè)附加壓應(yīng)力。 棒材表面層的周向附加拉應(yīng)力是使棒材產(chǎn)生縱向裂紋的根源。而棒材表面層的周向附加拉應(yīng)力是使棒材產(chǎn)生縱向裂紋的根源。而棒材表面層的軸向附加拉應(yīng)力，則是引起棒材周向裂紋的原因。棒材表面層的軸向附加拉應(yīng)力，則是引起棒材周向裂紋的原因。 1 棒材拉伸時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài)2 棒材拉伸時(shí)金屬的流動(dòng)規(guī)律 3 棒材拉拔時(shí)的附加應(yīng)力 一、棒材拉伸時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài)一、棒

37、材拉伸時(shí)的基本應(yīng)力狀態(tài) 軸向拉應(yīng)力軸向拉應(yīng)力 z徑向壓應(yīng)力徑向壓應(yīng)力周向壓應(yīng)力周向壓應(yīng)力 出入zz由變形區(qū)的入口由變形區(qū)的入口端到出口端是逐端到出口端是逐漸減小的。漸減小的。 軸向拉應(yīng)力軸向拉應(yīng)力 由邊緣部分向中間部分逐漸增加，并且中由邊緣部分向中間部分逐漸增加，并且中心層的拉伸應(yīng)力達(dá)到最大值。徑向壓應(yīng)力心層的拉伸應(yīng)力達(dá)到最大值。徑向壓應(yīng)力 和周向壓和周向壓應(yīng)力應(yīng)力 它們由邊緣部分向中心層是逐漸減小的。它們由邊緣部分向中心層是逐漸減小的。z二、棒材拉伸時(shí)金屬的流動(dòng)規(guī)律二、棒材拉伸時(shí)金屬的流動(dòng)規(guī)律 中心層的金屬產(chǎn)生了軸向中心層的金屬產(chǎn)生了軸向上的延伸，徑向上的壓縮。上的延伸，徑向上的壓縮。 周邊

38、層除了受到軸向的拉周邊層除了受到軸向的拉 長(zhǎng)、徑向和周向的壓縮外，長(zhǎng)、徑向和周向的壓縮外，還發(fā)生了剪變形。還發(fā)生了剪變形。棒材的中心層金屬質(zhì)點(diǎn)流棒材的中心層金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)速度比周邊層快。動(dòng)速度比周邊層快。三、棒材拉拔時(shí)的附加應(yīng)力三、棒材拉拔時(shí)的附加應(yīng)力 中心層對(duì)周邊部分作用以軸向中心層對(duì)周邊部分作用以軸向附加拉應(yīng)力，而周邊部分對(duì)中心附加拉應(yīng)力，而周邊部分對(duì)中心層作用以軸向附加壓應(yīng)力。層作用以軸向附加壓應(yīng)力。 棒材周向上的附加應(yīng)力分布：邊緣層承棒材周向上的附加應(yīng)力分布：邊緣層承受附加拉應(yīng)力、中心層承受著附加壓應(yīng)力。受附加拉應(yīng)力、中心層承受著附加壓應(yīng)力。 表面層承受的軸向附加拉應(yīng)力，是棒材拉伸時(shí)產(chǎn)生

39、表面層承受的軸向附加拉應(yīng)力，是棒材拉伸時(shí)產(chǎn)生橫向周期裂紋的根源，周向承受的附加拉應(yīng)力則是產(chǎn)生橫向周期裂紋的根源，周向承受的附加拉應(yīng)力則是產(chǎn)生縱向裂紋的主要原因。對(duì)于某些合金來(lái)說(shuō)，拉伸后形成縱向裂紋的主要原因。對(duì)于某些合金來(lái)說(shuō)，拉伸后形成的殘余應(yīng)力如果不能及時(shí)消除，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后棒材就的殘余應(yīng)力如果不能及時(shí)消除，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后棒材就會(huì)顯現(xiàn)出裂紋。會(huì)顯現(xiàn)出裂紋。 3. 5. 1 塑性加工中的常見裂紋3. 5. 2 金屬斷裂的物理本質(zhì) 3. 5. 3 塑性-脆性轉(zhuǎn)變3. 5. 4 金屬的可加工性 3. 5. 1 3. 5. 1 塑性加工中的常見裂紋塑性加工中的常見裂紋 塑性加工中的斷裂除因鑄錠質(zhì)量差

40、（疏松、裂紋、偏析和粗大晶粒等塑性加工中的斷裂除因鑄錠質(zhì)量差（疏松、裂紋、偏析和粗大晶粒等）和加熱時(shí)造成的過(guò)熱、過(guò)燒外，絕大多數(shù)的斷裂是屬于不均勻變形）和加熱時(shí)造成的過(guò)熱、過(guò)燒外，絕大多數(shù)的斷裂是屬于不均勻變形所造成的。所造成的。在塑性加工過(guò)程中，按金屬制品裂紋產(chǎn)生的部位可分為在塑性加工過(guò)程中，按金屬制品裂紋產(chǎn)生的部位可分為表表面裂紋面裂紋和和內(nèi)部裂紋內(nèi)部裂紋。 一、鍛造時(shí)的斷裂一、鍛造時(shí)的斷裂1鍛造時(shí)的表面開裂鍛造時(shí)的表面開裂自由鐓粗塑性較低的金屬餅材時(shí)，由于錘頭端面對(duì)鐓粗件自由鐓粗塑性較低的金屬餅材時(shí)，由于錘頭端面對(duì)鐓粗件表面摩擦力的影響，形成單鼓形，使其側(cè)面周向承受拉應(yīng)表面摩擦力的影響，

41、形成單鼓形，使其側(cè)面周向承受拉應(yīng)力。當(dāng)鍛造溫度過(guò)高時(shí)，由于晶間結(jié)合力大大減弱，常出力。當(dāng)鍛造溫度過(guò)高時(shí)，由于晶間結(jié)合力大大減弱，常出現(xiàn)晶間斷裂，且裂紋方向與周向拉應(yīng)力垂直（圖現(xiàn)晶間斷裂，且裂紋方向與周向拉應(yīng)力垂直（圖3-53（1）a）。當(dāng)鍛造溫度較低時(shí)，晶間強(qiáng)度常高于晶內(nèi)強(qiáng)度，便出）。當(dāng)鍛造溫度較低時(shí)，晶間強(qiáng)度常高于晶內(nèi)強(qiáng)度，便出現(xiàn)穿晶斷裂。由于剪應(yīng)力引起的其裂紋方向常與最大主應(yīng)現(xiàn)穿晶斷裂。由于剪應(yīng)力引起的其裂紋方向常與最大主應(yīng)力成力成45角（圖角（圖3-53（1）b）。）。為了防止鐓粗時(shí)的斷裂，必須盡量減少鼓形所引為了防止鐓粗時(shí)的斷裂，必須盡量減少鼓形所引起的周向拉應(yīng)力。可采用如下措施：起的

42、周向拉應(yīng)力。可采用如下措施： （1）減少工件與工具間的接觸摩擦）減少工件與工具間的接觸摩擦；提高接觸表面的光潔度，采用適當(dāng)；提高接觸表面的光潔度，采用適當(dāng)高效能的潤(rùn)滑劑。高效能的潤(rùn)滑劑。（2）采用凹形模：鍛造時(shí)，由于模）采用凹形模：鍛造時(shí)，由于模壁對(duì)工件的橫向壓縮，使周向拉應(yīng)力壁對(duì)工件的橫向壓縮，使周向拉應(yīng)力減少。減少。 （3）采用軟墊。）采用軟墊。 （4）采用活動(dòng)套環(huán)和包套。）采用活動(dòng)套環(huán)和包套。 2鍛造時(shí)的內(nèi)部裂紋鍛造時(shí)的內(nèi)部裂紋 為了防止鍛壓圓坯時(shí)內(nèi)部裂紋的產(chǎn)為了防止鍛壓圓坯時(shí)內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，可采用槽形和弧形錘頭，從而生，可采用槽形和弧形錘頭，從而減少坯料中心處的水平拉應(yīng)力，或減少坯料中

43、心處的水平拉應(yīng)力，或把原來(lái)的拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力。把原來(lái)的拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力。 二、軋制時(shí)的斷裂二、軋制時(shí)的斷裂1軋制時(shí)的表面開裂軋制時(shí)的表面開裂 邊部周期裂紋邊部周期裂紋 中部周期裂紋中部周期裂紋 良好輥型和坯料尺寸形狀，合理的軋制工藝規(guī)程（壓下量控良好輥型和坯料尺寸形狀，合理的軋制工藝規(guī)程（壓下量控制、張力調(diào)整、潤(rùn)滑等）。制、張力調(diào)整、潤(rùn)滑等）。 2軋制時(shí)內(nèi)部裂紋軋制時(shí)內(nèi)部裂紋 軋制厚坯料時(shí)，因壓下量小而產(chǎn)生表面變形。軋制厚坯料時(shí)，因壓下量小而產(chǎn)生表面變形。 hl /增加增加 三、擠壓和拉拔時(shí)的斷裂三、擠壓和拉拔時(shí)的斷裂1表面裂紋表面裂紋減少摩擦阻力減少摩擦阻力 ，采用采用反向擠壓、反張力拉反向

44、擠壓、反張力拉伸、輥式模拉伸等方伸、輥式模拉伸等方法來(lái)減少有害摩擦，法來(lái)減少有害摩擦，防止表面斷裂現(xiàn)象的防止表面斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。發(fā)生。 2內(nèi)部裂紋內(nèi)部裂紋 當(dāng)擠壓比（擠壓變形程度）較小當(dāng)擠壓比（擠壓變形程度）較小，或拉拔時(shí)，或拉拔時(shí)L/d0較小時(shí)，由于產(chǎn)較小時(shí)，由于產(chǎn)生表面變形而深入不到棒材的心生表面變形而深入不到棒材的心部，結(jié)果導(dǎo)致中心層產(chǎn)生附加拉部，結(jié)果導(dǎo)致中心層產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，此拉應(yīng)力與縱向基本應(yīng)力應(yīng)力，此拉應(yīng)力與縱向基本應(yīng)力相疊加，若軸心層的工作拉應(yīng)力相疊加，若軸心層的工作拉應(yīng)力大于材料的斷裂應(yīng)力時(shí)，便會(huì)出大于材料的斷裂應(yīng)力時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部裂紋?，F(xiàn)內(nèi)部裂紋。 對(duì)擠壓來(lái)說(shuō)，對(duì)擠壓來(lái)說(shuō)，增

45、大擠壓比；對(duì)拉拔來(lái)說(shuō)，增加增大擠壓比；對(duì)拉拔來(lái)說(shuō)，增加L/d0可可使變形深入到軸心區(qū)，即增大變形程度和減少模孔錐使變形深入到軸心區(qū)，即增大變形程度和減少模孔錐角角 ，可減少此種斷裂現(xiàn)象發(fā)生。，可減少此種斷裂現(xiàn)象發(fā)生。3. 5. 2 3. 5. 2 金屬斷裂的物理本質(zhì)金屬斷裂的物理本質(zhì) a）脆性斷裂）脆性斷裂 b）切變斷裂）切變斷裂 c）多晶體的完全韌性斷裂）多晶體的完全韌性斷裂 d)多晶體韌性斷裂的一般情況多晶體韌性斷裂的一般情況斷口平齊斷口平齊 ，如，如裂紋沿解理面橫穿晶粒的穿晶斷裂，斷口為解理亮面；裂紋沿解理面橫穿晶粒的穿晶斷裂，斷口為解理亮面；如裂紋沿晶界的晶間斷裂，斷口呈顆粒狀。如裂紋

46、沿晶界的晶間斷裂，斷口呈顆粒狀。 斷裂前已發(fā)生了較大的塑性變形，斷裂前已發(fā)生了較大的塑性變形，韌性斷裂主要是穿晶斷裂，如果晶韌性斷裂主要是穿晶斷裂，如果晶界處有夾雜物或沉淀物聚集，則也會(huì)發(fā)生晶間斷裂，界處有夾雜物或沉淀物聚集，則也會(huì)發(fā)生晶間斷裂，形成杯錐狀斷口形成杯錐狀斷口。 一、斷裂的基本類型一、斷裂的基本類型 二、斷裂過(guò)程與物理本質(zhì)二、斷裂過(guò)程與物理本質(zhì) 裂紋生核和裂紋擴(kuò)展裂紋生核和裂紋擴(kuò)展 微裂紋的萌生機(jī)理微裂紋的萌生機(jī)理金屬發(fā)生斷裂，先要形成微裂紋。這些微裂紋主要來(lái)自兩金屬發(fā)生斷裂，先要形成微裂紋。這些微裂紋主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是材料內(nèi)部原有的，如實(shí)際金屬材料內(nèi)部的氣個(gè)方面：一是材料內(nèi)

47、部原有的，如實(shí)際金屬材料內(nèi)部的氣孔、夾雜、微裂紋等缺陷；二是在塑性變形過(guò)程中，由于孔、夾雜、微裂紋等缺陷；二是在塑性變形過(guò)程中，由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和塞積等原因而使裂紋形核。隨著變形的發(fā)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和塞積等原因而使裂紋形核。隨著變形的發(fā)展導(dǎo)致裂紋不斷長(zhǎng)大，當(dāng)裂紋長(zhǎng)大到一定尺寸后，便失穩(wěn)擴(kuò)導(dǎo)致裂紋不斷長(zhǎng)大，當(dāng)裂紋長(zhǎng)大到一定尺寸后，便失穩(wěn)擴(kuò)展，直至最終斷裂。展，直至最終斷裂。 裂紋形核的理論裂紋形核的理論 1位錯(cuò)塞積理論位錯(cuò)塞積理論 2位錯(cuò)反應(yīng)理論位錯(cuò)反應(yīng)理論 3位錯(cuò)墻側(cè)移理論位錯(cuò)墻側(cè)移理論 4位錯(cuò)消毀理論位錯(cuò)消毀理論 裂紋的擴(kuò)展裂紋的擴(kuò)展 2/12/12cEcEc裂紋傳播的臨界拉應(yīng)力為裂紋傳播的臨界拉

48、應(yīng)力為（格雷菲斯判據(jù)）格雷菲斯判據(jù)）在現(xiàn)實(shí)的金屬材料中或多或少的存在有裂紋和缺陷，但當(dāng)應(yīng)在現(xiàn)實(shí)的金屬材料中或多或少的存在有裂紋和缺陷，但當(dāng)應(yīng)力值（或裂紋長(zhǎng)度）沒有達(dá)到格雷菲斯判據(jù)時(shí)，裂紋是不擴(kuò)力值（或裂紋長(zhǎng)度）沒有達(dá)到格雷菲斯判據(jù)時(shí)，裂紋是不擴(kuò)展的。因此，必須容許存在有一定尺度內(nèi)的裂紋。只是要設(shè)展的。因此，必須容許存在有一定尺度內(nèi)的裂紋。只是要設(shè)法使其不再發(fā)展，就可以保證不出現(xiàn)整體性的破壞了。法使其不再發(fā)展，就可以保證不出現(xiàn)整體性的破壞了。3. 5. 3 3. 5. 3 塑性塑性- -脆性轉(zhuǎn)變脆性轉(zhuǎn)變 塑性與脆性并非金屬固定不變的特性，一般的金屬與合塑性與脆性并非金屬固定不變的特性，一般的金屬

49、與合金（面心立方者除外）有塑性金（面心立方者除外）有塑性-脆性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。如果脆性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。如果改變?cè)囼?yàn)溫度，就可以發(fā)現(xiàn)存在有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度改變?cè)囼?yàn)溫度，就可以發(fā)現(xiàn)存在有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度Tc，在，在Tc以上，斷裂是韌性的，在以上，斷裂是韌性的，在Tc以下，斷裂就是脆性的。以下，斷裂就是脆性的。 對(duì)一定材料來(lái)說(shuō)，脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，表征該材料脆性對(duì)一定材料來(lái)說(shuō)，脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，表征該材料脆性趨勢(shì)愈大。變形程度趨勢(shì)愈大。變形程度 、應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 、化學(xué)成分和組織狀化學(xué)成分和組織狀態(tài)態(tài)等等對(duì)塑性對(duì)塑性-脆性轉(zhuǎn)變有明顯地影響。脆性轉(zhuǎn)變有明顯地影響。 為了提高材料的強(qiáng)度，抗蠕變性能及再結(jié)晶溫度，通常采用

50、加為了提高材料的強(qiáng)度，抗蠕變性能及再結(jié)晶溫度，通常采用加入某些元素，控制合金晶粒度的辦法來(lái)降低材料的低溫脆性。入某些元素，控制合金晶粒度的辦法來(lái)降低材料的低溫脆性。 金屬的可加工性金屬的可加工性 金屬的可加工性是不同加工方法進(jìn)行塑性加工時(shí)，工件出金屬的可加工性是不同加工方法進(jìn)行塑性加工時(shí)，工件出現(xiàn)第一條可見裂紋前所達(dá)到的最大變形量，如可鍛性、可現(xiàn)第一條可見裂紋前所達(dá)到的最大變形量，如可鍛性、可軋性、可擠壓性、可拉拔性等。它是制定各種塑性加工工軋性、可擠壓性、可拉拔性等。它是制定各種塑性加工工藝規(guī)程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。藝規(guī)程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。 W = f1f2 一個(gè)因子為一

51、個(gè)因子為f1，表示材料的基本塑性，另一個(gè)因子為，表示材料的基本塑性，另一個(gè)因子為f2，表示該，表示該加工方法的固有特性，包括加工方法的力學(xué)狀態(tài)，接觸摩擦條加工方法的固有特性，包括加工方法的力學(xué)狀態(tài)，接觸摩擦條件以及材料基本塑性對(duì)該加工過(guò)程流動(dòng)的影響。件以及材料基本塑性對(duì)該加工過(guò)程流動(dòng)的影響。 5. 2. 1 多晶體變形的特點(diǎn) 5. 2. 2 多晶體的塑性變形機(jī)構(gòu) 5. 2. 3 合金的塑性變形 5. 2. 4 變形機(jī)構(gòu)圖 晶內(nèi)塑性變形和晶間塑性變形晶內(nèi)塑性變形和晶間塑性變形晶內(nèi)塑性變形：滑移與孿生晶內(nèi)塑性變形：滑移與孿生塑性變形的微觀機(jī)制：位錯(cuò)運(yùn)塑性變形的微觀機(jī)制：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與位錯(cuò)增殖動(dòng)與位錯(cuò)增殖1 1變形不均勻、不同時(shí)性及協(xié)調(diào)性 圖5-4 多晶體塑性變形的竹節(jié)現(xiàn)象 （a）變形前 （b）變形后 圖5-5 多晶體塑性變形的不均勻性 在2 m m內(nèi) 的延 伸率 ，%晶粒5晶粒4晶粒3晶粒2晶粒1位置，mm 圖5-6 多晶鋁的幾個(gè)晶粒各處的應(yīng)變量。 垂直虛線是晶界，線上的數(shù)字為總變形量 1 1晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng) 圖5-7