《金属塑性成型原理》复习资料

第一章绪论

1. 什么是金属的塑性什么是塑性成形塑性成形有何特点塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性成形：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高

2. 试述塑性成形的一般分类。

Ⅰ. 按成型特点可分为块料成形（也称体积成形）和板料成型两大类

1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次加工和二次加工。

一次加工：

① ---------- 轧制是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。

② ---------- 挤压是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于（低塑性的）型材、管材和零件。

③ ---------- 拉拔是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。

二次加工：

①自由锻 --- 是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需

的形状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。

②模锻 -- 是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变

形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。

Ⅱ. 按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。

第二章金属塑性变形的物理基础

1、简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。滑移指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。

孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）发生均匀切变。

3. 试分析多晶体塑性变形的特点。P12

1）各晶粒变形的不同时性。

2）各晶粒变形的相互协调性。

3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。

4. 试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。P12

①晶粒越细，变形抗力越大。晶粒的大小决定位错塞积群应力场到晶内位错源的距离，而这个距离又影响位错的数目n。晶粒越大这个距离就越大，位错开动的时间就越长，n 也就越大。n 越大，应力场就越强，滑移就越容易从一个晶粒转移到另一个晶粒。

②晶粒越细小，金属的塑性就越好。a．一定体积，晶粒越细，晶粒数目越多，塑性变形时位向有利的晶粒也越多，变形能较均匀的分散到各个晶粒上；b．从每个晶粒的应力分布来看，细晶粒是晶界的影响区域相对加大，使得晶粒心部的应变与晶界处的应变差异减小。这种不均匀性减小了，内应力的分布较均匀，因而金属断裂前能承受的塑性变形量就更大。

5. 什么叫加工硬化产生加工硬化的原因是什么加工硬化对塑性加工生产有何利

弊P18

加工硬化 --- 随着金属变形程度的增加，其强度、硬度增加，而塑性、韧性降低

的现象。加工硬化的成因与位错的交互作用有关。随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶、位错缠结等障碍，以致形成胞状亚结构，使位错难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动。这样，要是金属继续变形，就需要不断增加外力，才能克服位错间强大的交互作用力。

加工硬化对塑性加工生产的利弊：

有利的一面：可作为一种强化金属的手段，一些不能用热处理方法强化的金属材料，可应用加工硬化的方法来强化，以提高金属的承载能力。如大型发电机上的护环零件（多用高锰奥氏体无磁钢锻制）。

不利的一面：①由于加工硬化后，金属的屈服强度提高，要求进行塑性加工的设备能力增加；

②由于塑性的下降，使得金属继续塑性变形困难，所以不得不增加中间退火工艺，从而降低了生产率，提高了生产成本。

6. 什么是动态回复为什么说动态回复是热塑性变形的主要软化机制P22 动态回复是在热塑性变形过程中发生的回复（自发地向自由能低的方向转变的过程）。

动态回复是热塑性变形的主要软化机制，是因为：①动态回复是高层错能金属热变形过程中唯一的软化机制。动态回复是主要是通过位错的攀移、交滑移等实现的。对于层错能高的金属，变形时扩展位错的宽度窄，集束容易，位错的交滑移和攀移容易进行，位错容易在滑移面间转移，而使异号位错相互抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态结晶所需的能量水平。因为这类金属在热塑性变形过程中，即使变形程度很大，变形温度远高于静态再结晶温度，也只发生动态回复，而不发生动态再结晶。

②在低层错能的金属热变形过程中，动态回复虽然不充分，但也随时在进行，畸变能也随时在释放，因而只有当变形程度远远高于静态回复所需要的临界变形程度时，畸变能差才能积累到再结晶所需的水平，动态再结晶才能启动，否则也只能发生动态回复。

7. 什么是动态再结晶影响动态再结晶的主要因素有哪些P23-24 动态再结晶是在热塑性变形过程中发生的再结晶。动态再结晶和静态再结晶基本一样，也会是通过形核与长大来完成，其机理也是大角度晶界（或亚晶界）想高位错密度区域的迁移。

动态再结晶的能力除了与金属的层错能高低（层错能越低，热加工变形量很大时，容易出现动态再结晶）有关外，还与晶界的迁移难易有关。金属越存，发生动态再结晶的能力越强。当溶质原子固溶于金属基体中时，会严重阻碍晶界的迁移、从而减慢动态再结晶的德速率。弥散的第二相粒子能阻碍晶界的移动，所以会遏制动态再结晶的进行。

9. 钢锭经过热加工变形后其组织和性能发生了什么变化P27-31 ①改善晶粒组织②锻合内部缺陷③破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布④形成纤维组织⑤改善偏析

13. 超塑性变形力学方程Y=Kε m中，m的物理意义是什么

m -- 应变速率敏感指数，从物理意义上说，m 值增大时，流动应力会随应变速

率ε的增大而急速增大；此时，如式样某处有局部缩小，则该处的应变速率增大，该处继续变形所需的应力也随之剧增，这就阻止了该处断面的继续缩小，促使变形向别处发展而趋于均匀，最终获得了更大的伸长率。由此可见，m值反映了材料抗局部收缩或产生均匀拉伸变形的能力。

15. 什么是塑性什么是塑性指标为什么说塑性指标只具有相对意义P40 塑性是指金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力，它是金属的一种重要的加工性能。

塑性指标是为了衡量金属材料塑性的好坏而采用的某些试验测得的数量上的指标。常用的试验方法有拉伸试验、镦粗试验和扭转试验。

由于各种试验方法都是相对于其特定的受力状态和变形条件的，由此所测定的塑性指标（或成形性能指标），仅具有相对的和比较的意义。

18. 变形温度对金属塑性的影响的基本规律是什么P46 随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并不是简单的线性上升；在加热过程中的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在一般情况下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个脆性区，包括低温的、中温的和高温的脆性区。

下图是以碳钢为例：区域Ⅰ，塑性极低—可能是由与原子热振动能力极低所致，也可能与晶界组成物脆化有关；区域Ⅱ，称为蓝脆区（断口呈蓝色），一般认为是氮化物、氧化物以沉淀形式在晶界、滑移面上析出所致，类似于时效硬化。区域Ⅲ，这和珠光体转变为奥氏体，形成铁素体和奥氏体两相共存有关，也可能还与晶界上出现FeS-FeO低熔共晶有关，为热脆区。

19. 什么是温度效应冷变形和热变形时变形速度对塑性的影响有何不同P48

温度效应：由于塑性变形过程中产生的热量使变形体温度升高的现象。冷变形时，随着应变速率的增加，开始时塑性略有下降，以后由于温度效应的增强，塑性会有较大的回升；而热变形时，随着应变速率的增加，开始时塑性通常会有较显著的降低，以后由于温度效

应的增强，而使塑性有所回升，但若此时温度效应过大，已知实际变形温度有塑性区进入高温脆区，则金属的塑性又急速下降。

第三章金属塑性变形的力学基础

1. 如何完整的表示受力物体内任一点的应力状态原因何在（用文字叙述）用过受力物体内一点互相正交的三个微分面上的九个应力分量来表示该点的应力状态。

原因：如果一直一点三个互相垂直的微分面上的九个应力分量，就能够求出过该点的任一面上的应力分量。

2. 叙述下列术语的定义或含义：

应力张量表示点应力状态的九个应力分量构成一个二阶张量，称为应力张量；. 应力张量不变量：从应变张量中扣除球应变张量所剩余的应变张量。主应力：在某一斜微分面上的全应力S和正应力ζ重合，而切应力η =0，这种切应力为零的微分面称为主平面，主平面上的正应力叫做主应力；

主切应力：切应力达到极值的平面称为主切应力平面，其面上作用的切应力称为主切应力。

最大切应力：三个主切应力中绝对值最大的一个，也就是一点所有方位切面上切应力最大的，叫做最大切应力η max

主应力简图（会画）：只用主应力的个数及符号来描述一点应力状态的简图称为主应力图。

八面体应力：在主轴坐标系空间八个象限中的等倾微分面构成一个正八面体，正八面体的每个平面称为八面体平面，八面体平面上的应力称为八面体应力；等效应力：取八面体切应力绝对值的3 倍所得之参量称为等效应力。

4. 试说明应力偏张量和应力球张量的物理意义。P71 应力偏张量只能产生形状变化，而不能使物体产生体积变化，材料的塑性变形是由应力偏张量引起的；应力球张量不能使物体产生形状变化（塑性变形），而只能使物体产生体积变化。

5、等效应力有何特点写出其数学表达式。

1）等效应力是一个不变量

2）等效应力在数值上等于单向均匀拉伸（或压缩）时的拉伸（或压缩）应力

3）等效应力并不代表某一实际平面上的应力，因而不能在某一特定的平面上表示出来

4）等效应力可以理解为代表一点应力状态中的应力偏张量的综合作用。数学表达式：

对主坐标轴：

对任意坐标轴：

12. 叙述下列术语的定义或含义

相对线应变：单位长度上的线变形，只考虑最终变形；

工程切应变：将单位长度上的偏移量或两棱边所夹直角的变化量称为相对切应变，也称工程切应变。

切应变：定义为切应变。

对数应变：塑性变形过程中，在应变主轴方向保持不变的情况下应变增量的总和，记为它反映了物体变形的实际情况，故称为自然应变或对数应变；

最大切应变：三对主切应变中，绝对值最大的成为最大切应变；应变张量不变量：若已知一点的应变张量来求过该点的三个主应变，也存在一个/ 应变状态的特征方程：

对于一个确定了的应变状态，三个主应变具有单值性，故在求主应变大小的应变状态特征方程中的系数I1、I2 、I3 也应具有单值性。

主应变简图：用主应变的个数和符号来表示应变状态的简图；

等效应变：取八面体切应变绝对值的√2 倍所得之参量。

应变速率：单位时间内的应变称为应变速率，俗称变形速度，用ε & 表示，其单位为s -1 ；

13. 如何完整地表示受力物体内一点的应变状态原因何在（用文字叙述）一点的可用该点三个互相垂直的方向上的九个应变分量来表示。原因：若已知一点互相垂直的三个方向上的九个应变分量，则可求出过该点任意方向上的应变分量，则该点的应变状态即可确定。14. 试说明应变偏张量和应变球张量的物理意义。

应变偏张量ε ij / 表示变形单元体形状的变化；

应变球张量δ ij εm 表示变单元体体积的变化；

塑性变形时，根据体积不变假设，即ε m = 0，故此时应变偏张量即为应变张量

15. 塑性变形时应变张量和应变偏张量有何关系其原因何在塑性变形时应变偏张量就是应变张量，这是根据体积不变假设得到的，即ε m = 0 ，应变球张量不存在了。

16. 用主应变简图表示塑性变形的类型有哪些三个主应变中绝对值最大的主应变，反映了该工序变形的特征，称为特征应变。如用主应变简图来表示应变状态，根据体积不变条件和特征应变，则塑性变形只能有三种变形类型

①压缩类变形，特征应变为负应变（即ε 1< 0）另两个应变为正应变。

②剪切类变形（平面变形），一个应变为零，其他两个应变大小相等，方向相反。

③伸长类变形，特征应变为正应变，另两个应变为负应变。

17. 对数应变有何特点它与相对线应变有何关系对数应变能真实地反映变形的积累过程，所以也称真实应变，简称真应变。它具有如下特点：

①对数应变有可加性，而相对应变为不可加应变；②对数应变为可比应变，相对应变为不可比应变；③相对应变不能表示变形的实际情况，而且变形程度愈大，误差也愈大。对数应变可以看作是由相对线应变取对数得到的。

20、塑性加工中常用的变形量计算方法有哪些

1、绝对变形量2 、相对变形量3 、用面积比或线尺寸表示的变形量

21. 叙述下列术语的定义或含义：屈服准则：在一定的变形条件（变形温度、变形速度等）下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为屈服准则，也称塑性条件，它是描述受力物体中不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须遵守的力学条件；

22. 常用的屈服准则有哪两个如何表述分别写出其数学表达式。常用的两个屈服准则是屈雷斯加屈服准则和米赛斯屈服准则屈雷斯加屈服准则可以表述为：在一定的变形条件下，当受力体内的一点的最大切应力σ max达到某一值时，该点就进入塑性状体。

米赛斯屈服准则可以表述为：在一定的变形条件下，当受力体内一点的等效应力ζ达到某一定值时，该点就进入塑性状态。