湖南工业大学2016金属塑性成形

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资源描述

1.金属塑性成形:是金属加工的方法之一,他是在外力作用下使金属产生塑性变形,从而将工件加工成所需形状和尺寸的加工方法,也称塑性加工或压力加工。2.金属塑性加工的特点:组织性能得到改善和提高;材料利用率高;生产效率高适合大批量生产;尺寸精度高。3.金属塑性成形的分类:成形的特点不同(轧制,拉拔,挤压,锻造,冲压)靠压力变形(轧制,锻造,挤压)靠拉力变形(拉拔,冲压,拉形)靠弯矩和剪切(弯曲,剪切)。4.塑性加工按成形时温度不同:热成形,冷成形,温成形。5.塑性理论五点假设:(1)变形体是连续的,即整个变形体内不存在任何间隙。(2)变形体是均质的和各向同性的。(3)在变形的任意瞬间,力的作用是平衡的。(4)一般情况下忽略体积力的影响。(5)在变形的任意瞬间,体积不变。6.三个互相垂直的微分面上共有九个应力分量,其中三个正应力分量,六个切应力分量。表示一点的应力状态需要用坐标面上的九个应力分量来描述。7.主应力:切应力为零的平面叫做主平面,平面上的正应力叫做主应力,主平面的法线方向就是主应力的方向,叫做应力主方向或应力主轴。8.主切应力:切应力也随斜面上的方位而改变,当斜面上的切应力为极大值时,该切应力称为主切应力。主切应力作用的平面称为主切应力平面。9.应力张量的分解:按照叠加原理,表示受力物体内任一点应力状态的应力张量可以分解为应力球张量和应力偏张量两部分。10.球应力状态在任何斜面上没有切应力,所以他不能使任何物体产生形状变化(塑性变形)只能产生体积变化。11.应力偏张量是由原来的应力张量分解出球张量后得到的。12.八面体应力:正八面体的每个平面称为八面体平面,其面上的应力称为八面体应力。13.等效应力:将八面体切应力乘以,得到另一个表示应力状态不变量的参量,称为等效应力,也称为广义应力或应力强度。14.平面应力状态:在变形体为板料或者薄壁件时,常常可以认为某个平面上没有应力作用,这就是平面应力状态。15.平面应力状态的特点:(1)变形体内个质点与某一方向垂直的平面上没有应力作用,即z为主轴方向只有三个应力分量;(2)沿z轴方向均匀分布,即应力分量与z轴无关,对z的偏导数为零。16.平面应力状态中z方向虽然没有应力,但是有应变。只有在纯剪切时,没有应力的方向上才没有应变,纯切应力状态属于平面应力状态的特殊情况。17.平面变形:变形物体在某一方向上不产生称为平面变形,其应力状态称为平面应变状态下的应力状态,发生变形的平面称为塑性流平面。18.平面应变的应力状态特点:(1)不产生变形的方向为主方向,与该方向垂直的平面上没有切应力,即因而为主应力。(2)在z方向有阻止变形的正应力,对于弹性变形,式中v为泊松比;对于塑性变形,(3)所有应力分量沿z轴均匀分布,与z轴无关,对z的偏导数为零。19.轴对称应力状态:当旋转物体承受的外力对称于旋转轴分布时,则物体内的质点所处的应力状态称为轴对称应力状态。20.轴对称应力状态的特点:(1)由于子午面在变形过程中始终不会扭曲,所以在面上没有切应力等应力分量,而且是主应力。(2)各应力分量与坐标无关对的偏导数都为零。21.应力莫尔圆:应力莫尔圆上的两夹角是平面夹角的两倍。22.纯切应力状态的应力莫尔圆:有两个主切应力的值相等,有两个圆的大小是一样;另一个大圆的半径值是这两个小圆半径值的两倍。23.塑性变形时体积不变,故有I1=024.应变连续方程的物理意义:只有当应变分量之间的关系满足上诉方程时,物体变形后才是连续的。否者,变形后会出现撕裂或重叠,破坏变形物体的连续性。25.塑性变形时的变形程度用相对应变和对数应变来表示。26.对数应变的特点:(1)对数应变具有叠加性,为可加应变。(2)对数应变为可比应变。27.塑性变形前后体积不变。28.塑性变形三种类型:压缩类变形,剪切(平面)类变形,伸长类变形。29.平面变形:物体内所有质点都在一个坐标平面内发生变形,而在该平面的法线方向没有变形,这种变形就叫做平面变形。特别指出平面塑性变形时应变为零的方向的应力一般不等于零,其正应力是主应力且他是一个不变量。30.屈雷斯加屈服准则:材料的屈服与最大切应力有关,即当受力材料中的最大切应力达到某一定值k时,材料就会发生屈服其表达式为31.密席斯屈服准则:当等效力达到某定值时材料即行屈服,该定值与应力状态无关。或者说材料处于塑性状态时,其等效应力是一个不变的值。32.两个屈服准则的共同点:(1)屈服准则的数字表达式都是与坐标的选着无关,等式的左边都是不变量的函数。(2)三个主应力可以任意置换而不影响屈服,同时认为拉应力与压应力的作用是一样的。(3)各表达式都与应力球张量无关。但是应力球张量的三个分量都是拉应力,达到一定程度后材料就将脆断,不能发生塑性变形。33.屈服准则不同点:屈雷斯加屈服准则没有考虑中间应力的影响,三个主应力大小顺序不知时使用不方便,而密席斯屈服准则考虑了中间应力的影响,使用方便。34.屈服表面:密席斯屈服表面为圆柱面,屈雷斯加屈服表面为一个内接于密席斯圆柱面的正六棱柱面。35.两向应力状态下的屈服轨迹:该椭圆就是平面应力状态下的密席斯屈服轨迹,称为密席斯椭圆。屈雷斯加为一个内接于密席斯椭圆的六边形,称为屈雷斯加六边形。36.弹性变形时,应力—应变关系的特点:(1)应力与应变完全是呈线性关系,应力主轴与全量应变主轴重合。(2)弹性变形是可逆的,应力与应变之间是单值关系,加载与卸载的规律完全相同。(3)弹性变形时,应力球张量使物体产生体积变化,泊松比v小于0.5。37.塑性应力应变关系的特点:(1)塑性变形是不可恢复的,是不可逆的关系。(2)对于应变硬化材料,卸载后在重新加载,其屈服应力就是卸载时的屈服应力,比初始屈服应力要高。(3)塑性变形时可以认为体积不变,即应力球张量为零,泊松比v=0.5.(4)应力与应变之间的关系是非线性的,因此全量应变主轴与应力主轴不一定重合。38.列维-密席斯方程:只给出了应变增量与应力偏量之间的关系,由于,因而对应力球张量没有加以限制。(1)如果已知应变增量分量或应变速率分量,则只能求的应力偏张量或应力比值,不能直接求出各应力分量。(2)如果已知应力分量,只能求出应变增量或应变速率各分量之间的比值,而不能求出他们的数值。因此再前面假设条件下,应变增量与应力分量之间不完全是单值关系。39.普朗特-路艾斯理论与列维-密席斯的差别:就是前者考虑了弹性变形后者没有考虑弹性变形,实质上,可以把后者看成前者的特殊情况。40.增量理论:指出了塑性应变增量与应力偏量之间的关系,可以理解为他是建立各瞬时应力与应变增量的变化关系。增量理论能表达出加载过程对变形的影响,能反映出复杂的加载情况。并没有给出卸载规律,仅适用于加载情况,在卸载情况下按胡克定律。41.流动应力是金属塑性加工变形抗力的指标。42.拉伸变形过程三阶段:弹性变形,均匀塑性变形,局部塑性变形。43.消除接触表面间的摩擦是求得精确压缩实际应力-应变曲线的关键。44.实际应力-应变曲线的类型:幂指数硬化曲线;刚塑性硬化曲线;刚塑性硬化直线;理想刚塑性水平直线。45.对于几乎不产生加工硬化的材料,此时硬化指数n=0,可以认为实际应力-应变曲线是一水平直线,这就是理想刚塑性材料的模型。(忽略弹性变形,不产生加工硬化)46.包申格效应:这种随加载路径和方向不同而屈服应力降低的现象称为包申格效应。包申格效应可用缓慢退火消除。47.最小阻力定律:当变形体的质点有可能沿不同方向移动时,则物体各质点将向着阻力最小的方向移动。48.金属塑性的概念:金属在外力作用下能稳定的改变自己的形状和尺寸,各质点的联系不被破坏的性能称为塑性。49.影响金属塑性的因素:内应(晶格类型,化学成分,显微组织)外因(变形温度,变形速率,受力情况)不是一种固定不变的性质。50.塑性指标:塑性需要一种数量指标来表示,这就是塑性指标。51.变形温度对金属塑性的影响:一般趋势:随着温度的升高,金属塑性增加。但是某些金属材料在升温过程中,往往有过剩相析出或者有相变发生而使塑性降低。52.变形速率对金属塑性的影响:可以造成温度效应,改变金属的实际应力等。53.化学成分对塑性的影响:(1)碳对钢的性能影响最大,碳能固溶到铁里形成铁素体奥氏体,他们具有良好的塑性和低强度,当含碳量增加,超过铁的溶解能力,形成渗碳体,硬度高,塑性几乎为零。(2)磷是钢中的有害杂质,能溶于铁素体中,使钢强度,硬度高,韧性降低,冷脆性。(3)硫是钢中有害物质,发生热脆性。(4)氮,引起时效脆性(5)氢,氢脆现象。54.组织结构的影响:相组成的影响(单相组织比多相组织塑性好);晶粒度的影响(金属的合金晶粒越小塑性越好)铸造组织的影响(由于有粗大的柱状晶粒,杂质,气泡等缺陷,故使金属塑性降低)。55.应力状态的影响:主应力图中,压应力的个数越多,数值越大,即净水压力越大,则金属的塑性越好,反之拉应力多,数值大净水压力小,金属塑性越低。56.金属的超塑性:是指金属材料在一定的内部条件(金属组织状态)和外部条件(变形温度速率)下显示的极高塑性。在超塑性下金属伸长率可达百分百,有材料可达百分两千。57.超塑性的分类:结构超塑性(又称恒温超塑性,细晶粒超塑性);动态超塑性(也称相变超塑性或环境超塑性)。58.影响超塑性的因素:变形速率,变形温度,组织结构和晶粒度。59.加工硬化:金属的力学性能,随着变化强度的增加,金属的强度和硬度增加,塑性和韧性降低,这种现象称为加工硬化。60.加工硬化的有利:(1)加工硬化使金属的强度提高,塑性降低,这对金属冷变形工艺产生很大影响。加工硬化对一些不能通过热处理强化的金属材料,成为这些材料的强化的重要手段。(2)可以改善一些冷加工的工艺性。61.加工硬化的不利:由于金属屈服强度提高,相应的提高塑性加工设备的能力;同时塑性下降使金属继续变形困难,需要增加中间退火工艺,增加了生产成本,降低了效率。62.附加应力:由于物体内各部分不均匀变形受到物体整体性的限制,因而在各部分之间会产生相互平衡的应力,该应力叫做附加应力,或辅应力。63.附加应力的分类:第一类,变形体内各区域体积之间由不均匀变形所引起相互平衡的应力;第二类,各晶粒之间由于其性质,大小,方向不同,使晶粒之间产生不均匀变形引起的附加应力;第三类,存在于晶粒内部,是由晶粒内部各部分之间不均匀变形引起的。64.不均匀变形附加应力的不良后果:(1)使变形体的应力状态发生变化,导致应力分布更不均匀。(2)提高单位变形力。(3)使塑性降低,甚至可能造成破坏(4)造成物体形状的歪扭。(5)形成残余应力。65.残余应力:引起内应力的外因去除后在物体内仍残存的应力称为残余应力。残余应力是弹性应力,不超过材料的屈服应力。66.残余应力的分类:第一类,存在于变形物体的各大区之间;第二类,存在于各晶粒之间;第三类存在于晶粒内部。67.残余应力产生的原因:凡是塑性变形不均匀都会产生附加应力,当外力去除后由于附加应力是自相平衡的内应力,不会消失,将成为残余应力存在工件中;另外由于温度不均匀所引起的热效应,以及由相变过程所引起的组织应力都会形成残余应力。68.残余应力引起的后果:(1)有残余应力的变形物体在承受塑性变形时,其变形分布和内部应力分布更不均匀。(2)缩短制品的使用寿命(3)使制品的尺寸形状发生变化。(4)残余应力增加了塑性变形抗力。69.残余应力的消除方法:(1)热处理法,热处理法是较彻底消除消除残余应力的方法,即采用去应力退火。第一类残余应力回复温度就可以大部分消除,第二类退火温度接近再结晶时可以完全消除,第三类只有充分再结晶才可以消除。(2)机械处理法,这种方法是使制品表面在产生一些表面变形,使残余应力得到一定程度的释放和松弛,或者使之产生新的附加应力,来抵消制品内的残余应力或尽量减少其数值。70.塑性成形时摩擦的分类:干摩擦,边界摩擦,和流体摩擦,由此才可以派生出混合型摩擦,即半干摩擦和半流体摩擦。71.摩擦产生的原因:(1)表面凹凸学说,摩擦是由于接触面上的凹凸形状引起的。(2)分子吸附学说,认为摩擦产生的原因是由于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