1、18第 18 章 材料的变形与流动本章内容:塑性变形与流动 flow 规律,裂纹产生,摩擦对变形的影响。本章重点:预测速度场和位移场,了解应变场及形状尺寸变化,便于选工序设计模具。181 最小阻力定律定律:变形物体各质点向着阻力最小的方向移动应用方法:调整阻力,合理充型(流动)实际应用:1) 开式模锻(飞边槽,圆角)2) 拉深(拉深筋增加阻力)3) 镦粗(最小周边法则,有摩擦时)4) 拔长(拔长效率)19182 影响塑变和流动的因素1821 摩擦 friction无摩擦镦粗放射形流动, 有摩擦镦粗最小周边法则环形:无摩擦镦粗内外径均增加(放射形流动)1822 工具形状 shape of too
2、ls形状不一 流动阻力有差异应用:型砧制坯(效率高)1823 金属各部分之间的关系形体 完整、连续,为保让其它整性,未变形区 变形区总趋势:外端(未变形区)阻碍金属流动而变形区引起外端变形和应力。例:拔长,冲孔,弯曲201824 金属本身性质不均匀成分:组织,温度。 变形抗力小的部位先发生变形。应用:电热局部镦粗。结论:全面考虑影响流动和变形的因素后再加以正确分析。183 不均匀变形,附加应力与残余应力1831 均匀变形均匀变形:变形前彼此平行的平面和直线实现条件:均质,各向同性,等变形,无摩擦实际:塑性变形都是不均匀,例:镦粗圆柱体鼓形 双鼓形原因:接触摩擦。 实质:不均匀流动1832 附加
3、应力定义:物质为维持其整体性,在不均匀变形后21各部分之间产生相互平衡的应力产生原因:不均匀变形特点:附加应力相互平衡成对出现。定律:塑性变形时总是存在(变形总是不均匀)影响:1) 引起变形体应力状态变化,应力分布更不均匀 2) 提高了单位变形力产生附加应力时,消耗能量增加3) 降低塑性,甚至破坏变形体4) 造成形状歪扭,薄材:弯曲或波浪形5) 形成残余应力,即变形结束后仍然存在1833 残余应力定义:引起应力的外因去除后物体内仍残余的应力。特点:残余应力是弹性应力,小于屈服应力。产生原因:不均匀变形(或其它)影响:1) 再次变形时应力应变更不均匀222) 缩短制品寿命3) 使制品变形4) 增
4、加塑变抗力消除方法:1) 热处理:去应力退火2) 机械处理法:表面变形结论:消除表面层的残余拉应力,利用表面层的残余压应力。184 金属的断裂裂纹 必须防止内 部表 面1841 断裂的物理本质18411 基本类型23一 般 韧 性 断 裂完 全 韧 性 断 裂切 变 断 裂韧 性 断 裂 晶 间 断 裂穿 晶 断 裂多 晶 晶 面 指 数 低 的 晶 面解 理 断 裂单 晶脆 性 断 裂 ,:18412 微裂纹的形成机理微裂纹扩展断裂 微裂纹位 错 运 动 和 塞 积 微 裂 等夹 杂气 孔原 有 缺 陷 ,位错塞积,位错反应,位错消毁塑性 迅 速 扩 展不 能 松 驰塑 性 差 松 驰使 微
5、 裂 纹 尖 端 钝 化塑 性 好 的 材 料 通 过 塑 变 ., ,应力状态 拉 应 力 使 裂 纹 迅 速 扩 展压 应 力 抑 制 裂 纹 发 展1842 塑性加工中金属的断裂a)周向拉裂24b)穿晶断裂c) 锻造+字裂纹 d)e) 锻圆坯中心纵裂(中心拉应力)f) 拔长心部裂纹 (中心拉应力)g) 角裂(角部温度降低,阻力增大变形小而产生+ )挤压裂纹:变形不均匀 心部不受压,外部小受拉。拉拔裂纹:变形未深入到心部,外部变形大受压,心部未变形受拉。185 塑性成形时的摩擦1851 塑性成形时摩擦的特点及影响工具与金属间接触且相对运动 摩擦力特点:1) 高压( 5002500Mpa)
6、2) 变化 3) 高温( 800C1200C)有利有弊:引起不均匀应力,利用飞边阻力251852 分类及机理分类 半 流 体 摩 擦半 干 摩 擦流 体 摩 擦边 界 摩 擦干 摩 擦 机理 分 子 吸 附 学 说表 面 凹 凸 学 说1853 塑性成形时摩擦力计算18531 库伦摩擦条件( K)nu应用:三向压应力小,变形量小,冷成形18532 最大摩擦条件(按触表面间无相对滑动) SSK57.05.02应用:热变形2618533 摩擦力不变条件( )uSu2应用:挤压,大变形镦粗,模锻等(三向压力大)1854 影响摩擦系数 friction coefficient的因素1)金属本身 2)工具表面状态(接触表面 contact surface 粗糙度 finish)3)变形温度 4)变形速度 5)接触面上单位压力(单位接触面积 contact unit area)1855 摩擦系数 friction coefficient 测定方法夹钳轧制法 clipper-roll method:根据力平衡来计算27圆环锻粗法 method of upsetting circle ring:利用塑性理论做出标定曲线,然后将测试标曲线比较