金属塑性变形原理

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1、金属塑性变形原理1、变形和应力1．1塑性变形与弹性变形金属晶格在受力时发生歪扭或拉长，当外力未超过原子之间的结合力时，去掉外力之后晶格便会由变形的状态恢复到原始状态，也就是说，未超过金属本身弹性极限的变形叫金属的弹性变形。多晶体发生弹性变形时，各个晶粒的受力状态是不均匀的。当加在晶体上的外力超过其弹性极限时，去掉外力之后歪扭的晶格和破碎的晶体不能恢复到原始状态，这种永久变形叫金属的塑性变形。金属发生塑性变形必然引起金属晶体组织结构的破坏，使晶格发生歪扭和紊乱，使晶粒破碎并且使晶粒形状发生变化，一般晶粒沿着受力方向被拉长或压缩。1．2应力和应

2、力集中塑性变形时，作用于金属上的外力有作用力和反作用力。由于这两种外力的作用，在金属内部将产生与外力大小相平衡的内力。单位面积上的这种内力称为应力，以σ表示。σ=P/S式中σ——物体产生的应力，MPa：Ｐ——作用于物体的外力，N；Ｓ——承受外力作用的物体面积，mm2。当金属内部存在应力，其表面又有尖角、尖缺口、结疤、折叠、划伤、裂纹等缺陷存在时，应力将在这些缺陷处集中分布，使这些缺陷部位的实际应力比正常应力高数倍。这种现象叫做应力集中。金属内部的气泡、缩孔、裂纹、夹杂物及残余应力等对应力的反应与物体的表面缺陷相同，在应力作用下，也会发生应力

3、集中。应力集中在很大程度上提高了金属的变形抗力，降低了金属的塑性，金属的破坏往往最先从应力集中的地方开始。2、塑性变形基本定律2．1体积不变定律钢锭在头几道轧制中因其缩孔、疏松、气泡、裂纹等缺陷受压缩而致密，体积有所减少，此后各轧制道次的金属体积就不再发生变化。这种轧制前后体积不变的客观事实叫做体积不变定律。它是计算轧制变形前后的轧件尺寸的基本依据。H、B、L——轧制前轧件的高、宽、长；h、b、l——轧制后轧件的高、宽、长。根据体积不变定律，轧件轧制前后体积相等，即HBL=hbl2．2最小阻力定律钢在塑性变形时，金属沿着变形抵抗力最小的方向

4、流动，这就叫做最小阻力定律。根据这个定律，在自由变形的情况下，金属的流动总是取最短的路线，因为最短的路线抵抗变形的阻力最小，这个最短的路线，即是从该动点到断面周界的垂线。3、金属压力加工的摩擦当轧件和轧辊相接触时，轧辊作用于轧件的力有N和T。垂直于轧辊表面的力N叫正压力，沿轧辊表面切线方向的力T叫摩擦力。摩擦力与正压力的比值叫摩擦系数，以f表示，即f=T/N摩擦系数的大小与轧制温度、轧辊材质和轧辊表面状态等因素有关。轧钢生产中的摩擦系数一般根据下面的经验公式计算：对钢轧辊f=1.05-0.0005t轧-0.056v对铁轧辊f=0.94-0.

5、0005t轧-0.056v对表面粗糙度为5～20µm的磨光轧辊（包括钢轧辊和铁轧辊）f=0.82-0.0005t轧-0.056v式中f——摩擦系数；t轧——轧制温度，℃；v——轧制速度，m/s。4、变形抗力金属及合金的实际变形抗力取决于金属及合金的本性屈服极限σs、轧制温度、轧制速度和变形程度的影响，下面分别予以简单的讨论。（1）金属及合金屈服极限σs的影响通常用金属及合金的屈服极限σs来反映金属及合金本性对实际变形抗力的影响。但应注意，有些金属压缩时的屈服极限大于拉伸时的屈服极限。如钢压缩时的屈服极限比拉伸时约大10％；而有些金属压缩和拉

6、伸时屈服极限相同。因此，在选取σs时，一般最好用压缩时的屈服极限，因它与轧制变形较接近。对有些金属在静态机械性能实验中很难测出σs，尤其是在高温下更是困难，这时可以用屈服强度σ0.2来代替。近年来由于热变形模拟试验机的出现，为各种状态下的σs的测定提供了有利条件。σs是在一定条件下测得的，其值可查有关资料。（2）轧制温度的影响轧制温度对金属屈服极限有很大影响。一般情况是随着轧制温度升高，屈服极限下降，这是由于降低了金属原子间的结合力。轧制温度对金属屈服极限的影响用变形温度影响系数nT来表示。其值可由有关资料查得。在确定温度影响系数时，一方面

7、要有可靠的屈服极限与温度关系的资料，另一方面还要确定出金属热轧时的实际温度，也就是要确定热轧时温度的变化。（3）变形程度的影响变形程度影响系数可以分冷轧和热轧两种情况。冷轧时，金属的变形温度低于再结晶温度，因此金属只产生加工硬化现象，变形抗力提高。所以在冷轧时只需要考虑变形程度对变形抗力的影响。在一般情况下，这种影响是用金属屈服极限与压缩率关系曲线来判断的，其变化规律对不同金属是不同的，合金要比纯金属大些。热轧时，金属虽然没有加工硬化，但实际上变形程度对屈服极限是有影响的。各种钢的实验表明，在较小变形程度时（一般在20%～30％以下），屈服

8、极限随变形程度加大而剧烈提高，在中等变形程度时，即大于30％，屈服极限随变形程度加大，提高的速度开始减慢，在许多情况下，当继续增大变形程度时，屈服极限反而有些降低。所以在热轧时也