《材料成型金属学》教学资料：第4章 金属的塑性变形抗力.ppt

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1、4.金属的塑性变形抗力PlasticDeformationResistanceofMetals4.1塑性变形抗力的基本概念及测定方法变形力:塑性加工时,使金属发生塑性变形的外力.变形抗力：金属抵抗变形力之力.材料在一定温度、速度和变形程度条件下，保持原有状态而抵抗塑性变形的能力。在所设定的变形条件下，所研究的变形物体或其单元体能够实现塑性变形的应力强度。变形抗力与变形力数值相等,方向相反.不同金属材料变形抗力不同.4.1.1塑性变形抗力的基本概念金属塑性加工过程都是复杂的应力状态，同一金属材料，变形抗力比单

2、向应力状态大得多。实际测试的变形抗力P=σs+qσs材料在单向应力状态下的屈服应力q–反映材料受力状态（工具与变形物体外表面接触摩擦）所引起的附加抗力值。变形抗力的数学表达式：单向拉伸：——单向拉伸应力同一金属材料,在一定变形温度、变形速度和变形程度下，以单向压缩（或拉伸）时的屈服应力（σs）的大小度量其变形抗力。当屈服点不明显时，常以相对残余变形为0.2%时的应力σ0.2作为屈服应力（变形抗力）。4.1.2变形抗力的测定方法条件：简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布拉伸试验法：压缩试验法扭转试验法

3、1.拉伸试验法：试样：圆柱体，应力状态：单向拉伸，并均匀分布。所测出的拉应力即为变形抗力:式中，F—测定时试样的横断面积；P—作用在F上的力。拉伸过程中的变形分布：均匀。当将试样的l0长度均匀拉伸至l时，其变形为：优点：变形较均匀，其不均匀变形程度比压缩变形小得多。缺点：均匀变形程度小，一般≤20~30%2.压缩试验法应力状态：单向压缩；变形抗力为：式中，P—压缩时变形金属所承受的压力；F—试样在承受P力作用时所具有的横断面积。试样由高度h0压缩到h时，所产生的变形为：优点：能产生更大变形缺点：与拉伸相比，

4、变形更不均匀，由于接触摩擦，实测值稍偏高。消除或减小接触摩擦对变形的影响可采取的措施：1）试样端部涂润滑剂，加柔软垫片等；2）适当增大H/d值，但不能使H/d>2~2.5，否则压缩过程中试样易弯曲而使压缩不稳定。3.扭转试验法在圆柱体试样的两端加以大小相等、方向相反的转矩M，在此作用下试样产生扭转角φ。在试验中测定φ值。应力状态：纯剪切。但此应力状态的分布不均匀：d0—圆柱体试样工作部分的直径；r—所测点至试样轴线的距离。变形中τ随r的变化不呈线性关系，而是取决于函数τ（γ）的复杂规律变化。为降低不均匀性，

5、可取空心管试样F0—环的面积（试样断面积）；d平—环平均直径。数据换算到另外变形状态有困难，且在大变形时，纯剪切遭到破坏等原因，未广泛应用。4.2.1化学成分对塑性变形抗力的影响对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形抗力也大。同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显著影响。原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；2）形成化合物3）形成第二相组织，使σS增加。4.2金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响间隙固溶强化C、N等溶质原子嵌入α-Fe晶格

6、的八面体间隙中,使晶格产生不对称正方性畸变造成强化效应.铁基体屈服强度随间隙原子含量增加而变大.铁的屈服应力和含C量的关系碳：在较低温度下随钢中含碳量的增加,钢的变形抗力升高,温度升高时影响变弱.低温时影响远大于高温时.不同变形温度和变形速度下，含C量对碳钢变形抗力的影响－－静压缩，……－动压缩氮：高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小，以致于不会引起热变形抗力显著改变，但氮可以通过如氮化铝或氮化钛等氮化物的形成而引起奥氏体晶粒细化，从而影响热变形抗力。置换式固溶元素：在置换型合金中使用的元素通过固溶强化、

7、沉淀硬化和晶粒细化来达到强化目的，其强化方式同钢在室温下的强化方式相类似。Mn、Si、Cr、Ni。复合添加:变形抗力提高。4.2.2组织对塑性变形抗力的影响基体金属原子间结合力大，σS大。2.单相组织和多相组织单相：合金含量越高，σS越大。原因：晶格畸变。单相σS<多相：硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则σS高。第二相越细、分布越均匀、数量越多，则σS越高。原因：质点阻碍滑移。例：退火时第二相聚集为较大颗粒；淬火时弥散分布在基体上。3.晶粒大小：d↓,变形抗力↑。4.夹杂物的存在：变形抗

8、力↑。合金变形抗力>纯金属。◆屈服强度与晶粒直径的关系1-Al;2-钢；3-Ni;4-碳钢（0.05C);5-碳钢（0.2%C）；6-Mo4.3应力状态对塑性变形抗力的影响变形抗力：挤压>轧制；孔型中轧制>平辊轧制；模锻>平锤头锻造；压应力状态越强，变形抗力越大。挤压应力状态：三向压拉拔应力状态：一拉二压挤压>拉拔C.U.帕特涅尔拉伸试验：加以220MPa的径向应力可使变形抗力和塑性明显升高。静水压力：金属的变形