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有色金属压力加工原理考试复习资料题

有色金属压力加工原理

绪论

1、★★★金属压力加工与切削加工、铸造等方法相比，具有哪些主要优点？

答：

1、可改善金属的组织和性能

2、因无（少）废屑，可节约大量的金属

3、上产率高

4、产品规格多

2、金属压力加工方法主要有哪些？

答：

1、锻造分自由锻和模锻

2、轧制分纵扎、横轧和斜扎

3、挤压分正挤压和反挤压

4、拉伸

★★★★名词解释：

锻造：

利用外力，通过工具或模具使金属变形的加工方法。

轧制：

坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间（平的或成型的），以获得一定截面形状的产品的加工方法。

挤压：

对挤压筒内的锭坯一端施加压力，使其通过模空以实现塑性变形的方法。

拉伸：

对金属坯料一端施加压力，使其模孔产生塑性变形的加工方法。

3、塑性成形方法轧制（纵扎）、拉拔、正挤压、反挤压和镦粗？

P3图

第一章金属压力加工的力学和热力学条件

1-1力和应力

4、★★什么叫做外力？

以及外力分类？

答：

在压力加工过程中，作用在金属表面上的力，叫做外力。

外力分为作用力和约束反力

作用力：

它是使金属产生塑性变形的力，也称为主动力。

约束反力：

工件在主动力作用下，其运动受到工具阻碍而产生的力，成为约束反力。

5、★★什么叫做内力？

什么是第一种内力和第二种内力？

答：

由外力而引起金属内各质点间产生相互作用的力，成为内力。

第一种内力：

为平衡外力的机械作用将产生内力，这是第一种内力。

第二种内力：

在某些条件下，由于金属工件各部分变形的大小不同，在金属内部产生的自相平衡的内力，称为第二种内力。

6、★什么叫做应力？

分类和单位？

答：

在外力作用下，金属内部产生了内力，单位面积上的内力称为应力。

分为正应力（垂直分量）和切向应力（切向分量）。

帕Pa和兆帕MPa1MPa=10^6Pa=0.1kg/mm^2=1N/mm^2

1-2应力状态和变形状态

7、★什么是金属处于应力状态？

答：

所谓金属处于应力状态就是金属内的原子被迫偏离其平衡位置的状态。

8、★★★绘制应力状态图P07

9、★什么是主应力状态、主应力、主平面、主切平面、主切应力？

答：

金属在实际变形过程中，存在着这样的应力状态，即在变形区某点的单元六面体上只作用着正应力，没有切应力，我们把这样的应力状态称之为主应力状态。

这些正应力称之为主应力。

作用着主应力的平面称为主平面。

与主平面成45度角的平面，称为主切平面。

主切平面上作用的切应力，称为主切应力。

10、★什么是九种主应力状态图？

P09

答：

分为线应力状态、平面应力状态和体应力状态。

线应力状态（2种）：

一个拉应力、一个压应力

平面应力状态（3种）：

一个为两向压应力、一个为两向拉应力、一个为一向压应力和一向拉应力

体应力状态（4种）：

一个为三向压应力、一个为三向拉应力、一个为两向压应力和一向拉应力和一向压应力和两向拉应力

在上述九种主应力状态图中，★★实际生产上只存在这一向压应力状态图是没有的。

11、什么是变形力学图？

P12

答：

变形体内一点的主应力图和主变形图的结合，称为变形力学图。

12、★★★★挤压优于平辊轧制的原因是什么？

答：

平辊轧制和挤压时，主应力状态均为三向压应力，但轧制时主变形图示为两

向延伸一向压缩。

而挤压时的主变形图示为两向压缩一向延伸。

从有利于最大发

挥金属的塑性来看，挤压法优于轧制法，因为两向压缩一向延伸的变形与两向延

伸一向压缩的变形相比，可以减小金属内部造成缺陷给变形造成的危害。

另外，

挤压时静水压力强度也比轧制时大，对于一些低塑性的金属及合金，采用挤压法

较容易进行压力加工。

1-3金属压力加工的热力学条件

补充：

★★★★变形温度与加热温度的区别？

答：

塑性变形时金属所具有的温度，称为变形温度。

变形温度不同于加热温度，

加热温度指得是金属在变形前加热时的某一固定温度。

由于金属塑性变形过程不

可能在某瞬间完成，所以金属塑性变形的温度条件，并不是指某个固定的温度，

而是指某个最有利于金属塑性变形的温度范围。

13、★★绝对变形量、相对变形量计算？

答：

金属塑性变形前后某主轴方向上尺寸改变的总量，称为绝对变形量。

分为绝对压下量、宽展量、伸长量。

（管材有减径量和减壁量）

相对变形量分为第一类相对变形量（是指工件绝对变形量与工件原始尺寸的比值

）第二类相对变形量（是指工件绝对变形量与工件变形后尺寸的比值）

14、★★什么是变形中的热效应和温度效应？

答：

由于塑性变形时的复杂现象（滑移、孪晶等），造成耗于塑性变形时部分能

量转化为热能。

这种塑性变形过程中变形能转化为热能的现象，称为热效应。

塑性变形时转化的热能，一部分散失于周围介质中，其余部分使金属温度升高。

这种由于塑性变形过程中产生的热量而使变形金属温度升高的效果，称为温度效

应。

第二章金属塑性变形的机构及条件

2-1金属变形过程和断裂

15、什么是变形？

答：

压力加工时，金属在外力作用下，会发生形状和尺寸的改变，称为变形。

16、★★★金属变形的四个阶段？

答：

弹性变形阶段、屈服阶段、塑性变形阶段、断裂。

17、★★断裂的种类？

答：

脆性断裂：

金属未出现明显塑性变形就发生的断裂，称为脆性断裂。

韧性断裂：

金属出现了明显的塑性变形后才产生的断裂称为韧性断裂。

18、断裂过程的三个步骤？

答：

显微裂纹的产生、裂纹的扩展和聚合、宏观性的破坏。

2-2单晶体的塑性变形

19、★★三种晶格滑移系个数？

P26

20、★★什么是临界切应力？

答：

能够引起滑移的最小分切应力称为临界切应力。

21、★★滑移的实质？

答：

晶体的滑移是在切应力作用下通过位错在滑移面上的移动来完成的。

22、什么是位错？

以及位错的分类？

答：

所谓位错，就是在一个晶体中，相邻晶面内原子排列发生错排，这种局部原

子面的错排称为位错。

位错分为刃型位错和螺型位错两种。

2-4金属塑性变形遵循的基本定律

23、★★★金属塑性基本定律内容？

答：

弹塑性共存定律：

金属在塑性变形过程中，同时伴随有弹性变形的存在，这

个规律被称之为弹塑性共存定律。

体积不变定律：

金属塑性变形前后的体积是不变的。

这就是所谓的体积不变

定律。

最小阻力定律：

金属在塑性变形过程中，变形区内的金属质点有朝着各个方向自由流动的可能时，则它们一定朝着对其阻力最小的方向流动。

这种流动规律称为最小阻力定律。

第三章压力加工中的摩擦与润滑

3-1压力加工中摩擦的特点和影响

24、压力加工时摩擦力的特点？

答：

1、接触表面所承受的压强大

2、摩擦对的表面不断更新

3、摩擦对性质差别大

4、高温下的摩擦对润滑带来很大影响

25、外摩擦对金属压力加工过程的影响？

答：

1、引起不均匀变形

2、改变应力状态，增大变形抗力

3、降低了工具的使用寿命

4、摩擦的有利作用（强化摩擦是轧件顺利咬入、挤压摩擦产生死区提高产品表面质量）

3-2摩擦产生的原因及分类

26、★摩擦的分类？

答：

干摩擦：

是指坯料与工具接触面之间没有任何润滑剂存在的摩擦。

流体摩擦：

当坯料与工具表面之间被润滑剂隔开时的摩擦称为流体摩擦。

边界摩擦：

介于流体摩擦和干摩擦之间的摩擦称为边界摩擦，或称为边界摩擦。

补充：

★★影响摩擦系数的因素？

答：

1、金属种类和化学成份

2、工具表面的粗糙度

3、单位压力

4、变形温度

5、变形速度

6、润滑剂

3-4压力加工时的润滑和润滑剂

27、润滑的目的？

答：

1、降低变形时的能量消耗

2、提高制品质量

3、减少工具磨损、延长工具使用寿命

28、★★压力加工对润滑剂的要求？

答：

1、良好的耐热、耐压性能

2、适当的粘度和闪点

3、冷却性好

4、无蚀、无毒

5、易去除

6、成本低

第四章金属塑性变形的不均匀性

4-1一般概念

29、什么是均匀变形？

不均匀变形？

答：

变形区内金属各质点的变形状态是相同的称为均匀变形。

否则统称为不均匀变形。

30、为实现均匀变形必须满足的条件？

答：

1、变形金属的物理性能完全相同且各向同性

2、整个物体任何瞬间承受相等的变形量

3、接触表面没有外摩擦

4、整个变形金属同时处于工具的直接作用下，即不存在刚端影响

5、变形时，金属内任意质点处的温度相同，变形抗力相等，应力状态一样。

31、★研究变形分布的方法？

答：

网格法、硬度法、比较晶粒法。

32、★什么是基本应力和附加应力？

答：

基本应力：

在变形过程中，由外力引起的与外力相平衡的应力，称为基本应力。

附加应力：

金属不均匀变形受到其整体性限制，而引起金属内相互平衡的应力。

33、★★附加应力的分类？

答：

根据不均匀变形的相对范围大小，按宏观级、显微级、和原子级的不均匀性

可把附加应力分为三类：

第一类附加应力：

变形金属大部分体积之间存在的附加应力，称为第一类附加应力。

第二类附加应力：

变形金属晶粒之间存在的附加应力，称为第二类附加应力。

第三类附加应力：

晶粒内部品格各部分之间存在的附加应力，称为第三类附加应力。

34、什么是工作应力？

答：

金属开始塑性变形之后，不均匀变形产生的附加应力与变形金属内的基本应

力叠加在一起，改变了原基本应力在变形金属内的分布，形成了使金属产生塑性

变形的工作应力。

（在变形不均匀分布时，工作应力等于基本应力与附加应力的

代数和）

4-2变形和应力不均匀分布的原因

35、引起变形及应力不均匀分布的主要原因？

答：

1、接触表面上的外摩擦

2、变形区几何因素

3、工具和变形金属的轮廓形状

4、变形时的温度

5、金属的性质以及变形金属的刚端

36、什么叫侧面翻平？

答：

由于外摩擦引起的不均匀变形时，与形成鼓形有密切关系的是常发现侧表面

的金属局部地转移到接触表面上来的现象，这种现象称为侧面翻平。

37、产生单鼓、双鼓的原因？

答：

平锤间镦粗圆柱体金属试件在变形力P的作用下，金属试件受到压缩而使高

度减小，横截面积增加。

若接触表面上无摩擦力影响，并认为材料的性能是均匀

的，则发生均匀变形。

但由于接触表面上有摩擦的存在，使接触表面附近金属变

行流动困难，而离上、下表面较远的中心部分变形比较容易，其变形量比上下表

面附近大得多，因而使圆柱体坯料镦粗后变成鼓形。

单鼓形：

金属塑性加工过程

中变形体不同工模具直接接触的侧表面所呈现的鼓肚变形现象。

双鼓形：

金属塑

性加工过程中同工模具没有直接接触的变形体侧表面所呈现的形如双鼓状的变

形现象。

38、★★★★产生单鼓形、双鼓形的条件？

答：

镦粗圆柱体试件中，当试件原始高度与直径之比H/D《2时，将产生单鼓形

不均匀变形。

当试样的高度较大H/D>2，且变形程度较小时，只能产生表面层变

形，而中间部分金属不会产生塑性变形，结果导致形成双鼓。

39、刚端的作用？

答：

由于不变形的刚端与变形区直接相连接，所以在变形过程中它们之间要发生

相互影响，刚端的作用影响着变形金属的变形、应力及速度分布；同时变形区内

金属的变形、流动也给刚端以影响。

在产生单鼓变形时，沿高向上处于中间的区

域高向变形最大，而靠近接触表面的区域高向变形逐渐减小，甚至不发生塑性变

形。

根据体积不变定律，这种高向变形的不均匀会导致纵、横变形的不均，即在

高向变形大的部位产生的自由延伸与宽展也大；在高向变形小的部位产生的自由

延伸与宽展也小。

但是由于金属是一个整体，这种自由延伸会受到刚端的限制，

而使纵向延伸趋于一致，即刚端对纵向变形有强迫“拉齐”的作用。

由于刚端的

强迫“拉齐”的作用，使纵向变形不均匀减小，横向变形不均匀性增加。

4-3变形和应力不均匀分布的后果

40、★★变形及应力不均匀分布引起的后果有哪些？

答：

1、改变变形金属内部的应力分布和状态

2、造成金属的破坏或歪扭

3、使产品质量降低

4、变形抗力升高、塑性下降

5、技术操作复杂

41、★★减轻变形及应力不均与分布分措施有哪些？

答：

1、尽量使坯料的成分和组织均匀

2、正确选定变形温度—速度制度

3、尽量减小接触表面外摩擦的有害影响

4、合理设计加工工件形状

5、涂层、预热工具

6、包复

4-4残余应力

42、残余应力的来源？

答：

变形不均、加热不均、冷却不均

43、残余应力引起的后果有哪些？

答：

1、加剧了变形的不均匀性

2、缩短了零件的使用寿命

3、使制品的尺寸形状发生变化

4、使金属的变形抗力升高，塑性降低

5、降低了金属的耐蚀性

44、减小或消除残余应力的措施有哪些？

答：

1、确定合理的变形力学条件和工艺条件

2、变形后进行热处理

3、变形后进行机械处理

第五章金属压力加工诸方法的应力与变形特点

5-1金属在平锤间镦粗时的应力及变形特点

45、★★★★分析圆柱体平锤镦粗产生三个变形区的特点及原因？

答：

难变形区：

这是和上下压头相接触的区域。

该区域金属变化很小。

原因：

由

于金属坯料端面直接与工具表面相接触，受摩擦力影响最大，故使金属处于较强

的三向压力状态中，且越靠近坯料中心接触表面，三向压缩程度越强烈，从而使

这个区域的金属变形最为困难，变形也最小。

大变形区（易变形区）：

处于上下两个难变形锥体之间的部分，其变形程度比其

它两个区域程度都大，故称为大变形区。

原因：

该区金属虽然扔处在三向压应力

状态中，但由于这部分金属受接触摩擦力的影响较小，因而水平方向上的径向分

力和周向压应力较小；同时由于这个区域的金属处于与外力成45度角最利于金

属变形的方位，所以金属在轴向压应力作用下，不仅是在轴向还是径向都将产生

较大的变形，故有“易变性区”之称。

小变形区（自由变形区）：

它处在II区四周和鼓形侧表面包围的区域。

其变化程

度介于I、III区之间。

原因：

由于该区外侧是自由表面，受端面接触摩擦力又小，

在不考虑，因鼓形引起不均匀变形产生的附加拉应力时，该区表层近似为单向压

力状态。

III区金属在较小轴向压应力作用变形时，受到工具和金属整体限制，

故变形程度不大。

5-2平辊轧制时金属的应力及变形特点

46、★★什么是前滑、后滑、中性面？

答：

前滑：

轧件的出口速度大于该处轧辊圆周速度的现象叫前滑。

后滑：

轧件入口速度小于入口断面上轧辊水平速度的现象叫后滑。

中性面：

在变形区内，轧件的流动速度与轧辊圆周速度一致的截面叫中性面。

47、★★★★★镦粗圆柱体表面产生轴向裂纹论述其原因？

答：

镦粗时圆柱体侧表面大多数处于变形区的III区，在镦粗变形过程中II区比

III区变形量大，III区就会像一个II区外面的一个箍。

所以在镦粗时，III区就会

产生周向附加拉应力，当周向拉应力大于材料抗拉强度时会产生近似于垂直拉

应力的纵向裂纹。

48、★★★★厚轧件形成内部横裂的原因？

答：

由于厚度较厚变形不深入，表层变形大于内部变形程度，从而使内部产生附

加拉应力，此外坯料加热不良产生硬心会加剧表层与内部变形不均匀。

使内部承

受更大的拉应力。

5-3棒材挤压时的应力及变形特点

49、★挤压表面产生周期性的横向裂纹的原因？

答：

中心层的变形程度大于表层变形程度，表层承受轴向拉应力，裂纹的产生与

扩展是能量消耗的过程。

1，随着挤压出扣的增加残余应力会增加。

2，产生裂纹

会消耗部分能量会使表面附加拉应力减小，从而产生周期性裂纹。

裂纹产生的速

度方向为径向，金属的运动方向为轴向。

第六章金属的塑性

6-1塑性、塑性指标、塑性图

50、★★★塑性测量的方法有哪些？

答：

1、拉伸试验：

延伸率和断面收缩率

2、冲击韧性试验：

冲击韧性值

3、镦粗试验：

出现第一条裂纹时的最大压缩率

4、扭转试验：

破裂前的扭转数n

5、弯曲试验：

线材弯曲（次数）、板材弯曲（角度）

6、扩管试验：

出现第一条裂纹前管子直径的相对增长量

7、深冲（杯突）试验：

底部出现裂纹时帽的深度H

补充：

★★塑性图：

以不同试验方法测定的塑性指标，如δ、ψ、αk、n、等为纵坐标，以温度为横坐标绘制而成的塑性指标随温度变化的曲线图形，称为塑性图。

6-2影响金属塑性的内部因素

51、★★影响金属塑性的内部因素有哪些？

答：

化学成份、晶体的结构和组织状态。

6-3影响金属塑性的外部因素

补充：

★★★★氢在钛中有害作用的实质：

氢与钛形成TiH2氢钛化合物，具有面心立方晶格，多以片状优先沿晶界，滑移面、孪晶面析出，使晶界处强度降低而造成断裂。

★★铝含量低于8%，能是钛合金保持足够塑性。

但超过8%将使钛的塑性几句下降。

52、影响金属塑性的外部因素？

答：

一、变形温度

1、发生了回复和再结晶、

2、产生了新的塑形变形方式

3、滑移系增加

4、金属的组织结构发生变化

5、温度升高，晶界强度下降，使得晶界滑移容易进行---★★低温、中温、高温脆性区（温度由经过零度上升到熔点时，可能出现三个脆性区）

二、变形速度★★变形速度对金属塑性影响的一般趋势是当变形速度不大时，随

着变形速度的提高塑性降低；而在变形速度较大时，随着变形

程度的提高塑性增加。

实质是变形热效应在起作用。

三、变形程度变形程度对塑性的影响是通过变形金属内部组织结构的变化而

起作用的。

四、应力状态★★在应力状态中，压应力个数越多，数值越大，即静水压力越大，

则金属的塑性越高。

由此得出，压力加工时最利于金属塑性发

挥的是三向压应力状态；两向压应力和一向拉应力状态次之；

两向拉应力和一向压应力状态更次，三向拉应力状态最差。

五、变形状态★★三向压应力状态和两向压缩延一向延伸的主变形图所组成的变形力学图最优利于金属塑性的发挥。

六、加工工件尺寸随着加工体积的增大塑性有所降低，但当体积增大带一定程

度后，塑性不再减小。

七、周围介质

6-4提高塑性的主要途径

53、★★★提高塑性的主要途径有哪些？

答：

1、控制化学成份，改善组织结构，提高材料的成份和组织的均匀性

2、采用合适的变形温度、速度制度。

变形时创造最适宜的温度速度条件，

是压力加工中应用最普遍的措施。

3、采用最适宜的变形力学图

4、减少外摩擦的有害作用

5、创造良好的周围环境

6-5超塑性简介

54、★什么是超塑性？

答：

材料的延伸率超过100%的现象称为超塑性。

55、★超塑性的特点？

答：

1、大延伸

2、无缩颈

3、小应力

4、易成形

56、★超塑性的分类？

答：

1、结构超塑性

2、相变超塑性

第七章金属的变形抗力

7-1变形抗力的概念

57、★什么是变形力、变形抗力？

答：

压力加工时使金属产生塑性变形的外力称为变形力。

金属抵抗变形的力称为

变形抗力。

7-2影响金属塑性变形抗力的内部因素

58、★★★★影响变形抗力的内部因素有哪些？

答：

一、化学成份

1、杂质元素的影响

2、合金元素对变形抗力的影响

二、组织结构

1、基体金属

2、单相和多组织结构

3、晶粒大小

7-3影响金属塑性变形抗力的外部因素

59、★★★★影响变形抗力的外部因素有哪些？

答：

一、变形温度所有金属及合金的变形抗力都随变形温度的升高而降低。

二、变形速度随变形速度的增加，变形抗力增加，但在不同温度范围内，

变形抗力的增加程度不同。

三、变形程度通常变形程度在30%以下时，变形抗力的增加比较显著，当

变形程度较高时，随着变形程度的增加变形抗力增加变得比

较缓慢。

四、应力状态同号图的变形抗力大，异号图的变形抗力小。

同号抵消异号

叠加。

五、其他因素1、摩擦力对变形抗力的影响（工件与工具接触表面摩擦系数

越大，则所形成的三向压应力状态最强，因而使金属的变

形抗力越大）（金属与工具的相对接触面积越大，三向应力

状态越强，金属变形抗力越大）

2、工具形状对变形抗力的影响凹形最大，平板工具次之，

凸形工具最小。

3、尺寸因素对变形抗力的影响变形体的尺寸越大，金属的

变形抗力越大，金属的变形抗力越低，但一般认为当变形

体的体积超过某一临界值时，变形抗力将不再变化。

60、★★★★冷轧薄板采用叠轧法的目的是什么？

答：

冷轧薄板时，为增加其厚度，而将数块板材合起来进行叠轧，由F/V=1/H，厚度增加F/V减小，从而减小了接触面摩擦力，从而使变形抗力减小。

61、★★★★冷轧带材，为何采用小直径的多辊轧机？

答：

由于轧辊直径减小，使接触弧长度与轧件高度的比值减小，因而摩擦的影响会减小，由此减小轧辊的直径可以使变形抗力大大降低，因而使金属对轧辊的总压力降低。

采用多辊小直径主要为的是大大降低金属的变形抗力。

第八章金属在压力加工变形中组织性能得变化

8-1金属在冷加工变形中组织性能的变化

62、★★冷加工中组织的分类？

答：

1、纤维组织金属在冷加工过程中，随着外形的改变，其内部的各个晶粒沿

着主变形方向被拉长，变形量越大，拉长的越显著。

当变形量

很大时，各个晶粒已不能很清楚地辨别开来，呈纤维状，这种

被拉长呈纤维状的晶粒组织，称为纤维组织。

2、亚结构是指金属于冷变形后，其各个晶粒被分割成许多单个的小区域在

这些小区域的边界上存在有大量的位错组成的位错纠缠。

3、变形织构丝织构：

是在拉拔加工中形成的各晶粒有一共同晶向相互平行，

并与拉伸轴线一致，以此晶向来表示丝织构。

板织构：

是在板材轧制的过程中形成的。

它是某一特定晶面平

行于板面，某一特定晶向平行于轧制方向。

8-2金属在热加工变形中组织性能的变化

63、★★★★热加工变形的特点？

答：

优点：

1、金属的变形抗力低，能量消耗小

2、金属的塑性好，产生断裂的倾向性减小，可采用较大的变形量

3、不易产生织构，工件择优取向性小。

4、生产率高

5、通过控制热加工工艺，可改变金属的组织结构，获得所需要的性

能。

缺点：

1、不易加工截面小，厚度薄的工件。

2、工件尺寸精度和表面光洁度不如冷加工加工的高。

3、产品的组织和性能不如冷加工均匀。

根据上述特点，热加工适用于生产截面尺寸大，变形量大，材料在常温下硬脆性较高的金属产品。

而冷加工适于生产变形量小，材料塑性较好，表面光洁度高，尺寸精确的产品。

8-3温加工

64、★★什么是温加工？

以及温加工的特点？

答：

温加工时指金属在回复温度以上，再结晶温度以下进行的加工。

它仍属于冷加工范畴。

温加工后的金属组织和性能和冷加工一样。

形成纤维组织、变形织构、

亚结构并保留加工硬化、具有各向异性等特点。