45 流动与断裂.docx

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45流动与断裂

第17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。

17．1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）

17．2影响塑变和流动的因素

17．2．1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）

17．2．2工具形状shapeoftools

形状不一

流动阻力有差异

应用：

型砧制坯（效率高）

17．2．3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

17．2．4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。

17．3不均匀变形，附加应力与残余应力

17．3．1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

17．3．2附加应力

定义：

物质为维持其整体性，在不均匀变形后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

17．3．3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

2）缩短制品寿命

3）使制品变形

4）增加塑变抗力

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。

17．4金属的断裂

裂纹

必须防止

17．4．1断裂的物理本质

17．4．1．1基本类型

17．4．1．2微裂纹的形成机理

微裂纹——扩展——断裂微裂纹

位错塞积，位错反应，位错消毁

塑性

应力状态

17．4．2塑性加工中金属的断裂

周向拉裂

穿晶断裂

锻造+字裂纹

锻圆坯中心纵裂（中心拉应力）

拔长心部裂纹（中心拉应力）

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。

17．5塑性成形时的摩擦

17．5．1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（500~2500Mpa）

2）变化

3）高温（800°C~1200°C）

有利有弊：

引起不均匀应力，利用飞边阻力

17．5．2分类及机理

分类

机理

17．5．3塑性成形时摩擦力计算

17．5．3．1库伦摩擦条件

（

≤K）

应用：

三向压应力小，变形量小，冷成形

17．5．3．2最大摩擦条件（按触表面间无相对滑动）

应用：

热变形

17．5．3．3摩擦力不变条件

（

≤

）

应用：

挤压，大变形镦粗，模锻等（三向压力大）

17．5．4影响摩擦系数frictioncoefficient的因素

1）金属本身

2）工具表面状态（接触表面contactsurface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contactunitarea）

17．5．5摩擦系数frictioncoefficient测定方法

夹钳轧制法clipper-rollmethod：

根据力平衡来计算

圆环锻粗法methodofupsettingcirclering：

利用塑性理论做出标定曲线，然后将测试标曲线比较而得出

17．6塑性成形时的润滑lubrication

作用：

降低摩擦力减少磨损防止粘结表面光洁冷却减少变形不均匀

17.6.1对润滑剂lubricant要求

耐压耐温冷却无腐蚀无毒无害使用方便价廉

17.6.2常用润滑剂

17.6.3添加剂additives

油性剂（减小摩擦），极压剂，抗磨剂（减小磨损），防锈剂

17.6.4表面磷化——皂化处理

钢的冷挤压常用

17.6.5不同塑性加工与润滑条件下的摩擦系数

1）热锻2）磷化后的冷锻3）热挤4）热轧5）拉拔

习题17章3、5

3、影响塑性变形和流动的因素有哪些？

举例分析。

5、塑性成形中的摩擦有何特点？

举例分析其利弊。

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