金属塑性变形与轧制理王淑平应力状态和塑性变形简介

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1、1 应力状态和塑性变形简介金属在外力作用下能稳定地改变其形状和尺寸而 不破坏的能力。塑性：用金属破坏前所能产生的最大变形程度来表示。变形抗力：金属对变形的抵抗能力。用单向拉伸或压缩时试样横断面上所受的应力来 表示。1.1 塑性加工时所受的力一、作用力把塑性加工设备可动工具部分对变形金属所作 用的力叫作用力或主动力。作用力和约束反力图1-1 基本压力加工过程的受力图和应力状态图 （a）镦粗；（b）挤压；（c）拉拔；（d）轧制二、约束反力阻碍金属质点运动的力。（1）正压力（2）摩擦力T=fN图1-2 原子间的作用力和 图1-3理想晶体中的 能同原子间距(r)的关系 原子排列及其势能曲线1.2 原子

2、间的作用力和能（3）rro时原子间作用的内力表现为斥力若压缩原子使rro ，所加之力或能必须克服原 子间的斥力或排斥能。 由上述可得到：（1）r=ro时原子的斥力和引力相等内力为零，原子势能最低，原子处于最稳定位置（2）rro时原子间作用的内力表现为引力若拉开原子使rro ，所加之力或能必须克服原 子间的引力或吸引能。（4）弹性变形所加之力或能不足以克服势垒，仅使原子被迫 离开平衡位置，而处于不稳定状态。此时，去掉所 加的力后，原子回到原来的平衡位置，变形也就消 失。 特点：原子间距改变、原子间势能升高、物体的体积 发生变化（变化不大）（5）塑性变形所加之力或能足以克服势垒，而使大量的原子多

3、次地、定向地从一个平衡位置转移到另个平衡位置 。这样在宏观上就产生了不能复原的永久变形特点：形状和尺寸改变，但体积不变（6）弹塑性变形共存发生宏观屈服后的任意变形瞬间所产生的总变形 中都包括弹性变形和塑性变形，弹塑性变形是共存的。金属在发生塑性变形之前必先产生弹性变形。图1-3 拉伸时应力与变形的关系1.3 内力和应力一、内力1.定义:由于外力的机械作用或是因物体的整体性使物体 不均匀变形受到互相限制而引起物体内原子之间的距 离发生改变时,在物体内部产生的一种互相平衡的力。图1-4 加热不均引起的内力2.产生内力的原因(1)为了平衡外部的机械作用所产生的内力；（2）由于物理或物理-化学过程所产

4、生的相互平衡的 内力。3.内力产生的实质由于原子被迫偏离其平衡位置，使原子间距改 变。4.内力大小的度量应力二、应力内力的强度称为应力，即单位面积上所作用 的内力。 1.定义：2.应力的计算：用截面法计算作用在微小面积上的力P: F上的总内 力T: F切线方向 的分内力N: F法线方向 分内力S=lim P/ F F0全应力=lima T/ F F0正应力=lim N/ F F0切应力注意：1、仅当截面上应力均匀分布时，作用在截面上 的总内力与该截面面积之比才是实际应力；2、当截面上的应力不均匀分布时，此比值乃是平 均应力，这时截面上的实际应力需用上式来计算。1.4 应力状态及应力图示、变形图

5、示一、应力状态所谓物体处于应力状态，就是物体内的原子被 迫偏离其平衡位置的状态。1.定义2.研究金属的应力状态的意义金属内部的应力状态，决定了金属内部各质点 所处的状态是弹性状态、塑性状态还是断裂状态。 而一切压力加工的目的均是在外力的作用下，使金 属产生塑性变形，获得所需要的各种形状和尺寸的 产品。因此，了解各种压力加工中金属内部的应力 状态特点，对于确定物体开始产生塑性变形所需的 外力，以及采用什么样的工具与加工制度，使力能 的消耗最小等方面都具有重要的实际意义。 3.用主应力来表示应力状态(1)主平面:只有正应力而无切应力的平面。（2)主轴：与主平面法线方向平行的坐标轴。（3)主应力：主

6、平面作用的正应力。规定:三个主应力大小，按代数值进行排列，即 1 2 3。 二、应力图示1.定义:应力图示就是用来定性说明变形体内某点（或 所研究物体的某部分）在各主轴方向上，有无主应力 存在及其主应力方向如何的定性图。 2.应力图示的种类主应力图示共有九种可能的形式线应力状态两种平面应力状态三种体应力状态四种 可能的应力状态图示 a线应力状态；b面应力状态；c体应力状态三、变形图示1.定义：就是在小立方体素的面上用箭头表示 三个主变形是否存在。规定：拉伸时箭头向外指；压缩时箭头向里指。2.变形图示的种类共三种。（2）一向伸长一向缩短。又称平面变形图示。如宽度较大的板带轧制（1）一向缩短两向伸

7、长。例如有宽展情况的轧制和自由锻压。（3）两向缩短一向伸长。如挤压和拉拔。三种可能的变形图示 （a）变形方式；（b）变形 图示四、应力图示和变形图示之间的关系应力图示与变形图示的符号往往不一致。注意：应力图示和变形图示之间的关系：从各主应力中把 扣除，余下的应力分量与 塑性变形相对应。即：变形图示符号与 符号 相对应。与主变形相对应的应力图示试确定与这三个主应力相对应的变形图示。 例如1：从变形体内任一点截取的体素各面上分别作用的主应力。因此，与这三个应力相对应的变形图示：1和2 是伸长，而3 是缩短。解：= =例2：轧制板带时2=0，试确定三个主应力之间的 关系。 解：即结论：在平面变形情况下，主变形为零的方向， 主应力不为零，在此方向上的应力为小结：1.掌握外力的种类，内力和应力产生的原因。2.掌握应力和变形的概念。3.掌握压力加工的主应力图，主变形图并能分析 典型加工方式的主应力图、主变形图。4.掌握应力图示和变形图示之间的关系。