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1、菏泽高级技工学校2021/6/1612-1金属材料的损坏与塑性变形金属材料的损坏与塑性变形机械零件的损坏:在生产中，机器零件的性能往往达不到理想要求，许多零件在使用过程中会发生损坏，不但严重影响生产，甚至造成人身事故。2021/6/162想一想：机械零件在使用中常见的损坏形式有哪几种呢？2021/6/1631. .常见损坏形式常见损坏形式a a）变形变形 零件在外力作用下形状和尺寸所发生零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。的变化。 （包括：（包括：弹性变形弹性变形和和塑性变形塑性变形）b b）断裂断裂 零件在外力作用下发生开裂或折断零件在外力作用下发生开裂或折断的现象。的现象。c c）磨损
2、磨损 因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象量发生变化的现象。2021/6/164弹性变形与塑性变形变形分为弹性变形与塑性变形。弹性变形是指外力消除后能够恢复的变形。如弹簧的工作压缩、桌面支撑物品的变形等。塑性变形是指外力消除后无法恢复的永久性变形。造成零件损坏的变形，通常是指塑性变形。如钢筋的弯折、零件的冲压等。2021/6/165想一想：既然塑性变形这么多有害的方面，那他们有没有可以利用或者有用的方面呢？2021/6/166塑性变形的应用轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料 截面减小，长度增加的压力加工方法，这是
3、生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。有热轧和冷轧两种。2021/6/167轧制2021/6/168塑性变形的应用挤压：用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的锻压方法。可制作长杆、深孔、薄壁、异型断面零件，是重要的少无切削加工工艺。2021/6/169挤压及其应用2021/6/1610塑性变形的应用冷拔：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料断面的模孔中拉出，使其断面减小而长度增加的方法。冷拔的产品较之于热成型有：尺寸精度高和表面光洁度好的优点。2021/6/1611塑性变形的应用锻压：对金属坯料（不含板
4、材）施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件、工具或毛坯的成形加工方法。2021/6/1612塑性变形的应用冷冲压：借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。2021/6/1613塑性变形也有有利的一面。2021/6/1614一、与变形相关的几个概念一、与变形相关的几个概念1、载荷 金属材料在加工及使用过程中所受的 外力称为载荷。根据作用性质分类静载荷：如吊车悬吊重物。冲击载荷：列车通过桥梁。交变载荷：火车车轮。2021/6/16152021/6/16162021/6/16172
5、021/6/1618根据作用形式不同分类拉伸载荷压缩载荷弯曲载荷剪切载荷扭转载荷2021/6/16192.内力内力（1）定义）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。（2）大小）大小 内力内力大小与大小与外力外力相等。相等。（3）注意）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。内力和外力不同于作用力和反作用力。2021/6/16203.3.应力应力（1）定义：）定义： 单位横截面积上的内力。单位横截面积上的内力。（2）计算公式：）计算公式： R( () )= F/
6、 S（ MPa ）式式中中：R () )应力；应力；Pa,1Pa=1N/mPa,1Pa=1N/m2,2, 1MPa=1N/mm1MPa=1N/mm2 2=10=106 6PaPa F 外力外力,N;,N; S 横截面面积横截面面积,m2或或mm2。2021/6/1621二、金属的变形二、金属的变形 金属在金属在外力外力作用下的变形三阶段：作用下的变形三阶段： 弹性弹性变形变形 弹弹-塑性塑性变形变形 断裂。断裂。弹性变形：外力消失后变形消失，金属恢复到原 来的形状。弹塑性变形：一部分发生弹性变形，一部分发 生塑性变形。断裂：破坏，不能再恢复。2021/6/16221.1.特点特点 弹性变形：弹
7、性变形： 金属金属弹性弹性变形后其组织和性能变形后其组织和性能不发生变化不发生变化。 塑性变形：塑性变形： 金属经塑金属经塑性性变形后其组织和性能变形后其组织和性能将发生变化将发生变化。2.2.变形原理变形原理 金属在外力作用下，发生塑金属在外力作用下，发生塑性性变形是由于晶变形是由于晶体内部体内部 缺陷缺陷位错位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。变化。2021/6/16233.影响因素影响因素1）晶粒位向的影响晶粒位向的影响 由于由于多晶体多晶体中各个晶粒的位向不同，在中各个晶粒的位向不同，在外力外力作用下，作用下， 将产生有利和不利的不均匀的变形，导致
8、将产生有利和不利的不均匀的变形，导致内应内应力力 的产生的产生。2）晶界的作用晶界的作用 晶界阻碍位错运动，使金属的塑性变形阻力增大。晶界阻碍位错运动，使金属的塑性变形阻力增大。3）晶粒大小的影响晶粒大小的影响 单位体积内金属晶粒越细小，晶界越多，金属越难单位体积内金属晶粒越细小，晶界越多，金属越难进行塑性变形进行塑性变形，获得获得细晶细晶强化。强化。 是是金属材料金属材料获得获得强韧化强韧化的重要手段的重要手段。2021/6/1624三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化1.冷塑性变形结果冷塑性变形结果 外部：外部：晶粒形状发生变化晶粒形状发生变化沿着变形方向被
9、压扁或拉长；沿着变形方向被压扁或拉长； 内部内部: 晶粒内部位错密度增加，晶格畸变加剧；晶粒内部位错密度增加，晶格畸变加剧； 性能性能: 金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降。金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降。 这种现象这种现象称为称为“形变强化形变强化”或或“加工硬化加工硬化”。2021/6/1625加工硬化的概念：冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为“形变强化”或“加工硬化”。2021/6/16262.加工硬化的应用加工硬化的应用 对于不能通过热处理强化的金属是一种重要
10、的对于不能通过热处理强化的金属是一种重要的强化手段，可提高材料强化手段，可提高材料抗突然超载的能力抗突然超载的能力。意义：意义： 1）是一种材料强化手段）是一种材料强化手段形变强化形变强化； 2）有利于塑性变形均匀进行；）有利于塑性变形均匀进行； 3）有利于金属构件的工作安全性。）有利于金属构件的工作安全性。2021/6/16273.加工硬化的不利加工硬化的不利1）影响材料力学性能）影响材料力学性能不利：不利：使得再变形困难；使得再变形困难； 使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。解决办法：解决办法： 在冷加工之间进行中间热处理在冷加工之间进行中间热处理再结晶再结晶退火。退火。2）影响材料物理性能和化学性能）影响材料物理性能和化学性能不利：不利：电阻增加，导电、导磁性下降；电阻增加，导电、导磁性下降； 化学活性增大；耐腐蚀性下降。化学活性增大；耐腐蚀性下降。解决办法：去应力解决办法：去应力退火退火 。 2021/6/1628小结1.机械零件常见的损坏形式：变形、断裂、磨损2.三种载荷：静载荷、冲击载荷、交变载荷3.应力2021/6/1629作业课后练习题第1、2小题P442021/6/16302021/6/1631 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
