塑性成形原理--考试总结.doc

哈尔滨理工大学材料成型专业—金属塑性成形原理
习题一
填空
1. 低碳钢进行常温单向拉伸性能测试时，其变形特征会明显出现弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部径缩阶段等四个阶段；
2. 与其他加工方法(如切削、铸造、焊接)相比，金属塑性成形有以下特点：组织性能好、材料利用率高、尺寸精度高、生产效率高等方面；
3. 塑性作为金属的状态属性，不仅取决于金属材料本身（如晶格类型、化学成分和组织结构等），还取决于变形的外部条件，如合适的温度、速度条件和力学状态等；
4. 塑性加工按照温度划分成形状态为 冷成形 、 温成形 、 热成形 ，其中冷成形与热成形的分界线是再结晶温度；
5. 塑性指标有两种断后伸长率、断面收缩率一般把断后伸长率>5%的材料看成是塑性材料，对于没有明显屈服阶段的塑性材料，用名义屈服极限σ0.2来表示。
6. 晶内变形的主要方式与单晶体一样为滑移和孪生。前者主要，后者次要，起调节作用。但在体心立方金属、特别是密排立方金属中，后者也有重要作用。
7. 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。
8. 1934年G.I.泰勒把位错概念引入晶体，并把它和滑移变形联系起来，使人们对滑移过程的物理本质有了明确认识；
9. 热塑性变形机理主要有：晶内滑移与孪生、晶界滑移和扩散蠕变，其主要机理仍然是晶内滑移；
10. 热塑性变形对金属组织和性能的影响：改善晶粒组织，细化晶粒、锻合内部缺陷、形成纤维组织、破碎改善碳化物和夹杂的分布、改善偏析。
11. 超塑性变形的一般特点：大伸长率、无缩颈、低流动应力、易成形。
概念
1. 塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性;
2. 塑性加工：金属材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形，也称塑性加工或压力加工。
3. 卸载定律：即材料在卸载过程中应力和应变是线形关系，这就是卸载定律。
4. 滑移：指晶体在力的作用下，其一部分沿另一部分的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。这些晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。
5. 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面(孪晶面)和一定的晶相(孪生方向) 发生均匀切变。晶体的变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系，这种在变形过程中产生的孪生变形部分称为“形变孪晶”。
6. 临界切应力：滑移系的存在只能说明金属晶体产生滑移的可能性。要使滑移发生，需沿滑移面的滑移方向上作用一定大小的切应力，此称为临界切应力。
7. 加工硬化：指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象；变形程度越大，冷变形强化现象越严重。
8. 回复：指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的晶格扭曲的过程，可使内应力减少。
9. 再结晶：冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶粒，直至完全取代金属的冷变形组织，这个过程称为金属的再结晶。
10. 变形织构：当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这种由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为“变形织构”。
问答
1. 滑移系多的金属要比滑移系少的金属塑性好？
答：滑移系多的金属要比滑移系少的金属，变形协调性好、塑性高，如面心立方金属比密排立方金属塑性好；2.面心立方金属比体心立方金属塑性好，尽管滑移系相同，滑移方向作用大于滑移面的作用；3滑移面对温度具有敏感性。温度越高，原子热振动振幅增大，促使原子密度次大的晶面也参加滑移。如铝合金的滑移系增多，塑性提高。
2. 不同金属晶格发生滑移和孪生的可能性？
答：大多数体心立方金属：滑移的临界切应力小于孪生的临界切应力，滑移优先发生。仅在温度很低时，情况才相反；面心立方金属：孪生的临界切应力远比滑移大，因此，基本不发生孪生。仅在极低温度或高速冲击载荷时不排除这种可能；再者，当滑移受阻时，因应力高度集中会诱发孪生变形，孪生变形后会利于滑移进行；密排六方金属：滑移系少，滑移变形困难，以孪生为主。
3. 如图所示为低碳钢单向拉伸的应力应变曲线，写出其上个典型点代表的含义(左下图)。

4. 滑移和孪生对塑性变形的作用？
答：如右上图
5. 加工硬化的后果及应用主要体现在那些方面？
答：(1)有利的一面:加工硬化可以作为强化金属的手段。
对于一些不能用热处理方法强化的金属材料，加工硬化就成为材料强化的手段。例如，发电机的护环零件，其材料是不能用热处理强化的无磁钢，必须利用加工硬化来提高其强度；又如发动机上的青铜轴瓦，也是采用加工硬化提高其强度，同时提高轴瓦的承载能力和耐磨性。
(2)有利的另一面：加工硬化可以改善一些冷加工工艺的工艺性。
例如，板料拉深过程中，板料加工硬化使得塑性变形能够均匀的分布于整个工件，而不致于使应变集中在某些局部区域而导致工件很快破裂；又如如果没有加工硬化，拉拔就不能实现。
(3)不利的一面：由于加工硬化导致金属屈服强度提高，所以必须相应提高塑性加工的设备能力。
(4)不利的另一面：由于加工硬化后金属的塑性较低，继续塑性变形困难，需要增加中间退火工艺消除加工硬化，从而使得生产成本增加、生产率下降。
6. 静水压力为何会提高金属的塑性变形能力？
答：(1)静水压力↑→晶间变形困难→金属塑性↑，拉应力会加速晶界破坏；
(2)三向压缩应力有利于愈合塑性变形过程中产生的各种损伤，拉应力相反；
(3)当变形体原先存在着少量对塑性不利的杂质、液相态或组织缺陷，三向压缩作用能抑制变形体内存在的缺陷，拉应力则会产生应力集中；
(4)增大静水压应力，可抵消由不均匀变形引起的附加拉应力，从而减轻附加拉应力所造成的拉裂作用。
7. 提高金属塑性的主要途径？
答：(1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；
(2)采用合适的变形温度-应变速率；
(3)选用三向压应力较强的变形过程；
(4)减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态。
8. 应变速率对塑性的影响？
答：1、应变速率↑ →真实应力↑ → 塑性变形不能充分扩展→ 较早地达到断裂阶段→ 塑性↓
2、应变速率↑ →无足够时间回复或再结晶→ 软化作用↓ →塑性↓
3、应变速率↑ →温度效应↑ →温度↑ →塑性↑
9. 温度影响塑性的机理？
答：发生回复或再结晶；
原子动能增加，位错活动性提高、滑移系增多；
金属的组织、结构发生变化：多相组织→单相组织，或者，对塑性不利的晶格→对塑性有利的晶格；
扩散蠕变机理起作用； 晶间滑移作用增强。
3