金属塑性变形的实质

《金属塑性变形理论》

题

习 集

金属塑性变形理论习题集 塑性加工力学

第一部分：塑性加工力学

第一章 应力状态分析

1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？

2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。

8zy53531055722810??7?4?8?5??T????404?图1-1??84?15???4． 已知应力状态的六个分量?x??7，?xy??4，?y?0，?yz?4，

x?zx??8，?z??15(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。

x 纯剪切应力状态的应力Mehr圆。

y z

5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、

·1·

金属塑性变形理论习题集 塑性加工力学

6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余弦

l?m?n?13时，求该斜面上的全应力S、全应力在坐标轴上的分量Sx、Sy、Sz及斜

金属塑性变形理论

金属塑性变形理论Theory of metal plastic deformation

第十八讲 Lesson Eighteen张贵杰Zhang GuijieTel:0315-2592155 E-Mail: zhguijie@

河北理工大学金属材料与加工工程系 Department of Metal Material and Process Engineering Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009

金属塑性变形理论

Lesson Eighteen

第八章 金属的塑性变形抗力主要内容Main Content 变形抗力的概念及测定方法 影响变形抗力的主要因素

变形抗力的计算

2013-9-9

金属塑性变形理论

Lesson Eighteen

8.3 变形抗力的计算

加工硬化曲线 变形抗力的计算

2013-9-9

金属塑性变形理论

Lesson Eighteen

8.3.1 加工硬化曲线 加工硬化曲线为金属的塑性变形抗力与变形程度间 的关系曲线，通过它可以看出在不同变形程度下变 形抗力的变化规律。 加工硬化曲线可用拉伸、压缩或扭转的方法来制定， 但常用者为拉伸方法。在拉伸法中按变

《金属塑性变形理论》

前 言 前 言

《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是金属材料工程、材料成型及控制工程专业大学本科生的主干课程。

《金属塑性变形理论》总学时为80，内容上分为两部分，即“塑性加工力学”（44学时）和“塑性加工金属学”（36学时）。

为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。

本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。

编 者 2005年10月

金属塑性变形理论习题集 前

材料成型基础课件及相关习题

第一章 金属塑性变形的物理基础

材料成型基础课件及相关习题

第一章 金属塑性变形的物理基础§1. 1 金属的塑性变形的机理及特点 §1. 2 金属塑性加工中组织和性能变化的基本规律 §1. 3影响金属塑性的因素 §1. 4 金属的超塑性变形

材料成型基础课件及相关习题

§1. 1 金属的塑性变形的机理及特点 一、概述 二、塑性变形机理 三、合金的塑性变形

四、热加工的变形机理

材料成型基础课件及相关习题

一、概述1 塑性的基本概念 *在外力作用下产生永久变形而不破坏其完 整性的能力*塑性加工：利用金属塑性变形获得所需形状尺寸的零件方法

根据加工过程中的温度不同，分为： 冷加工：回复和再结晶温度下 热加工：再结晶温度上 温加工：两者之间 2 塑性指标及其测量方法

材料成型基础课件及相关习题

2 塑性指标及其测量方法

塑性指标 塑性指标的测量方法

材料成型基础课件及相关习题

塑性指标概 念： 金属在破坏前产生的最大变 形程度，即极限变形量。 表示方法： 断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角(或扭转数) 弯曲次数

材料成型基础课件及相关习题

塑性指标的测量方法 拉伸试验法

第二章金属的塑性变形与再结晶

【重点内容】1.金属塑性变形本质；

2.冷塑性变形对金属材料的组织和性能的影响；

3.经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化；

4.冷加工与热加工的区别；

【本章难点】加工硬化产生的原因及在生产中的利弊，回复和再结晶现象，细晶粒钢强度高、塑性好的原因。

【基本要求】1.了解金属的塑性变形过程；

2.掌握加工硬化现象；

3.熟悉冷变形金属在加热过程中组织与性能的变化；

4.掌握冷加工与热加工的区别。

§1金属的塑性变形

【什么是塑性变形】

金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。

生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工；金属的塑性变形可分为冷塑性变形和热塑性变形两大章，在这章里我们主要讲金属的冷塑性变形。

【金属单晶体的塑性变形】

大家都知道实际金属材料都为多晶体，为了解多晶体金属材料的塑性变形过程，不防先看一下单晶体是怎样发生塑性变形的。

-

1

金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生”等不同方式，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。下面我们具体看一下单晶体塑性变形的基本方式——滑移。

（一）滑移的表象：

发生了滑移的金属试样从表面上看是什么样？

图2-1 滑移

如果将一个单晶体金属试样表

zilao

金属塑性变形理论 第十讲 Lesson Ten张贵杰Zhang GuijieTel:0315-2592155 E-Mail: zhguijie@

河北理工大学金属材料与加工工程系 Department of Metal Material and Process Engineering Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009

zilao

Lesson 10

第十二章 变形力学方程主要内容Main Content

力平衡微分方程 屈服条件 应力应变关系方程 等效应力、等效应变 平面变形和轴对称变形2011-11-9 2

zilao

Lesson 10

12.3 应力应变关系方程塑性变形时应力与应变的关系称为本构关系， 塑性变形时应力与应变的关系称为本构关系， 其数学表达式称为本构方程 物理方程。 本构方程或 其数学表达式称为本构方程或物理方程。

σ ij = f ij (ε x , ε y , ε z , ε xy , ε yz , ε zx )

2011-11-9

zilao

Lesson 10

12.3.1 弹性变形时的应力应变关系弹性变形的特点应力与应变完全成线性关系， 应力与应变完全成线性关系，即应力主

一、名词解释（20分）：5小题

恒载荷蠕变：变形过程中外载荷，即试验机上的作用力保持不变的蠕变。 恒应力蠕变：变形过程中作用在材料上的应力保持不变的蠕变。 恒应变速率变形：变形过程中应变速率保持不变，ε是常数。

恒拉伸速度变形：变形过程中拉伸机的移动速度保持不变，dl/dt是常数。

变形速度激活能：

Q的量纲为能量，控制材料的高温塑性变形过程，称为变形速度激活能。

时效成形：时效成形是将零件成形和人工时效处理相结合的新型钣金成形工艺.它能够改善合金的微观组织,提高材料强度,降低残余内应力水平,增强耐应力腐蚀能力,延长零件使用寿命。 应变硬化：材料经塑性变形后，随着应变增加，继续变形所需应力增加的现象。 应变速率硬化：材料经塑性变形时，流动应力随应变速率增加而增加的现象。 幂律蠕变：凡是应力与应变速度满足如下公式的蠕变。

Z?.?log?|?logZ n???log?|T?log?幂律失效：幂律蠕变中当应力升高到一定程度后，曲线log?与logσ的斜率开始增大偏离线性关系的现象。

?A?1n表观激活能：若材料的变形过程由多个热激活过程控制，则由试验直接得到的激活能称为表观激活能。包含了弹性模量随温度的变化。

真实激活能：若控制材料变形过程的多个激

第一章 一维条件下的弹塑性变形

一、 教学目标

了解塑性力学中的两个基本实验：单向拉伸实验和静水压力实验；

掌握塑性强化材料和理想弹塑性材料的应力应变曲线异同； 了解刚塑性模型和幂次强化模型；

掌握包氏效益应力-应变变化过程，两种强化模型：随动强化和等向强化模型； 了解塑性变形的细观机理和等效比拟；

明确弹塑性力学与弹性力学解题的差异：应力-应变过程相依关系； 掌握塑性强化和理想弹塑性材料的本构关系：增量本构和全量本构。

二、 教学内容

介绍金属的单向拉伸压缩实验和静水压力实验结果——应力-应变曲线，讲解两种不同材料拉伸曲线异同和简化模型，介绍静水压力对变形过程的影响；

介绍应变强化现象，讲解两种强化模型的后继屈服限的异同；

介绍弹塑形变形的细观机理和一维变形行为的等效模型，更直观的说明材料在拉压和加卸载时的变形； 介绍弹性和塑形应力-应变曲线的异同，过程相依的概念；

讲解塑形强化材料和理想弹塑性材料的一维增量本构关系和全量本构关系。

三、 重点难点

1) 重点：

两种材料模型，及相应的应力-应变简化曲线；两个强化模型；两种细观机理；两种本构关系。 2) 难点：

本构关系的推导。

四、 讲课提纲 塑性强化 两种材料 金属材料 模型 简单拉

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

第三章 金属的塑性变形与再 结晶

思考题?材料在外力作用下会发生那些种 类的变形 ？ 铁丝在室温下反复弯折，会越变 越硬，直到断裂，为什么？如果是铅 丝呢？

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

塑性变形及随后的加热对 金属材料组织和性能有显 著的影响. 了解塑性变形 的本质,塑性变形及加热 时组织的变化，有助于发 挥金属的性能潜力，正确5万吨水压机

确定加工工艺.

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

本章讨论的重点 金属塑性变形(主要是滑移变 形)的特点 塑性变形对金属组织、性能的 影响(特别是加工硬化现象) 回复与再结晶的有关概念

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

§3.1 单晶体和多晶体的塑 性变形一单晶体的塑性变形的基本形式——滑移 和孪生

二 多晶体的塑性变形

一 塑性变形的形式：滑移和孪生。

工程材料及机械制造基础(Ⅰ)

工程材料

第三章

金属的塑性变形与再结晶

金属常以滑移方式发生塑性变形。

㈠ 滑移 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶 面和晶向相对于另一部分发生滑动 位移的现象

9．金属在塑性变形中的组织结构与性能变化

1． 冷变形使金属材料的组织结构和力学性能发生什么变化？在实际生产中采用冷变形有

何意义？物理化学性能有何变化

金属材料冷变形后，组织结构上的变化：晶粒被拉长，形成了纤维组织，夹杂和第二相质点成带状或点链状分布，也可能产生形变织构，产生各种裂纹，位错密度增加，产生胞状结构，点缺陷核层错等晶体缺陷增多，自由能增大。力学性能的变化体现在：冷加工后，金属材料的强度指标（比例极限，弹性极限，屈服极限，强度极限，硬度）增加，塑性指标（面缩率，延伸率等）降低，韧性也降低了，还可能随着变形程度的增加二产生力学性能的方向性。生产上经常利用冷加工能提高材料的强度，通过加工硬化来强化金属材料。物理、化学性能也发生明显变化：密度降低，导热、导电导磁性能降低，化学稳定性、耐腐蚀性降低，溶解性增加。

2．回复处理使冷变形后金属材料的组织结构和力学性能发生哪些变化？这种变化有何实际意义？

回复过程中，金属会释放出冷塑性变形过程中所贮能量的一部分，残余内应力会降低或消除，电阻率、硬度、强度会降低，密度、塑性、韧性等会提高，能够保持良好的形变强化的效果。回复温度较低时，由于塑性变形所产生的过量空位会消失，机械性能变化不大，电阻率有较大