1、金屬塑性成形原理復習指南第一章 緒論1、 基本概念 塑性:在外力作用下材料發生永久性變形，并保持其完整性的能力。 塑性變形:作用在物體上的外力取消后，物體的變形不能完全恢復而產生的永久變形成為塑性變形。 塑性成型:材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并獲得一定的力學性能的加工方法。2、 塑性成形的特點1）其組織、性能都能得到改善和提高。2）材料利用率高。3）用塑性成形方法得到的工件可以達到較高的精度。4）塑性成形方法具有很高的生產率。3、 塑性成形的典型工藝 一次成形（軋制、拉拔、擠壓） 體積成形 二次成形（自由鍛、模鍛）塑性成型 分離成形（落料、沖孔） 板料成形 變形成形（拉深、翻邊

2、、張形）第二章 金屬塑性成形的物理基礎1、冷塑性成形    晶內：滑移和孿晶（滑移為主）滑移性能（面心>體心>密排六方）晶間：轉動和滑動 滑移的方向：原子密度最大的方向。塑性變形的特點：   各晶粒變形的不同時性；    各晶粒變形的相互協調性； 晶粒與晶粒之間和晶粒內部與晶界附近區域之間變形的不均勻性。合金使塑性下降。2、熱塑性成形 軟化方式可分為以下幾種：動態回復，動態再結晶，靜態回復，靜態再結晶等。 金屬熱塑性變形機理主要有：晶內滑移，晶內孿生，晶界滑移和擴散蠕變等。3、 金屬的塑性 金屬塑性表示

3、方法：延伸率、斷面收縮率、最大壓縮率、扭轉角（或扭轉數） 塑性指標實驗：拉伸試驗、鐓粗試驗、扭轉試驗、杯突試驗。 非金屬的影響：P冷脆性 S、O 熱脆性 N 藍脆性 H 氫脆 應力狀態的影響：三相應力狀態塑性好。 超塑性工藝方法：細晶超塑性、相變超塑性 第三章 金屬塑性成形的力學基礎第一節 應力分析1、 塑性力學基本假設：連續性假設、勻質性假設、各向同性假設、初應力為零、體積力為零、體積不變假設。2、 張量的性質 1、存在不變量，張量的分量一定可以組成某些函數f(Tij),這些函數的值不隨坐標而變。 2、2階對稱張量存在三個主軸和三個主值；張量角標不同的分量都為零時的坐標軸方向為主軸，三個角標

4、相同的分量為值。3、主應力的概念：切應力為零的微分面的正應力4、應力狀態的分類：應力狀態的分類若1230三向應力狀態若120,3=0二向應力狀態。若10;2=3=0單向應力狀態。若12=3圓柱應力狀態（包括單向應力狀態）。 1 的方向均為主方向。若1=2=3球應力（靜水應力）狀態。0,各方向均為主方向。 5、主應力簡圖：受力物體內一點的應力狀態，可用作用在應力單元體上的主應力來描述，只用主應力的個數及符號來描述一點應力狀態的簡圖稱為主應力圖。（9種）6、主切應力：切應力取極值的平面的切應力。7、八面體應力：以受力物體內任意點的應力主軸為坐標軸，在無限靠近該點作等傾斜的微分面，其法線與三個主軸的

5、夾角都相等，在主軸坐標系空間八個象限中的等傾微分面構成一個正八面體，正八面體的每個平面稱八面體平面，八面體平面上的應力稱八面體應力。8、等效應力： 1)等效應力是一個不變量；2)等效應力在數值上等于單向均勻拉伸(或壓縮)時的拉伸(或壓縮)應力1 ;3)等效應力并不代表某一實際平面上的應力，因而不能在某一特定的平面上表示出來；4)等效應力可以理解為代表一點應力狀態中應力偏張量的綜合作用。9、張量的分解：應力偏張量引起物體產生變形；應力球張量引起物體產生體積變化。10、平面應力狀態的概念：若變形體內與某方向軸垂直的平面上無應力存在，并所有應力分量與該方向軸無關，則這種應力狀態即為平面應力狀態。第二

6、節 應變分析1、 對數應變的特點：準確性、可加性、可比性；2、 體積不變條件:3、 主應變簡圖：用主應變的個數和符號來表示應變狀態的簡圖稱主應變狀態圖，簡稱為主應變簡圖或主應變圖（3種）4、 注意： 是應變增量dij對時間dt的微商，不是ij對時間的導數。5、 平面應變：如果物體內所有質點都只在同一個坐標平面內發生變形，而在該平面的法線方向沒有變形，其他方向的變形與該方向無關，這種變形稱為平面變形或平面應變。第三節 屈服準則材料模型：理想彈塑性材料、理想剛塑性材料、硬化剛塑性材料、硬化彈塑性材料Tresca準則物理意義：當材料的最大切應力達到某一常數時，材料就屈服。Mises準則物理意義：當材

7、料的單位體積形狀改變的彈性位能(又稱彈性形變能)達到某一常數時，材料就屈服。Tresca，Mises準則的幾何表達：Tresca，Mises準則的比較：（相同點、不同點）一致的點的應力特點圓柱應力狀態；相差最大的點的應力特點是圓柱應力狀態； 第四節 本構方程1、彈性應力應變關系的特點： 應力與應變完全成線性關系，即應力主軸與全量應變主軸重合; 變形是可逆的，與應變歷史無關，應力與應變之間存在單值關系; 彈性變形時，應力球張量使物體產生體積的變化，泊松比v<0.5;2、塑性應力應變關系的特點： 應力與應變之間的關系是非線性的，全量應變主軸與應力主軸不一定重合； 變形是不可逆的，與應變歷史有

8、關，即應力-應變關系不再保持單值關系； 塑性變形時可以認為體積不變，即應變球張量為零，泊松比v=0.5； 對于應變硬化材科，卸載后再重新加載時的屈服應力就是卸載時的屈服應力，比初始屈服應力要高。3、真實應力-應變曲線可分為三類：4、測定應力-應變曲線的實驗：拉伸實驗、壓縮實驗、軋制實驗5、在普朗特-路埃斯理論中， 各部分的意義。第五節 摩擦與潤滑1、金屬塑性加工時摩擦的特點：P147；2、摩擦的分類：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦；3、摩擦機理：表面凸凹學說、分子吸附學說、粘著理論。4、摩擦的表達式：庫侖定理和常摩擦4、常用的潤滑劑：P155；5、塑性成形特殊潤滑方法：P157其他 1、滑移線場的

9、概念：滑移線的概念、滑移線、直線滑移線場、簡單滑移線場。2、動可容速度場：3、靜可容應力場：計算題1、 斜微分面上的應力及特殊微分面的應力（主應力、主切應力、八面體應力）2、 平衡微分方程3、 小變形幾何方程4、 屈服準則5、 本構方程6、 主應力法（共5個每個8分）塑性變形：材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成型并獲得一定力學性能的加工方法。塑性：在外力作用下使金屬材料發生塑性變形而不破壞其完整性的能力。滑移：晶體在力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于晶體的另一部分發生相對移動或切變。滑移面：滑移中，晶體沿著相對滑動的晶面。滑移方向：滑移中，晶體沿著相對滑動的晶向。孿生：晶體

10、在切應力作用下，晶體一部分沿著一定的晶面和一定的晶向發生均勻切變。張量：由若干個當坐標改變時，滿足轉換關系的分量所組成的集合。晶粒度：金屬材料晶粒大小的程度。變形織構：在塑性變形時，當變形量很大，多晶體中原為任意取向的各個晶粒，會逐漸調整其取向而彼此趨于一致。這種由于塑性變形的結果而使晶粒具有擇優取向的組織。動態再結晶：在熱塑性變形過程中發生的再結晶。主應力：切應力為0的微分面上的正應力。主方向：主應力方向，主平面法線方向。主應力空間：由三個主方向組成的空間主切應力：切應力達到極值的平面上作用得切應力。主切應力平面：切應力達到極值的平面。主平面:應力空間中，可以找到三個互相垂直的面，其上均只有

11、正應力，無切應力，此面就稱為主平面。平面應力狀態：變形體內與某方向軸垂直的平面上無應力存在，并所有應力分量與該方向軸無關的應力狀態。平面應變狀態：物體內所有質點都只在同一個坐平面內發生變形，而該平面的法線方向沒有變形的變形狀態。理想剛塑性材料：研究塑性變形時，既不考慮彈性變形，又不考慮變形過程中的加工硬化的材料。理想彈塑性材料：塑性變形時，需考慮塑性變形之前的彈性變形，而不考慮硬化的材料。彈塑性硬化材料：塑性變形時，既要考慮塑性變形前的彈性變形，又要考慮加工硬化的材料。剛塑性硬化材料：研究塑性變形時，不考慮塑性變形之前的彈性變形，需考慮變形過程中的加工硬化的材料。屈服軌跡：兩相應力狀態下屈服準

12、則的表達式在主應力坐標平面上的幾何圖形，一條封閉的曲線。屈服表面：屈服準則的數學表達式在主應力空間中的幾何圖形是一個封閉的空間曲面稱為屈服表面。應變增量：以物體在變形過程中某瞬時的形狀尺寸為原始狀態，在此基礎上發生的無限小應變。全量應變：反映張量在某一變形過程或變形過程中的某個階段結束時的應變。比例加載：在加載過程中，所有的外力一開始就按同一比例加載。干摩擦：當變形金屬與工具之間的接觸表面上不存在任何外來的介質，即直接接觸時所產生的摩擦。流體摩擦：當變形金屬與工具表面之間的潤滑劑層較厚，兩者表面完全被潤滑劑隔開，這種狀態下的摩擦稱為。磷化：塑性成形時潤滑前在坯料表面上用化學方法制成一層磷酸鹽或

13、草酸鹽薄膜，呈多孔吸附潤滑劑。皂化：將磷化處理后的坯料進行潤滑處理方法，常用硬脂酸鈉或肥皂等故稱。動態回復:動態回復是在熱塑性變形過程中發生的回復。發生在層錯能較高的金屬中。超塑性：金屬材料與合金具有超常的均勻塑性變形的能力，其延伸率高達百分之幾百，甚至百分之幾千的現象纖維組織：若變形程度很大，則晶粒呈現為一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織。1. 塑性加工的優點及金屬在外力作用下變形的階段。組織、性能好；材料利用率高；尺寸精度高；生產效率高。彈性變形；塑性變形；斷裂。2. 塑性力學的基本假設。張量及其不變量的基本性質。連續性假設；勻質性假設；各向同性假設；初應力為零假設；體積不變假設。存在張量不

14、變量；張量可以疊加和分解；張量可分對稱張量、非對稱張量、反對陳張量；二階對稱張量存在三個主軸和三個主值（如取主軸為坐標軸，則兩個小角標不同的分量都將是0，只留下兩個下角標相同的分量稱為主值）。3. 金屬塑性變形的主要機理（單晶體、多晶體）。滑移和孿生兩種塑性變形機理的主要區別。晶內變形包括滑移和孿生（單）；晶間變形是晶粒之間的相對滑動和轉動（多）。 變形方式:孿生是使一部分晶體整體發生均勻的切變；而滑移則集中在一些滑移面上。 變形后的位向 孿生使一個晶體的兩部分沿一個公共晶面構成了鏡面對稱關系；而滑移則不改變晶體的位向。 原子位移距離不同。孿生時，孿晶帶中的原子沿孿生方向的位移量為原子間距的的

15、分數值；而滑移為原子間距的整數倍。孿生變形困難，一般先滑移，滑移困難后，發生孿生，二者交替進行 。 4. 金屬超塑性概念，超塑性的種類。影響材料超塑性的因素。金屬和合金具有超長變形能力且有大伸長率，無頸縮，低流動應力，易成型的特點。細晶超塑性，相變超塑性。應變速率，變形溫度，組織結構，晶粒度，應力分布。5. 提高金屬塑性的主要途徑。 提高材料成分和組織的均勻性； 合理選擇變形溫度和應變速率； 選擇三向壓縮性較強的變形方式； 減小變形的不均勻性。6. 應力偏張量和應力球張量的物理意義。應力偏張量只能使物體產生形狀變化，而不能使物體產生體積變化，為原應力張量分解出球張量后得到，存在三個不變量J1&

16、#39; ,J2' ,J3'。應力球張量表示球應力狀態只能使物體產生體積變化，而不能使物體產生形狀變化；任何方向都是主方向且主應力相同無切應力。7. 體積不變條件。=x+y+z=0塑性變形時，三個線應變分量不全同號，絕對值大的與另外兩個異號。8. 平面應力狀態及平面應變狀態的特點，平面應變狀態及軸對稱應力應變關系的證明。變形體內各質點在與某方向軸(例x)垂直的平面上沒有應力作用，該方向為主方向；應力分量與該軸無關，對其偏導數為0所有應力分布可在xy面內表示出來。9. Trssca、Mises準則的物理意義及幾何意義，兩個準則的相同點和不同點。其在平面上的幾何表示，它們為何種情況

17、下差別最大？ 意義：屈雷斯加準則：變形體某點的最大切應力達到定值材料就屈服；平面上為正六邊形。米賽斯準則：一定變形條件下，彈性形狀改變能打到某一定值材料就屈服；平面上為一個圓。 共同點屈服準則的表達式都和坐標的選擇無關，等式左邊都是不變量的函數；三個主應力可以任意置換而不影響屈服，同時認為拉應力和壓應力的作用是一樣的；各表達式都和應力球張量無關。 不同點屈雷斯加沒有考慮中間應力的影響，三個主應力大小順序不知時，使用不便；米賽斯考慮了中間應力的影響，使用方便。在平面應變情況下差別最大，最大相差15.5%10. 彈性應力應變關系及塑性應力應變關系的特點。彈性應力應變關系塑性應力應變關系應力與應變是

18、否呈線性關系是否應力主軸是否與應變主軸重合是否變形是否可逆是否體積是否變化，泊松比=？是，v<0.5否,V=0.5（1） 彈性 應力與應變呈線性關系，應力主軸與應變主軸重合；變形可逆與加載過程無關瞬時外載決定；可認為體積變化，泊松比v0.5（2） 塑性 應力與應變不成線性關系，應力主軸與應變主軸不一定重合；變形不可逆，與變形歷史有關；可認為體積不變化，泊松比v=0.5；塑性變形過程存在加工硬化11. 簡單加載與復雜加載的應力分量變化特點，Levy-Mises增量理論的應力應變關系的基本假設及其表達式。應力應變的順序對應關系。（1） 簡單加載：應力分量按比例加載；只加載不卸載；應力與應變的

19、主軸重合。復雜加載：不滿足簡單加載條件。增量理論：或（2） 材料是剛塑性材料，即彈性應變增量為0，塑性應變增量就是總的應變增量。材料符合米屈服準則。每一加載瞬時，應力主軸與應變增量主軸重合。塑性變形時體積不變。假設應變增量與應力偏量成正比，得Levy-Mises方程d瞬時非負比例系數，加載時 d>0，卸載時d=012. 真實應力應變曲線的簡化形式及近似表達式。冪指數硬化曲線Y=Bn次方 剛塑性硬化曲線Y=s+B1m次方 鋼塑性硬化直線Y=s+B2理想鋼塑性水平直線Y=s13. 變形溫度及變形速度對真實應力應變曲線的影響。（1） 冷變形時，溫度效應顯著，強化被軟化所抵消，最終表現出的是：變

20、形速度的影響不明顯，動態時的真實應力-應變曲線比靜態時略高一點，差別不大。（2） 在高溫變形時溫度效應小，變形速度的強化作用顯著，動態熱變形時的真實應力-應變曲線必靜態時高出很多。（3） 溫變形時動態真實應力-應變曲線比靜態時的曲線增高的程度小于熱變形時的情況。（4） 高溫變形時速度影響大，低溫變形時速度影響小。14. 摩擦產生的相關學說，常用的摩擦條件及數學表達式，塑性成形過程摩擦的基本分類及特點。影響摩擦系數的主要因素。（1）表面凹凸學說、分子吸附學說、粘著理論（2）庫倫摩擦條件：T=Pn或=n正壓力不大，變形量小；常摩擦力條件：=mK，當m=1為最大摩擦力條件（3）干摩擦、邊界摩擦、流體

21、摩擦。特點：伴隨有變形金屬的塑性流動；接觸面上壓強高；實際接觸面積大；不斷有新的摩擦面產生；常在高溫下產生摩擦。（4）金屬種類和化學成分；工具的表面狀態；接觸面上的單位壓力；變形溫度；變形速度15. 塑性成形過程中出現的主要質量問題，塑性成型件進行質量分析的一般過程及分析方法。（1）加熱，過熱、過燒、加熱裂紋、銅脆、脫碳、增碳；工藝，大晶粒、晶粒不均勻、裂紋、鍛造折疊、穿流、帶狀組織；冷卻，冷卻裂紋、網狀碳化物。（2）調查原始情況（原材料，塑性成形工藝及熱處理情況。）；弄清質量問題（查明塑性成形件的缺陷部位及宏觀特征。初步確定引起缺陷的原因。）；試驗研究分析（取樣分析，確定其宏觀與微觀組織特征

22、）；提出解決措施。（3）低倍組織實驗；金相實驗；金屬變形流動分析實驗。16. 主應力法的基本原理，板料成型的特點。（1） 將應力平衡微分方程和屈服方程聯立求解。（2） 板料成型時，坯料大都只有一個版面與模具接觸，另一個為自由表面；成型過程中大多在室溫下進行，故必須考慮材料的加工硬化；變形區的板料厚度是變化的；必要時還需考慮板料的各向異性的影響。17. 開式模鍛行程的特點以及飛邊槽的作用。18. 簡述有限元法的一般解題步驟（1）把變形體看成是有限數目單元體的集合。分片近似對，每一個單元選擇函數來近似描述其場變量。將各個單元所建立的關系式加以集成，得到一個與有限個節點相關的總體方程。（2）連續體的

23、離散化。選擇滿足某些要求的聯系單元節點和單元內部各點的位移（或速度）的插值函數。建立單元的剛度矩陣或能量泛函。建立整體方程。解方程求未知節點的位移。由節點位移，得用幾何方程和物理方程，求整個變形的應變場、應力場。19. 熱塑性變形的主要軟化機制。動態回復。金屬即使在遠高于靜態再結晶溫度下，塑性加工時，一般只發生動態回復，且對于有些金屬甚至變形程度很大，也不發生動態再結晶，所以其為主要軟化機制。20. 影響晶粒大小的主要因素。加熱溫度，包括變形前的加熱溫度和固溶處理時的加熱溫度；變形程度，影響晶粒再結晶從而影響晶粒大小；機械阻礙物，會對晶界起到釘扎的作用，阻止晶界的遷徙，同時變形速度、原始晶粒度

24、和化學成分也會影響晶粒度。21. 對數應變的特點。能表示變形的實際情況；可疊加應變；為比應變。22. 塑性成形過程潤滑劑的特點及分類。液體潤滑劑：植物動物礦物油、有機化合物液體；固體潤滑劑：干性固體潤滑劑、軟化性固體潤滑劑、無機鹽類23. 應變速率對金屬塑性的影響機理。(1)增加應變速率會使金屬的真實應力升高，是由于塑性變形的過程較復雜，需有一定的時間進行。(2)增加應變速率，由于無足夠時間進行回復或再結晶，因而軟化過程不充分使金屬的塑性降低。(3)增加應變速率，會使溫度效應增大和金屬的溫度升高，這有利于金屬塑性的提高。綜上所述，應變速率的增加，既有使金屬塑性降低的一面，又有使金屬塑性增加的一

25、面，這兩方面因素綜合作用的結果，最終決定了金屬塑性的變化。24. 說明冷塑性變形對金屬組織和性能的影響？1)對組織的影響 冷塑性變形后，金屬的晶粒形狀發生變化，變化趨勢大體同金屬的宏觀變形一致，變形程度大時會產生纖維組織。2)晶粒內部也會產生亞結構，位錯密度會增加。3)晶粒位向的改變，多晶體中原為任意取向的各個晶粒，會逐漸調整其取向而變為彼此趨于一致形成具有擇優取向的組織，成為變形織構。4)性能的變化，隨變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性韌性下降，利用這一現象，出現加工硬化。25. 細化晶粒的主要途徑？在原材料中添加一些合金元素，起到彌散的結晶核心的作用，從而細化晶粒；采用適當的變形

26、程度和變形溫度使晶粒得到細化；采用鍛后正火或退火等相變重晶界的方法來細化晶粒。26. 壓力加工中外摩擦有何特點？試分析壓力加工中經常使用的潤滑劑種類及潤滑機理。答:外摩擦特點：接觸面壓力大，潤滑困難，摩擦應力高；溫度條件惡劣(如高溫)；接觸條件不斷變化，表面狀態不一。塑性加工所使用的潤滑劑種類有液體潤滑劑,固體潤滑劑兩大類。液體潤滑劑主要是通過適當的粘度較大的活性形成一層穩定結實的潤滑膜。固體潤滑劑：固體本身的剪切強度低于被加工材料的剪切強度。27. 簡述在塑性成形過程中潤滑劑的選用原則。（1）潤滑劑應有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤滑狀態；（2）潤滑劑

27、應有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應不分解，不變質；（3）潤滑劑有冷卻模具的作用；（4）潤滑劑不應對金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤滑劑應對人體無毒，不污染環境；（6）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。28. 論述塑性成型過程中摩擦的特點。接觸面上的壓強高；伴隨變形金屬的塑性流動；實際接觸面積大；不斷有新的摩擦面產生；在高溫下產生，有氧化皮。29. 鋼錠經過熱加工變形后，組織和性能有什么變化?1）熱塑性變形可以改善晶粒組織2）鍛合內部缺陷，消除了某些鑄造缺陷，較鑄態具有較佳的機械性能；3）破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布，使其均勻地分布在鋼中；4）形成纖維組織，使材料

28、的性能得到改善；5）改善偏析，一定程度上改善鑄造組織的偏析。30. 舉例說明對數應變具有可加性和可比性。可加性：設材料有L0-L1-L2； ； 具有可加性設材料由L-2L然后由2L-L 大小相等方向相反，具有可比性。金屬塑性成形原理復習題一、解釋名詞和術語 塑性 塑性變形 塑性成形 應力張量  主應力 主切應力 主平面  主切應力平面  平面應力狀態 平面應變狀態 軸對稱應力狀態 位移 位移分量 對數應變 主應變 主切應變 應變增量  應變速率 全量應變  屈服準則 屈服表面 屈服軌跡 平面  本構方程 增量理論 全量理論 比例加載

29、真實應力 理想彈塑性材料 理想剛塑性材料 彈塑性硬化材料 剛塑性硬化材料 滑移線 滑移線場   二、回答下列問題 1  張量有哪些基本性質？ 2  試說明應力偏張量和應力球張量的物理意義。 3  如何判斷兩個應力狀態是否相同？ 4  應力偏張量的應力球張量各引起物體什么變形？ 5  畫出主應力簡圖的全部類型。 6  塑性變形時，應變張量和應變偏張量有何關系？其原因何在？ 7  用主應變簡圖表示的塑性變形類型有哪些？畫出主應變簡圖的全部類型。 8  對數應變有何優點？它與相對線應變有何關系？ 9  常用的屈服準則有哪兩個？如何表述？分別寫出其數學表達式。 10    說明Tresca屈服準則和Mises屈服準則的幾何意義和物理意義。 11