材料成型概论 第二章 材料成型的基础1(可编辑)

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1、材料成型概论第一章材料成型概述第二章材料塑性成型的基础第三章轧制成型第四章挤压成型第五章拉拔成型第六章锻造成型第七章冲压成型第八章陶瓷成型第二章材料塑性成型的基础2.1材料塑性成型的基础2.1.1金属塑性成型的力学基础2.1.2金属塑性成型的金属学基础2.2金属材料的种类及编号2.2.1钢铁材料的种类及编号2.2.2铝铝合金及铜铜合金2.2.3钛及钛合金金属塑性成型的过程：是在某种变形力学条件和热力学条件下进行的.即在某种应力状态与变形状态及一定的变形温度、变形速度及变形程度范围内进行的。随着这些条件的不同，金属的塑性、变形抗力、成型时的力能消耗和组织性能均不同。2.1材料塑

2、性成型的基础2.1.1.1外力、内力和应力1.外力:作用力、反作用力、摩擦力在压力加工过程中,作用在金属表面上的力。作用力：是使金属产生塑性变形的主动力。是各种机械动作产生，迫使金属变形的力。如锻造、轧制、拉拔等过程特点：外部作用，方向与接触工作面垂直。2.1.1金属塑性成型的力学基础反作用力：工具阻碍金属工件在某个方向上运动而产生的力。方向垂直于工具的工作表面，作用在金属工件上。摩擦力：阻碍相对接触的工件与工具间相对运动趋势时的力，方向沿工具与工件接触面的切线方向。摩擦力一方面有着阻碍变形金属质点流动的作用，使金属变形不均匀（锻造）；同时，也有促使变形过程建立并使之稳定的作

3、用（轧制咬入）。2.1.1.1外力、内力和应力在变形体内原子被迫偏离平衡位置，则该物体便出现了内力和应力。2.内力:是材料内部所受的力。材料在外力的作用下，其内部就会产生相应的作用力以抵抗变形，并在整体上与外力达到平衡。这种作用力称为内力。2.1.1.1外力、内力和应力内力产生的原因:1）平衡外力；2）由于工件的整体性，各部分的不均匀变形、不均匀加热和冷却、不均匀相变等必将互相限制，因此物体内部出现了自相平衡的内力。如加热不均;轧制变形不均等。2.1.1.1外力、内力和应力产生的实质：原子偏离平衡位置，原子间距改变的结果。2.1.1.1外力、内力和应力2.1.1.1外力、内力

4、和应力3.应力:分布在单位面积上的内力称为应力。在数值上等于一个无限小的面积上内力总和与该面积比值的极限:平均应力等于在某一个面积上的内力P和该面积F的比值。即:σ=P／F国际单位：1MPa=1MN／m2=1N／mm22.1.1.1外力、内力和应力3.应力:通常，作用于物体任意截面上的应力往往与该截面成任意角度，可以分解为垂直于截面F的法线正应力:和作用于截面F切线方向的切应力:2.1.1.1外力、内力和应力3.应力:取适当的坐标轴，使之按此轴方向所截取的截面上只有法线应力作用，而没有切线应力作用：（）(σ1,σ2,σ3)叫主应力拉应力为正，压应力为负按代数顺序：9种主应力状

5、态图示定性反映所需单位变形力的大小和工件破坏前可能产生的塑性变形程度,即塑性大小。主应力状态图示主应力状态图示应力结论拉应力易导致材料破坏，压应力有利于减少或抑制破坏的发生和发展。应力图示中，压应力比重越大，材料塑性越高。三向均匀压缩可以迫使金属内部组织致密，使滑移面紧密结合，可以焊合裂纹，提高塑性。拉应力的数量愈多，则其塑性愈差，因为它使缺陷扩大，使滑移面分离。1.变形:材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。2.1.1.2变形、应变和主应变弹性变形特征：拉伸:σ=Eε，E-杨氏模数；剪切

6、：τ=Gγ，G-切变模数塑性变形特征：应力与应变的关系偏离虎克定律变形区：金属在外力作用下正在发生塑性变形的区域。刚端：变形区以外的区域。2.1.1.2变形、应变和主应变绝对主应变相对主应变真实相对主应变2.应变:物体变形前后变形程度的大小3.主应变:和主轴方向一致的变形叫主应变伸长:箭头向外;缩短:箭头向里根据变形前、后体积不变的条件，HBL＝hbl或hbl/HBL=1两边取对数，即得ln(h/H)+ln(b/B)+ln(l/L)=0或ε1+ε2+ε3=0主应变图示：是用来表示3个主应变的存在及其正负，而不注明其具体数值的简明立方体示意图形。3.主应变第一类变形图示一向缩短

7、,二向伸长如有宽展轧制；第二类变形图示一向缩短,一向伸长如无宽展轧制；第三类变形图示二向缩短,一向伸长如挤压轧制。与金属的塑性密切相关，反映金属的塑性好坏。3.主应变物体在外力作用下产生应力和变形.以单向拉伸为例说明塑性变形过程与特点.金属变形分为弹性、塑性变形、破裂三个阶段。当弹性变形阶段；当σ≥σS以后，塑性阶段是非线性关系；当应力达到σb之后，不均匀塑性变形,然后断裂。2.1.1.3应力与变形的关系时，若在均匀塑性变形阶段出现卸载现象，一部分变形得以恢复，另一部分则成为永久变形。卸载阶段σ-ε呈线