第16讲变形抗力概念及测定方法.ppt

金属塑性变形理论第十六讲 张贵杰 TelE-Mail： zhguijie@ 河北联合大学金属材料及加工工程系 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 8.1 变形抗力的概念及测定方法 变形抗力的概念 变形抗力的测定方法 8.1.1 变形抗力的概念 金属的塑性变形抗力是指金属在一定的变形条件下进行塑性变形时于单位横截面积上抵抗此变形的力。 为排除复杂应力状态的影响，变形抗力通常用单向应力状态(单向拉伸、单向压缩)下所测定的流动应力来表示。有的书称此应力为真实变形抗力。 实际塑性加工时，如轧制、锻压、挤压、拉拔等，多数是在三向或两相应力状态下进行的。因此，对同一种加工金属材料，在主作用力方向上的单位变形力在数值上一般要比单向应力状态下所测定的变形抗力为大。其关系可用下式表示： 因塑性加工时所需的变形力 (其中F为接触面积在与P垂直方向上的投影)，所以，在计算变形力时必须首先要求出金属的变形抗力 。 8.1.2 变形抗力的测定方法 这里所介绍的变形抗力测定方法是指在简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布时的变形抗力测定。 测定方法有： （1） 拉伸试验法 （2） 压缩试验法 （3） 扭转试验法 拉伸试验法 拉伸试验中所用的试样通常为圆柱体，在拉伸变形体积内的应力状态为单向拉伸，并均匀分布。 拉应力： 应变： 在选择拉伸试样材质时，很难保证其内部组织均匀，其内部各晶粒，甚至一个晶粒内部的各质点的变形和应力也不可能完全均一。所示，在此试验中所测定的应力和变形为其平均值。 但从拉伸变形的总体来看，是能够保证得到比较均匀的拉伸变形的，其不均匀变形程度要比压缩变形小得多。 用拉伸法不足之处在于其所得到的均匀变形程度一般不超过20～30％。 压缩试验法 压缩变形时，变形金属所承受的单向压应力，即变形抗力为： 应变： 在压缩试验中完全消除接触摩擦的影响是很困难的，所以，所测出的应力值稍偏高。 在试验中为消除或减小接触摩擦的影响可采取在试样的端部涂润滑剂，加柔软垫片等措施。增大H／d值也可使接触摩擦对变形过程的影响减小。但通常不能使H／d大于2～2.5，否则在压缩时试样容易弯曲而使压缩不稳定。对于H／d＞2的试样，当变形程度较小时，接触摩擦对变形过程的影响不大。 压缩法的优点在于它能使试样产生更大的变形。 扭转试验法 扭转试验时，在圆柱体试样的两端加以大小相等、方向相反的转矩M，在此二转矩M的作用下试样产生扭转角f。在试验中测定f值。 在试样中的应力状态为纯剪切。但此应力状态的分布是不均匀的，其分布规律是： 在试样的轴心处r＝0，则t＝0。 t的最大值出现在试样的表面处，即 所产生的剪切变形为： 为了使应力状态趋向均匀，可取扭转试样为空心的管状试样。此时，试样的壁厚越薄，应力状态越均匀。此时剪切应力为： 扭转法应用不广 8.2 影响变形抗力的主要因素 化学成份 8.2.1 化学成份对变形抗力的影响 化学成份对变形抗力的影响非常复杂。一般情况下，对于各种纯金属，因原子间相互作用不同，变形抗力也不同。同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。 合金元素对变形抗力的影响，主要取决于合金元素的原子与基体原子间相互作用特性、原子体积的大小以及合金原子在基体中的分布情况。合金元素引起基体点阵畸变程度愈大，变形抗力也越大。 碳 在较低的温度下随着钢中含碳量的增加，钢的塑性变形抗力升高。温度升高时其影响减弱。图中示出，在不同变形温度和变形速度条件下，压下率为30％时含碳量对变形抗力的影响。可见，低温时的影响比高温时大得多。 锰 由于钢中含锰量的增多，可使钢成为中锰钢和高锰钢。其中中锰结构钢(15Mn～50Mn)的变形抗力稍高于具有相同含碳量的碳钢，而高锰钢(Mnl2)有更高的变形抗力。 硅 钢中含硅对塑性变形抗力有明显的影响。用硅使钢合金化时，可使钢的变形抗力有较大的提高。例如，含硅量为1.5％～2.0％的结构钢(55Si2、60Si2)在一般的热加工条件下，其变形抗力比中碳钢约高出20％～25％。含硅量高达5％～6％以上时，热加工较为困难。 铬 对含铬量为0.7～1.0％的铬钢来讲，影响其变形抗力的不是铬，而是钢中的含碳量。这些钢的变形抗力仅比其相应含碳量的碳钢高5～10％。 高碳铬钢GCr6～GCrl5(含铬量0.45～1.65％)的变形抗力虽稍高于碳钢，但影响变形抗力