材料成形基本原理第2版课件作者刘全坤主编(下).第十七章节金属塑性变形与流动问题.ppt

第十七章 金属塑性变形与流动问题 主 要 内 容 第一节 金属流动方向——最小阻力定律 第二节 影响金属塑性变形和流动的因素 电热局部镦粗原理 第三节 不均匀变形、附加应力和残余应力 挤压的金属流动和纵向应力的分布 1）金属流动；2）附加应力较小；3）附加应力较大 第四节 金属塑性成形中的摩擦和润滑 主要内容 一、金属塑性成形中摩擦的特点及其影响 二、塑性成形中的摩擦分类及机理 三、塑性成形时摩擦力的计算 四、影响摩擦系数的主要因素 五、塑性成形的摩擦系数的测定方法 六、塑性成形中的润滑 3.??摩擦力不变条件 认为接触面上的摩擦力不变，是一个常数，即 3.变形温度 变形温度对摩擦系数的影响很复杂。因为变形温度变化时，材料的强度、硬度及接触面上氧化膜的性能都会发生变化。一般认为，开始时摩擦系数随温度升高而增加，达到最大值后又随温度升高而降低。 4.变形速度 许多实验结果表明，摩擦系数随变形速度增加而有所下降。 5.接触面上的单位压力 单位压力较小时，表面分子吸附作用不明显，摩擦系数保持不变，与正压力无关。 2.??表面磷化—皂化处理 当压力很高时，即使加入添加剂，润滑剂还是会遭到破坏或被挤掉，而失去润滑作用。因此，须将坯料表面进行磷化处理，即在坯料表面用化学方法制成一层磷酸盐或草酸盐膜，这种磷化膜是由细小片状的无机盐结晶组成的，呈多孔状态，对润滑剂有吸附作用。膜厚一般约为10～20μm，与金属结合力强且有塑性，可与金属坯料一起变形。磷化后进行润滑处理，常用硬脂酸钠、肥皂等，故称为表面磷化—皂化处理 3. 表面镀软金属 对于变形抗力大的金属坯料，一般的润滑剂易挤出，这时可在金属表面电镀一薄层软金属，如铜或锌，它与金属结合好、变形抗力小、延伸性好，在变形过程中可将坯料与工具隔开，起润滑作用，但成本较高。 2、温度不均匀（加热或冷却不均匀）所引起的热应力以及由相变过 程所引起的组织应力都会引起残余应力。 残余应力分类： 第一类残余应力存在于变形体各区域之间； 第二类残余应力存在于各晶粒之间； 第三类残余应力存在于晶粒内部。 （1）具有残余应力的物体再承受塑性变形时，其应变分布及内部应力分布更不均匀。 （2） 缩短制品的使用寿命，当外载作用下的工作应力与残余应力叠加超过材料的强度时，使零件破坏，设备出现故障。 （3） 使制品的尺寸和形状发生变化，当残余应力的平衡受到破坏后，相应部分的弹性变形也发生变化，从而引起尺寸和形状变化。 （4） 增加塑性变形抗力，降低塑性、冲击韧性及抗疲劳强度。 （5） 降低制品表面的耐蚀性，具有残余应力的金属在酸液中或其他溶液中的溶解速度加快。 残余应力一般是有害的，特别是表面层中具有残余拉应力的情况。但当表面层具有残余压应力时，可以显著提高材料的强度和疲劳强度，反而可提高其使用性能。 （二）残余应力引起的后果 1、?? 热处理法 采用去应力退火可较彻底地消除残余应力。对第一类残余应力一般在回复温度下便可大部分消除，制品的硬化不受影响；第二类残余应力，接近再结晶温度也可完全消除；对第三类残余应力必须在再结晶温度以上才可消除。在高温下，去应力退火时，应避免晶粒长大，影响其力学性能。 2、机械处理方法 在制品表面再产生一些表面变形，使残余应力得到一定程度的释放和松弛，或者产生新的附加应力以抵消或减弱残余应力。该法只适合于消除第一类残余应力，实践证明当表面变形量1.5％～3％左右效果最好。 （三）残余应力的消除方法 塑性成形中的摩擦特点： 1、接触面单位压力高 塑性成形时的摩擦接触面上压力很高，热塑性时达500MPa，钢冷挤压时高达2500MPa。而机械传动中重载轴承的工作压力一般为20～40MPa。接触面压力愈高，润滑剂易挤出和失效，降低了润滑效果。 2、伴随着塑性变形 塑性成形的摩擦接触面因金属的塑性流动，接触状态不断变化，同时会产生新的接触面。而机械传动是接触面不变的弹性接触。 3、在高温下进行 钢材热塑性加工温度一般为800～1200℃，这时，接触表面会产生金属氧化、模具软化、润滑剂分解等复杂的物理化学变化。 一、金属塑性成形中摩擦的特点及其影响 1.? 改变应力状态，增大变形抗力 例如单向压缩时，若工具与坯料无摩擦存在，则坯料受单向应力状态；若存在摩擦时，则变成三向应力状态，且使端面压应力增加才能屈服，因而变形抗力增加。 2.? 引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力 在挤压杆件时，由于挤压筒壁摩擦力的影响，使坯料边缘处的流动比中间慢，造成边缘受拉伸而中间受压缩的附加应力。 3.? 降低模具寿命 摩擦必然带来磨损，同时摩擦热引起模具软化，以及变形抗力增加使模具工作应