[材料科学]力学冶金课件3.ppt

3.塑性加工时金属材料的性质和特征 3.1 引言 材料的加工性： 由代表着加工工艺和加工过程的应力、应变、速率和温度等条件和材料内部组织条件的综合作用而决定的。 在加工过程中 3.2金属材料的屈服应力 （1）屈服应力是确定加工过程能力参数的主要参数 3.3金属的塑性及可加工性 3.3.1 塑性变形 3.3.2金属材料的塑性 变形极限：给定的工艺和变形的几何学，变形极限随材料的不同而变化的。 （1）塑性指标 局部延伸的影响程度 试样的均匀延伸程度与冶金条件、实验尺寸效应、缩颈发展形状有关。 断裂时试样的延伸量表示为： 几何相似的试样产生几何相似的缩颈区域。根据Barba法则： 几何因子取值范围 美国为4.0 英国为5.0 德国为10.0 国内有 和 两种 即： ＝5或10 延伸率和面缩率 延伸率：受均匀延伸的影响主要与材料的应变硬化能力有关 块状金属成型性是有延性破坏限制的。 拉丝是一个例外，拉丝的成型是由道次最大面缩率所限定的。 一旦引起面缩就无法承受拉丝的载荷。因此由形成缩颈所限定的变形量无太多的关系。当然也是可能的，虽然不是普遍，脆性破坏也限定成型的极限。 在许多成型过程中的成型极限同拉伸实验中测得的面缩率有十分密切的关系。 拉伸时的面缩率的关系 （2）冶金组织与金属材料塑性 金属的塑性受到基体和夹杂这两者的性能的强烈影响。 夹杂在延性破坏中起着支配的作用。 夹杂的①体积百分数②性质③形状和④分布是主要的。 硫化物对钢的拉伸塑性的影响 横向塑性较低的原因是夹杂物沿轧制方向被拉伸 分布状态： 压力加工倾向于使夹杂物在延伸的方向上被拉长并成为一字形，这种机械纤维降低了垂直于主应力方向上的断裂强度和塑性。可锻铸铁就是一个极端例子，虽然它不是商业产品。裂纹的路径遵循着玻璃状的硅酸盐夹杂物而形成“木纹状”断裂， 倾向于产生纵裂 延性断口产生的原因 夹杂周围的空穴或孔隙的扩展 延性断裂也可能由局部剪切而产生，拉伸试验的延性杯—锥断裂上的剪切唇就是一个例子 在锻造和墩粗时，自由表面上鼓形引起的拉伸的周向应力，产生 裂纹。如图： （4）热加工的塑性 热脆产生的一般原因是液相的存在。它的产生是由于加热温度进入到液－固两相区，造成部分融化所致。 低熔点的 共晶硫化物： Cu、Sn：热加工时会引起表面裂纹。浓缩于固溶体中并恰好存在于氧化皮的下面。浓缩超过了固溶能力，一个单独的液相就会形成，它和界面湿润并导致塑性降低。 夹杂物：垂直被拉长的夹杂物加工，影响材料塑性。 3.3.3金属材料的成型性能 （1）块料的成型性能 可加工性是：金属加工过程中 产生变形而不形成裂纹的变形程度。 可加工性是个复杂的技术概念。它不仅取决于材料的断裂阻力（塑性），而且也同工艺过程的特定条件，诸如变形量、摩擦、温度和应变速率等有关。 块状金属加工过程中产生的裂纹可分为三种主要的类型： （a）墩粗时自由表面的裂纹 （b）挤压时接触面上高摩擦下形成的表面裂纹 （c）拉拔棒材时中心破裂或箭样裂纹 裂纹产生的原因： （1） 附加拉伸应力的结果，尤其是当Δ＝h/L较大时； （2）工件内常产生温度梯度； （3）局部的不变形区，难变形区和易变形区两种区域存在导致了剪切带的形成。 加工极限：块状金属的加工极限是以表面出现裂纹为标准。 断裂的判据： Cockcroft和Latham提出的判据是以应力和应变的某种组合为根据的，并且最大的局部拉伸应力（σ*)最为重要。 σ* dε＝常数 实际应用： 每一种材料在断裂时的拉伸应变和压缩应变之间存在着一种单一关系形式的断裂判据。如图所示： 条件：理想的没有摩擦的墩粗。 当断裂处的拉伸应变和压缩应变之应变比处在斜度为1/2的线上时断裂产生。 Shiro kobayashi（小林次郎）： 使用数值法计算出在室温下低速锻造钢圆柱体时的参数，所得到的可加工性如图所示： Avitzur：研究了挤压和拉拔时中心破裂或箭形裂纹的形成。 他的研究预测了为防止这类裂纹所必须避免的模具角和面缩率的范围。