冷轧管变形原理
冷轧管变形原理
deformation theory of cold rolling tube process
关于冷轧管轧管过程、变形和应力状态、瞬时变形区、滑移和轴向力、轧制力等的基本理论。
二辊式冷轧管机的轧管过程二辊式冷轧管机工作时，其工作机架借助于曲柄连杆机构作往复移动。管子的轧制(图1)是在一根拧在芯棒杆7上的固定不动的锥形芯棒和两个轧槽块5之间进行的。在轧槽块的圆周开有半径由大到小变化的孔型。孔型开始处的半径相当于管料1的半径，而其末端的半径等于轧成管2的半径。
图1二辊式冷轧管机
1-管料；2-轧成管；3-工作机架；4-曲柄连杆机构；5-轧槽块
6-轧辊；7-芯棒杆；8-芯棒杆卡盘；9-管料卡盘；10-中间卡盘；11-前卡盘
在送进和回转时，孔型和管体是不接触的，为此，轧槽块5上在孔型工作部分的前面和后面，分别加工有一定长度的送进开口(半径比管料半径大)和回转开口(半径比轧成管的半径大)。在轧制过程中，管料和芯棒被卡盘8、9夹住，因此，无论在正行程轧制或返行程轧制时，管料都不能作轴向移动。
工作机架由后极限位置移动到前极限位置为正行程；工作机架由前极限位置移动到后极限位置为返行程。
轧制过程中，当工作机架移到后极限位置时，把管料送进一小段，称送进量。工作机架向前移动后，刚送进的管料以及原来处在工作机架两极限位置之间尚未加工完毕的管体，在由孔型和芯棒所构成的尺寸逐渐减小的环形间隙中进行减径和管壁压下。当工作机架移动到前极限位置时，管料与芯棒一起回转60。～90。。工作机架反向移动后，正行程中轧过的管体受孔型的继续轧制而获得均整并轧成一部分管材。轧成部分的管材在下一次管料送进时离开轧机。
图2多辊式冷轧管机
1-柱形芯棒；2-轧辊；3-轧辊架；4-支承板；5-厚壁套筒；6-大连杆；7-摇杆；8-管子
多辊式冷轧管机的轧管过程多辊式冷轧管机轧制管材时见(图2)，管子在圆柱形芯棒1和刻有等半径轧槽的3～4个轧辊2之间进行变形。轧辊装在轧辊架3中，其辊颈压靠在具有一定形状的支承板(滑道)4上，支承板装在厚壁套筒5中，而厚壁套筒本身就是轧机的机架，它安装在小车上。工作时，曲柄连杆和摇杆系统分别带动小车和装在工作机架内的轧辊架作往复移动。由于小车和轧辊架是通过大连杆6和小连杆分别与摇杆7相联结的，所以当摇杆摆动时，轧辊与支承板便产生相对运动。当辊径在具有一定形状的支承板表面上作往复滚动时，轧辊和圆柱形芯棒组成的环形孔型就由大变小，再由小变大地作周期性改变。当小车走到后板极限位置时，送进一定长度的管料并将管体回转一个角度。为了降低返行程轧制时的轴向力以防止两根相邻管料在端部相互切入，一般管料的送进和管体的回转，是当小车在后极限位置时同时进行的。当小车离开后极限位置向前移动时，孔型逐渐变小，进行轧制，在返行程轧制时获得均整。
冷轧管时金属的变形和应力状态以二辊式冷轧管机轧管为例，在轧管过程中金属的变形过程如图3所示。送料时工作锥向轧制方向移动一段距离m(送进量)，相当于管料的Ⅰ-Ⅰ截面移动相同的距离到了Ⅰ1-Ⅰ1，位置，Ⅱ一Ⅱ的截面移动同一个距离m到了Ⅱ1一Ⅱ1位置(图3a)。由于在管料送进的时候，工作锥的内表面脱离了芯棒的表面，两者之间形成了一个间隙c，所以，当工作机架前移，工作锥变形时，在变形区中先是减径，然后是压下管壁(图3b)，而且在变形和延伸的过程中，工作锥内表面与位于轧槽块前的芯棒之间的间隙不断增大。同时，工作锥的末端截面移动到Ⅱx一Ⅱx位置。
图3 冷轧管时金属变形
在返行程轧制时，由于轧制前管体回转了一个角度，原来处在孔型侧壁的金属转到了孔型顶部，因而工作锥受到了均整，使任何一个横截面形状更圆，壁厚更均匀。另外，由于变形时其中一部分金属向周向流动的结果，在孔型侧壁和工作锥的内表面管料脱离了芯棒，这样有利于下一次管料送进。
图4 冷轧管变形时的作用力
工作机架回到后极限位置Ⅰ时，一个轧制周期结束，轧成管的一段长度为△L T(图3c)：
△L T=%26pi;S0 (D0-S0)m/%26pi;S T(D T-S T)=%26mu;%26epsilon;m
式中%26mu;%26epsilon;为总延伸系数，等于管料截面积与轧成管截面积之比，m为送进量。总延伸系数%26mu;%26epsilon;和送进量m越大；则△L T越大，反之△L T越小。
冷轧管时，金属是在不断改变着位置和形状的瞬时变形区内变形的。金属在轧辊的正压力P、芯棒的正压力N，来自轧辊的摩擦阻力T以及来自芯棒的摩擦阻力T1的作用下进行变形(图4)。若在金属与轧辊接触的变形区中取一单元体，则其径向主应力%26sigma;1、周向主应力%26sigma;2和轴向主应力%26sigma;3均为压应力，所以冷轧管时，金属变形基本应力的应力状态是三向压应力，但在辊缝处(%26phi;角范围内)轴向承受单向拉应力，见图5。与冷拔管时的二向压一向拉的应力状态相比，这种应力状态更有利于金属塑性的发挥。
图5 冷轧管变形时应力状态沿轧槽分布图
a-正行程；b-反行程
瞬时变形区的结构无论正行程轧制或返行程轧制，瞬时变形区的出口截面都与工作机架的中心截面相重合。在二辊式冷轧管机上轧管时，由于进入变形区的管体要先减小直径再减小壁厚，因此，瞬时变形区包括由减径角%26theta;p和压下角%26theta;t构成的两部分(图3b)。在工作机架的行程中%26theta;p、%26theta;t 的大小是变化的。%26theta;p与%26theta;t之和构成瞬时变形区总的接触角。在多辊式冷轧管机上轧管时，行程的开始阶段瞬时变形区由单一的减径区构成，在行程的其他部分，由于这种轧机使用圆柱形芯棒，瞬时变形区可以认为由单一的减壁区构成。
瞬时变形区变形量的确定在一般纵轧过程中，变形区的几何尺寸是不变的。所以坯料上的任一个截面都可以一直从变形区的入口移动到出口。变形区进口截面和出口截面的高度差、就是坯料上任一截面连续通过变形区时的压下量，而且是稳定不变的。但在冷轧管时，进入变形区的和离开变形区的管体截面的尺寸是不断变化的，而且瞬时变形区进口截面和出口截面的高度差也不等于工作锥上进入瞬时变形区的截面在一个轧制行程中的压下量。因此，冷轧管时，工作锥上的任一截面在一个轧制行程中连续通过不断变化着的瞬时变形区时所达到的变形量是不相同的，而且确定它的大小也是比较复杂的。在实际计算中，通常是根据各瞬时变形区出口截面的尺寸，确定该截面变形开始时在工作锥上的位置和尺寸，再计算其变形量。这个变形量称为瞬时变形区变形量。瞬时变形区变形量的计算一般以下述原则为基础：设某瞬时变形区的出口截面为Ⅰ-Ⅰ(图6)，该截面在通过瞬时变形区时所经受的压下量等于它与另一截面Ⅱ一Ⅱ的高度差，而这两个
截面之间所包括的金属体积等于送进的金属体积。图中R x、r x和S x分别为瞬时变形区出口截面的外半径、内半径和壁厚；R%26Delta;x、r%26Delta;x和S%26Delta;x分别为该截面变形前的外半径、内半径和壁厚。
图6 直角坐标中的一段工作锥
在冷轧管时，主要变形是在正行程轧制过程中完成的；但是，由于工作机架：轧辊等零部件的弹性恢复和轧制前管体的回转，有的轧机还有送进，因此在返行程轧制时工作锥也有一定的甚至较大的变形。
一般可用下列公式来计算正行程轧制和返行程轧制的壁厚压下量
式中%26Delta;S n为正行程轧制时的壁厚压下量；%26Delta;S o为返行程轧制时的壁厚压下量：V y=(R0+r0)/(R x+r x)mS x为送进体积率；R0、r0为管料的外半径和内半径；%26alpha;为锥形芯棒的母线倾斜角；%26gamma;为工作锥母线的倾斜角；K t 为计算返行程轧制时变形量的系数，一般可取K t=0.3～0.4。
一个轧制周期中的壁厚压下量为：
瞬时变形区的边界和咬入角为了计算变形时轧辊同轧件的接触面积，必须知道瞬时变形区的前后边界线。周期式轧制时，瞬时变形区的后边界线(出口一侧的边界线)应是一条空间曲线，但实际上和轧机中心面与工作锥的交线相差不大，故一般把后者作为瞬时变形区的后边界线。
瞬时变形区的前边界线(入口一侧的边界线)是空间曲线，它取决于沿孔型周边的变形区各纵截面上的接触角%26theta;0。(图7)
图7 瞬时变形区的纵截面
%26theta;可按下列简化公式计算：
式中%26Delta;R x为瞬时变形区中的半径压下量；%26rho;0为轧辊的理想半径；C 为孔型周边上不同点处孔型的高度，R x为瞬时变形区出口截面工作锥的半径。
在孔型的脊部，接触角为：
式中%26rho;r为孔型脊部轧辊的半径。
若以瞬时变形区的壁厚压下量%26Delta;S x取代上式中的%26Delta;R x，则可得到确定瞬时变形区前边界线上各点接触角的计算公式。
瞬时变形区的接触面积图8为二辊式和多辊式冷轧管机轧制管子时的变形区及接触面积图示。
文献中有多种计算瞬时变形区接触面积的近似公式。一种常用的计算二辊式冷轧管机轧管时接触面积的方法如下。
图9为借助于计算接触角%26theta;得到的正行程轧制时瞬时变形区接触表面积的垂直投影和水平投影。区域OPLMC为总接触表面积的垂直投影；OPRE=F y s为减壁区接触表面积的垂直投影；B1L1M1NM2L2B2=F d x用为总接触表面积的水平投影；
C1R1PR2C2=F x s减壁区接触表面积的水平投影。
图8 冷轧钢管时变形区及接触面积图示
a-二辊冷轧管机的变形区；b-多辊式冷轧管机变形区；c-正行程的接触面积；d-返行程的接触面积
1-塑性和弹性变形区；2-弹性变形区；3-管子；4-芯棒；5-轧辊
图9 正行程轧制时瞬时变形区接触面积
a-垂直投影；b-水平投影
先来确定减壁区接触表面积的水平投影。由图9可知，减壁区接触表面积的水平投影可分成两部分：
F x s=2(F c1p1po +F p1R1P)
在孔型脊部C=R x，面积F c1p1po用下式计算具有足够的精确度：
式中C为孔槽深，近似为孔槽宽之半。
面积F p1R1P=%26eta;1 1/2(P1P)(R1D)，式中%26eta;1为系数，等于0.85。
R1D=(%26rho;0-C min)sin(%26theta;tc-%26theta;tr)，C min为孔型周边与工作锥最先接触处轧槽的高度；%26theta;tc为孔型脊部减壁区的接触角；%26theta;tr为孔型周边和工作锥最先接触处减壁区的接触角。
所以计算F x s的公式可写成[取
sin(%26theta;tc-%26theta;tr)%26asymp;%26theta;tc-%26theta;tr]：
由于孔型侧壁的开口角通常为16。～22。，用于工程计算可取C min=R x。/3，所以孔型周边与工作锥最先接触处的总接触角为：
而孔型脊部的总接触角为：
因此
取 %26theta;tc/%26theta;tr =%26theta;oc/%26theta;or =%26eta;2
对不同轧机%26eta;2波动在1.60～1.70之间，轧机较大时其值较小。
以角%26theta;tr表示角%26theta;tc，并把所得的值代入F x s式，可以把F x s的计算公式写成更简单的形式：
式中%26eta;3为接触面积的形状系数，对于二辊冷轧管机，其值为1.20～1.25；对于三辊式冷轧管机可取为1.10。
相应地减壁区的总接触表面积可按下式确定：
上两式以%26Delta;R x取代△S x，则可求得总接触表面积的水平投影及总接触表面积。
轧制过程中的滑移及轴向力在冷轧管过程中，金属与轧槽表面之间存在着相对滑动即滑移。变形区由前滑区和后滑区构成。轧制过程中，在前滑区作用在金属上的摩擦力(图10中T x2)的方向和机架移动的方向相反；在后滑区ABc作用在金属上的摩擦力(图10中的T x1)的方向和机架移动的方向相同。
在没有外加前后张力的一般简单的纵轧过程中，变形区中轧辊作用在金属上的正压力的轴向分量和作用在前后滑区的摩擦力的轴向分量始终是互相平衡的。在这种轧制过程中，轧件的出口速度能根据变形条件而自动变化，相对于一定的变形条件，必有一个相应的出口速度以形成适宜的前后滑区，使这时前后滑区所产生的摩擦力的轴向分量正好与轧辊正压力的轴向分量相平衡。
图10 前后滑区接触面积的水平投影及摩擦力的方向
在冷轧管时，由于轧制过程的强制性，(管料是被固定的而不能作轴向运动)不存在通过改变轧件出口速度调节前后滑区大小的可能。因此，在一般情况下，作用在变形区上各力的轴向分量不能相互平衡，其结果，在变形过程中管体受到来自变形工具的轴向力。有时轴向力还是比较大的。轴向力在工作机架行程长度上的分布是不均匀的，并且最大轴向力往往不与最大轧制力相对应。在正行程轧制时，
轴向力可能是压力(方向和工作锥延伸的方向相反)或拉力(方向和工作锥延伸方向相同)；在返行程轧制时，一般只出现轴向压力。轴向力过大会对轧制过程产生不良影响，如出现两根相邻管料的端部相互切入，芯棒杆纵向弯曲，轧制过程中工作锥窜动，送进管料时工作锥从芯棒上脱开时的阻力增加，以及送进机构的磨损加剧等。因此轴向力的大小在一定程度上决定着轧机的生产力和能够达到的变形量。
轧制力在二辊式冷轧管机上，金属作用在轧辊上的平均轧制力可按下式计算：
式中K%26delta;为与轧制时金属加工硬化有关的系数，对钢它可取为
1.42；%26delta;b50为变形程度为50％时金属的强度极限；D0为管料的直径；D T 为轧成管的直径；R c为轧槽压下段轧辊的平均半径；l c为轧槽压下段的长度；S o 为管料的壁厚；S T为轧成管的壁厚。在多辊式冷轧管机上，平均轧制力的计算公式为：
式中K为与多辊式冷轧管上变形特点有关的系数，一般可取为1.6～
2.2；%26delta;bc为变形前后管材强度极限的平均值；R k为轧制半径；l pk为工作锥压下段的长度。
最新减小金属热处理变形介绍
减小金属热处理变形 介绍
如何减小金属热处理变形 摘要：金属热处理在改善材料各种性能的同时，热处理变形是不可避免的，并且会直接影响到工件的精度、强度、噪声和寿命，因此对于精度要求较高的零件要尽可能减小其变形量，着重分析温度是控制变形的关键因素的同时罗列几点次要因素。 关键词：金属热处理变形温度 一、引言 金属材料的热处理是将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，有时并兼之以化学作用和机械作用，使金属合金内部的组织和结构发生改变，从而获得改善材料性能的工艺。热处理工艺是使各种金属材料获得优良性能的重要手段。很多实际应用中合理选用材料和各种成形工艺并不能满足金属工件所需要的力学性能、物理性能和化学性能，这时热处理工艺是必不可少的。 但是热处理工艺除了具有积极的作用之外，在处理过程中也不可避免地会产生或多或少的变形，而这又是机械加工中必须避免的，两者之间是共存而又需要避免的关系，只能采用相应的方法尽量把变形量控制在尽量小的范围内。 二、温度是变形的关键因素 工业上实际应用的热处理工艺形式非常多，但是它们的基本过程都是热作用过程，都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的。整个工艺过程都可以用加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度以及热处理周期等几个参数来描述。在热处理工艺中，要用到各种加热炉，金属热处理便在这些加热炉中进行（如基本热处理中的退火、淬火、回火、化学热处理的渗碳、渗氨、渗铝、渗铬或去氢、去氧等等）。因此，加热炉内的温度测量就成为热处理的重要工艺参数测量。每一种热处理工艺规范中，温度是很重要的内容。如果温度测量不准确，热处理工艺规范就得不到正确的执行，以至造成产品质量下降甚至报废。温度的测量与控制是热处理工艺的关键，也是影响变形的关键因素。 （1）工艺温度降低后工件的高温强度损失相对减少，塑性抗力增强。这样工件的抗应力变形、抗淬火变形、抗高温蠕变的综合能力增强，变形就会减少； （2）工艺温度降低后工件加热、冷却的温度区间减少，由此而引起的各部位温度不一致性也会降低，由此而导致的热应力和组织应力也相对减少，这样变形就会减少； （3）如果工艺温降低、且热处理工艺时间缩短，则工件的高温蠕变时间减少，变形也会减少。
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金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施 摘要：在金属加工制造行业中，对热处理技术进行应用，能够从根本上实现对金属物理性质、化学性质的提升，满足了当前各项工业生产、制造事宜。在调查中发现，当前金属材料的热处理工作，主要山金属加热、保温和冷却等儿项工作流程所构成，但山于金属热处理工艺对于整体的工作环境、技术应用有着较高标准的要求，所以在实际操作的过程中，材料时常会发生变形的问题，这就需要相关工作人员在传统金属加工制造的基础上，实现热处理工艺技术的高效化应用，提升我国金属材料加工制造的整体质量与水平，进而推动社会的发展。 关键词：金属材料；热处理变形原因；防止变形 对于金属工件而言，基本的变形问题主要集中在尺寸变形以及形状变形两方面，但是，无论是哪种变形情况，都和热处理过程导致的工件内部应力息息相关。结合内应力的相关因素对问题因素进行分析，从而制定具有针对性的监督和管控措施，就能从根本上减少金属材料热处理变形和开裂导致的工件质量缺失性问题。 1金属材料性能分析 在当前的社会生产生活中，金属材料的应用范圉十分的广泛。曲于金属材料具有韧性强、塑性好以及高强度的特点，因此其在诸多行业中均有所应用。当前常用的金属材料主要包括两种：即多孔金属材料以及纳米金属材料。纳米金属材料：一般情况下，只有物质的尺寸达到了纳米的级别，那么该物质的物理性质和化学性质均会发生改变。在分析与研究金属材料性能的过程中，主要分析金属材料的如下两种性能：其一，硬度。一般情况下，金属材料的硬度主要指的是金属材料的抗击能力。其二，耐久性。耐久性能和腐蚀性是金属材料需要着重考虑的一对因素。在应用金属材料的过程中不可避免的会受到各种物质的腐蚀，山此就会导致金属材料出现缝隙等问题。 2金属材料热处理变形的影响因素 在对金属材料热处理变形的影响因素进行探究时，工作人员需要对金属材料热处理过程中各项工艺技术特点，进行全面化的掌握，并在此基础上，釆取一些具有针对性的改善措施，进而才能实现对金属材料变形的有效控制，也为金属材料热处理过程中变形控制工作的开展，起到了一定的促进作用。在对金属材料进行热处理的过程中，山于材料自身的密度构成、结构特点，以及在外界因素的影响下，材料本身可能会出现不等时性、冷热分布不均匀的问题。在金属材料受热的过程中，温度会发生较为明显的变化，这就会使金属材料内部结构的受力情况发生改变，金属材料变形的儿率增大，而这种山于内部应力分布所导致的变形，被称之为是内应力塑性变形。这种变形的特征性较为明显，会表现岀一定的方向性，且发生的频率较高，每一次对金属材料进行热加工，都会对其内部应力结构造成改变，进行热处理的频率越高，内部应力的变化情况越明显。在一般情况下, 金属材料的内应力一般被分成热应力和组织应力变形着两类，在相应的温度条件下，对金属材料展开加热、冷却操作后，可以获得纯热应力变形，组织应力变形和金属材料自身的性能、形状，以及加热冷却方式有着紧密的关联。从实际的操作流程中可以了解到，要想对金属材料的使用性能进行高效化的提升，整个热处理工序将会包含较多的工艺内容，并且在操作过程中，需要根据金属材料的种类、操作规范展开适当的调整，收集各项参数内容。但是在实际执行过程中，山于我国在温度控制、监测精度方面具备局限性，所以温度监测精度难以得到有效的把控，一旦在热处理过程中对温度的控制未能合理实现，那么就会导致比容变形的问题发生，增加金属材料变形儿率。 3金属材料热处理变形控制时需要遵循的原则
金属塑性变形理论习题集
《金属塑性变形理论》习题集张国滨张贵杰编 河北理工大学 金属材料与加工工程系 2005年10月
前言 前言 《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是“金属材料工程”专业大学本科生的主干课程，同时也是报考金属塑性加工专业方向硕士研究生的必考科目。 《金属塑性变形理论》总学时为100，内容上分为两部分，即“塑性加工力学”（60学时）和“塑性加工金属学”（40学时）。为增强学生的社会适应能力和拓宽就业渠道，在加强基础、淡化专业的今天，本课程的学时数不但没有减少还略有增加（原88学时），更加突出了本课程对学科的发展以及在学生素质的培养中所占有的重要地位。 为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。 本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。 编者 2005年10月
第一部分：塑性加工力学 第一章 应力状态分析 1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？ 2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。 4． 已知应力状态的六个分量7-=x σ，4-=xy τ，0=y σ，4=yz τ， 8-=zx τ，15-=z σ(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。 5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、 纯剪切应力状态的应力Mehr 圆。 6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余弦 31===n m l 时，求该斜面上的全应力S 、全应力在坐标轴上的分量x S 、y S 、z S 及斜面上的法线应力n σ和切应力n τ。 图 1-1
金属热处理变形原因及改善的技术措施分析
金属热处理变形原因及改善的技术措施分析 摘要：随着社会科技及工业的不断发展与进步，各种金属在不断被广泛应用于我们实际生活及生产的同时，人们在金属的使用的质量方面也提出了更高的要求。然而金属材料在进行热处理的过程中产生的变形现象却严重影响的金属使用功效的有效发挥。如何提升在金属热处理变形方面的改善技术水平，也已成为摆在相关技术人员面前的一道重要课题。本文首先就金属热处理变形的原因进行了简要分析，然后提出了金属热处理变形改善的技术措施，希望能为实际工作起到一定的指导作用。 关键词：金属热处理；变形原因；改善技术措施 引言 金属的热处理即是指为了满足金属加工工艺需要，在金属材料加工过程中，对材料进行加热、保温以及冷却的处理，以改变金属材料的内部结构，增强金属实用性的过程。然而在具体的金属热处理过程中，往往会由于材料自身的性质及各种外界因素的影响，致使金属材料变形的产生，进而影响到金属材料的使用寿命与使用效率，达不到使用者的质量要求。为此，对应对金属热处理过程中金属变形的技术进行研究则显得尤为必要与迫切。 1.金属热处理变形原因分析 内应力塑性变形，内应力的产生一般情况下是由金属热处理过程中的加热不均或相变不同时所造成或引起的，同时在一定塑性条件的配合下，还会导致内应力塑性变形的产生。内应力塑性变形由于影响因素的不同，又可分为热应力塑性变形以及组织应力塑性变形。其中，前者是由于金属工件在热处理过程中由受热不均，在内外部温度上未能保证一致，使其热胀冷缩的程度存在一定差异而产生的。而后者则是由于金属工件内部组织转变发生时间不同而产生的。 2.金属热处理变形改善的技术措施 科学、合理的金属热处理变形改善技术是有效降低热处理过程中金属变形发生率的重要手段，现对金属热处理变形改善的技术措施进行具体分析如下 2.1 做好热处理之前的预处理工作 温度过高的正火会加剧金属内部的变形，为此，在金属热处理之前进行正火处理来对温度进行控制，则显得尤为必要。具体而言，即是在金属热处理之前做好正火处理工作来控制好温度，并在完成正火处理的基础上运用等温淬火的处理方法来对金属材料内部结构的均匀性进行提升，从而一定程度上减少金属变形的发生。另外需要注意的是，要根据金属结构的特点来对热处理工序进行合理选择，这不仅减少了热处理过程中的变形，还能让热处理过程中的变形相互抵消，能够
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<<金属热处理缺陷分析及案例>>试题 一、填空题 1、热处理缺陷产生的原因是多方面的，概括起来可分为热处理前、热处理中、热处理后三个方面的原因。 2、热处理缺陷分析方法有：断口分析、化学分析、金相检验、力学性能试验、验证试验、综合分析。 3、断裂可分为两种类型：脆性断裂和韧性断裂。 4、金属断裂的理论研究表明：任何应力状态都可以用切应力和正应力表示，这两种应力对变形和断裂起着不同的作用，只有切应力才可以引起金属发生塑性变形，而正应力只影响断裂的发展过程。 5、热处理变形常用的校正方法可分为机械校正法和热处理校正法。 6、热应力是指由表层与心部的温度差引起的胀缩不均匀而产生的内应力。 7、工程上常用的表面淬火方法主要有高频感应加热淬火和火焰淬火两种。 8、热处理中质量控制的关键是控制加热质量和冷却质量。 9、过热组织晶粒粗大的主要特征是奥氏体晶粒度在3级以下。 10、真空热处理常见缺陷有表面合金元素贫化、表面不光亮和氧化色、表面增碳或增氮、粘连、淬火硬度不足、表面晶粒长大。 11、低温回火温度范围是（150－250）℃，中温回火温度范围是（350－500）℃，高温回火温度范围是（500－6 50）℃。
12、工件的形状愈不对称，或冷却的不均匀性愈大，淬火后的变形也愈明显。 13、马氏体片越长，撞击能量越高，显微裂纹密度会越大，撞击应力会越大，显微裂纹的数目和长度也会增加。 14、合金元素通过对淬透性的影响，从而影响到淬裂倾向，一般来说，淬透性增加，淬裂性会增加。合金元素对M S的影响较大，一般来说，M S越低的钢，淬裂倾向越大。 15、一般来说，形状简单的工件，可采用上限加热温度，形状复杂、易淬裂的工件，则应采用下限加热温度。 16、对于低碳钢制工件，若正常加热温度淬火后内孔收缩，为了减小收缩，要降低淬火加热温度；对于中碳合金钢制的工件，若正常加热温度淬火后内孔胀大，为了减小孔腔的胀大，需降低淬火加热温度。 17、工件的热处理变形分为尺寸变化和形状畸变两种形式。 二、单项选择题 1、淬火裂纹通常分为 A 四种。 A、纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹、剥离裂纹 B、纵向裂纹、横向裂纹、剥离裂纹、显微裂纹 C、纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹、表面裂纹 D、纵向裂纹、横向裂纹、剥离裂纹、应力集中裂纹 2、第一类回火脆性通常发生在淬火马氏体于 B 回火温度区间，这类回火脆性在碳钢和合金钢中均会出现，它与回火后的冷却速
塑性变形理论
第2章 金属塑性变形的物性方程 物性方程又称本构方程，是εσ-关系的数学表达形式。弹性变形阶段有广义Hooke 定律，而塑性变形则较为复杂。在单向受力状态下，可由实验测定εσ-曲线来确定塑性本构关系。但在复杂受力情况下实验测定困难，因此只能在一定的实验结果基础上，通过假设、推理，建立塑性本构方程。为了建立塑性本构方程，首先需弄清楚塑性变形的开始条件——屈服，以及进入塑性变形后的加载路径等问题。 §2.1 金属塑性变形过程和力学特点 2.1.1 变形过程与特点 以单向拉伸为例说明塑性变形过程与特 点，如图2-1所示。金属变形分为弹性、均匀 塑性变形、破裂三个阶段。塑性力学视s σ为 弹塑性变形的分界点。当s σσ<时，σ与ε存 在统一的关系，即εσE =。 当s σσ≥以后，变形视作塑性阶段。 εσ-是非线性关系。当应力达到b σ之后， 变形转为不均匀塑性变形，呈不稳定状态。b σ点的力学条件为0d =σ或d P =0。经短暂的不 稳定变形，试样以断裂告终。 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εσ-呈线性关系。这说明了塑性变形时，弹性变形依然存在。弹塑性共存与加载卸载过程不同的εσ-关系是塑性变形的两个基本特征。 由于加载、卸载规律不同，导致εσ-关系不唯一。只有知道变形历史，才能得到一一对应的εσ-关系，即塑性变形与变形历史或路径有关。这是第3个重要特征。 事实上，s σσ>以后的点都可以看成是重新加载时的屈服点。以g 点为例，若卸载则εσ-关系为弹性。卸载后再加载，只要g σσ<点，εσ-关系仍为弹性。一旦超过g 点，εσ-呈非线性关系，即g 点也是弹塑性变形的交界点，视作继续屈服点。一般有s g σσ>，这一现象为硬化或强化，是塑性变形的第4个显著特点。 在简单压缩下，忽略摩擦影响，得到的压缩s σ与拉伸s σ基本相同。但是若将拉伸屈服后的试样经卸载并反向加载至屈服，反向屈服一般低于初始屈服。同理，先压后拉也有类似现象。这种正向变形强化导致后继反向变形软化的现象称作Bauschinger 效应。这是金属微观组织变化所致。一般塑性理论分析不考虑Bauschinger 效应。 Bridgman 等人在不同的静水压力容器中做单向拉伸试验。结果表明： 静水压力只引起图2-1 应力应变曲线
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
浅谈影响金属热处理变形的因素及改善措施
浅谈影响金属热处理变形的因素及改善措施 在金属材料的加工处理过程中，都需要对金属进行热处理，从而改变其内部的结构和组织，提高其机械和化学作用，改善性能的使用性能。但是在金属材料的热处理过程中，常常会出现一定的变形，因此为了减少热处理所导致的变形对于材料的性能影响，应当采取积极的改善来预防和改善变形。 标签：金属热处理；变形；措施 在金属材料的加工过程中，为了改善材料的物理和化学性能，使其能够更好的满足加工工艺的需要，常常要进行热处理。金属材料的热处理是通过一定的方式进行加热、保温以及冷却的过程，通过热处理可以有效地改变金属材料的内部结构，从而增强其使用性能。在热处理的过程中，常常还伴随着金属材料的变形，因此应当加强其变形的研究。 1 影响金属热处理变形的相关因素分析 在金属的热处理过程中由于材料的性质和外界因素的影响，导致了其加热和冷却不均匀、不等时性等特点，热处理中的温度梯度变化都会引起金属材料内部应力的作用。金属材料在一定条件下，就会产生内应力变形的情况。内应力变形常常具有比较明显的特征，例如内应力变形常常不会改变工件的体积，但是却常常影响工件的形状和结构，而且具有比较明显的方向性。同时内应力所导致的变形中工件每一次进行热处理之后，都会产生应当的表现，而且其变形量随着热处理次数的增加而增加。 在金属的热处理中基本由加热、保温以及冷却三个阶段组成，在实际的热处理中包含了正火、淬火、回火、退火等多种加工工艺。但是在热处理的过程中常常需要到各种参数，例如加工的周期、温度等。如果其中的温度测量不准确，那么就难以进行正确的热处理，从而导致其变形过大，甚至产品报废的情况。因此温度成为了影响金属热处理效果的关键，也是热处理工艺的关键参数。 2 降低金属热处理变形的措施和方法 为了有效地减少热处理所导致的变形，其关键在于选择合适的热处理工艺。通过将不同的热处理工艺进行有效的结合，既能够达到改善性能同时又能够达到减少变形的目的。为了有效的保证工件在热处理后的精度，可以通过研究金属工件热处理变形规律的方法，在加工时进行干预处理，从而使工件在热处理之后的尺寸每个满足设计的要求。这对于工件的变形规律提出了比较高的要求，同时工件的变形也应当满足一致性的要求。这种方式等于金属的热处理要求比较高，是一种比较理想的方法。为了改善金属热处理的变形情况，可以采取以下几个方面的措施： 2.1 做好热处理之前的预处理。金属热处理的不同工艺，例如正火、退火等
塑性变形的力学原理
塑性变形的力学原理 element of mechanics of plasticity 从认定塑性变形体为均质连续体出发，依据宏观的实验结果，研究变形体内的应力、应变以及它们和变形温度、速度等条件之间的关系（见金属塑性变形）。 应力-应变曲线在材料试验中，常用圆棒受拉,短柱受压,薄壁管受扭转,以测定负载和变形的关系；然后分别算出单位面积上的负载（称为应力,常用ζ表示）和单位长度的变形（称为应变,常用ε表示）。材料的ζ和ε间的对应关系称为应力-应变曲线（ζ-ε曲线）。最常用的试验是试样受拉时，由原始长 度l0增加到l,常称比值为工程应变或应变,而称自然对数值l n (l/l )为对数应 变或真应变。若在外力P的作用下,受拉试样由原始截面积A 减小到每一瞬间的 值A，则称比值P/A 为习惯应力，P/A为真应力。常见的延性金属的应力-应变曲线，按有无明显的屈服点，分为两类（见金属力学性能的表征）。 对于小变形量,用工程应力-应变曲线即可；而对于大变形量,需用真应力-应变曲线。在一次受拉试验中,我们可以得到材料的特征性的ζ-ε曲线，此外,还可以得到材料的屈服应力(ζs)、断裂应力(ζb)、截面收缩率(ψ%)、延伸率即伸长率(δ％)和弹性模量(E)等特性指标。 常用ζs作为材料塑性变形时的抗力,ψ％和δ％为其承受塑性变形的能力（塑性指标）。但对塑性加工而言，由于变形量大、变形条件复杂，所以上述指标值不能直接应用，而只能表示某个可以单独测定的条件（如温度、变形速率等）对变形抗力和塑性指标的影响。因此我们常用ζ0来表示材料在简单应力状态条件下的变形抗力，用ζ表示在某个复杂条件下的变形抗力;在高变形速率的实验 中，由于ζ s 和ζ b 难于分别测定,所以有时也用ζb的变化来代表变形抗力的变 化。 塑性加工总是在复杂的应力状态条件下实现的。早在1911年卡门(T.von Karman)就用实验证明在高流体静压力下，通常认为是“脆性的”花岗岩可以有相当大的塑性变形。但是从一个简单的试验结果出发来定量地描述各种加工条件下的塑性指标，是很困难的；因而必须用接近于加工条件的方式进行实测，测得的数值称为塑性加工性指标（见金属塑性加工）。我们用塑性变形条件来计算应力状态条件对于变形抗力的影响。 复杂应力下的塑性变形有两个论题：如何用最简化的数学语言叙述复杂应力状态？在这样的背景下如何叙述进入塑性变形状态的条件？ 应力状态条件取均质连续体内一点（或不考虑力分布的单元体）作受力分析的对象，则可证明存在着一组唯一的三维直角坐标系，不论外部的作用力如何分布，在此系内沿坐标面在单元体上的切应力为零。此坐标系称为主坐标系，垂直于坐标面的正应力称为主应力，常用ζ1、ζ2、ζ3表示。这样,任何复杂的
金属热处理总结
第六章： 1. 理解概念：形变强化，细晶强化，滑移，滑移系，滑移面， 滑移方向，临界分切应力，取向因子，软位向，硬位向，孪生，纤维组织，形变织构，临界变形度，回复，再结晶，冷加工，热加工，超塑性 2. 掌握塑性变形的特点及对组织和性能的影响 3. 掌握冷变形金属在加热时组织和性能的变化 滑移的位错机制 软位相：最容易出现滑移 硬位相：不能产生滑移 φ λστcos cos s k =
6.3多晶体的塑性变形 1、特点： 不同时性：只有处在有利位向（取向因子最大）的晶粒的滑移系才能首先开动 不均匀性：每个晶粒的变形量各不相同，而且由于晶界的强度高于晶内，使得每一个晶粒内部的变形也是不均匀的。 协调性：多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互协调性。根据理论推算，每个晶粒至少需要有五个独立滑移系。 2、晶粒大小对塑性变形的影响 6.4塑性变形对金属组织与性能的影响 组织的影响 1.形成纤维组织： 2.形成变形织构：晶体的择优选择 3.亚结构细化：随着变形量的增加，位错交织缠结，在晶粒内形成胞状亚结构，叫形变胞 4残余应力：残余内应力和点阵畸变. 宏观内应力： 微观内应力： 点阵畸变：金属在塑性变形中产生大量点阵缺陷（空位、间隙原子、位错等），使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置，而造成的晶格畸变。 1.各向异性：形成了纤维组织和变形织构 2.形变强化：变形过程中，位错密度升高，导致形变胞的形成和不断细化，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用 组织结构：形成纤维组织和变形织构;亚结构细化;点阵畸变 机械性能：各向异性;形变强化/加工硬化;形成残余内应力 6.5冷变形金属的回复与再结晶 形变金属与合金退火过程示意图 21- +=Kd o s σσ
关于金属热处理变形原因及改善的技术措施
关于金属热处理变形原因及改善的技术措施 【摘要】工业化的发展有效的促进了我国国家整体实力的提升，在当今世界的发展过程中，工业实力的强弱影响着一个国家的经济发展以及整体实力。在我国各行业不断更新技术措施，改革现有施工环境的过程中，我们发现各种金属的运用以及加工都成为了部分工业不可避免要使用的一项措施。在金属的使用加工过程中，对现有金属进行提炼处理，并对其进行金属热处理加工，已经成为了在使用的必备措施。在金属使用的过程中，由于力学性质的影响，金属在使用过程中必然会出现变形，影响金属部件的使用效率，降低其有效的使用寿命，所以在进行金属加工过程中要提高其质量的锻造，虽然在加工过程中依旧面临各种因素的影响，会导致其变形的出现，但是只要能够找到原因，改善技术措施，势必能够解决问题的出现。 【关键词】金属热处理；形变；改善技术 前言 金属在加工制造的过程中由于自身物理因素的影响，难免会出现一些变形的现象，随着在工业领域人们对金属部件的使用质量要求的不断提高，在进行金属零件使用加工的过程中，相关的制造单位会通过金属热处理的方式改善金属的结构，使其在应用过程中达到新的刚度以及韧性，提高在使用过程中技术部件的质量。在进行金属热处理的过程中，由于金属部件长相各不相同的原因，在实际的进行热处理时，会出现金属受热不均、冷却不均致使受力不均发生变现的现象，这种问题的出现使得在金属热处理面技术临了前所未有的困难，为了强化金属部件制品的质量，提高其使用的性能，在进行技术热处理的过程中我们要合理的分析出问题出现的原因。通过科学有效的手段制定并改善技术措施的应用。 1、金属热处理变形的原因 在工业发展的过程中，金属原件的使用涉及的范围十分的广阔。在我国制造业不断兴起的今天，各种金属部件的加工使用已经成为了一种势不可挡的趋势。在我国汽车、轮船、飞机、建筑、五金水暖、等相关单位不断强化自身素质以及产品质量的今天，在进行金属部件的热处理过程中，都提高了相应的技术质量标准。对相应的金属部件提出了严格的管控要求。相关金属部件制造部门在进行技术热处理加工过程中，往往会出现金属在热处理过程中变形等现象。以下我就简析一下金属热处理变形的原因。 1.1内应力塑性变形 金属热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性，都会产生内应力，在一定塑性条件的配合下，就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中，零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致，致使热胀冷缩的程度不同，这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中，零件的内部
金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施 李东洋
金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施李东洋 发表时间：2018-08-14T11:27:36.063Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：李东洋[导读] 摘要：热处理能改善工件的综合机械机能，但热处理过程引起工件的变形是不可避免的。 中国第一重型机械股份公司黑龙江齐齐哈尔 161042摘要：热处理能改善工件的综合机械机能，但热处理过程引起工件的变形是不可避免的。任何因素的变化都或多或少地影响工件的变形倾向和形变大小。在热处理过程中，能够把握工件热处理过程中导致工件变形的主要因素和关键点。通过分析和实践，改进热处理工艺技术，一定能够在热处理工件的形变问题上得到突破，制定出合理的技术措施，保证热处理产品的质量和合格率。 关键词：金属材料；热处理；变形原因；防止变形技术引言 实际工业生产中，仅凭选择材料和成形工艺并不能满足工件所需要的性能，通过对金属材料进行热处理而获得优良的综合性能是必不可少的。但金属材料的热处理除改善材料的综合性能的积极作用外，在热处理过程中也不可避免地会产生或多或少的变形，而这又是工件生产过程中极力消除和避免的。因此，需要找出工件热处理过程中发生形变的原因，采取技术措施把变形量控制在符合要求范围内。 1金属材料性能分析 在当前的社会生产生活中，金属材料的应用范围十分的广泛。由于金属材料具有韧性强、塑性好以及高强度的特点，因此其在诸多行业中均有所应用。当前常用的金属材料主要包括两种：即多孔金属材料以及纳米金属材料。纳米金属材料：一般情况下，只有物质的尺寸达到了纳米的级别，那么该物质的物理性质和化学性质均会发生改变。在分析与研究金属材料性能的过程中，主要分析金属材料的如下两种性能：其一，硬度。一般情况下，金属材料的硬度主要指的是金属材料的抗击能力。其二，耐久性。耐久性能和腐蚀性是金属材料需要着重考虑的一对因素。在应用金属材料的过程中不可避免的会受到各种物质的腐蚀，由此就会导致金属材料出现缝隙等问题。 2金属热处理变形的原因分析在工业生产过程中，各种金属零件早已成为机械制造的必要部分。在零件的设计、选材中，对综合性能方面也提出了更高要求。特别是生产过程中，对产品热处理加工后的品质提出了新要求。但在热处理过程中出现形变等质量问题，一直是热处理过程中难以克服的。以下就金属材料的热处理变形原因进行简要分析。 2.1金属热处理的内应力塑性变形 金属工件进行热处理时，通常经历加热、保温和冷却三个阶段。由于加热和冷却的不均匀性，金属组织在固态相变时的不同时等因素，致使工件在热处理过程中产生一定的内应力。在内应力的作用下，金属工件产生塑性变形。根据应力产生的不同原因，一般分为热应力塑型变形和组织应力变形。热应力塑型变形是由于金属工件在加热和冷却过程中，零件的内外温度不一致，致使热胀冷缩的程度不同产生的。组织应力变形是由于金属工件在热处理时内部组织发生相变的时间不同而产生的。内应力塑性变形与工件的结构和形状有直接关系，变形具有明显的方向性，体积变化并不明显。内应力导致工件的塑性变形量与热处理次数成正比。 2.2 金属热处理的比容变形 在热处理过程中，由于金属内部组织的相不同，相变时出现体积、尺寸等微小变化就是比容变形。比容变形一般与奥氏体中合金元素含量、渗碳体和铁素体的含量、残余奥氏体的多少以及金属材料本身的淬透性等因素有关。比容变形与内应力变形相比，具有变形方向不确定性。一般组织结构较均匀时，其比容形变在不同方向上的变化是相同的。另外，材料的比容变形与其经历的热处理工艺和次数无明显的关联性。 3金属材料热处理变形控制时需要遵循的原则 3.1易操作原则 为了提升工艺精度，在应用热处理技术的过程中，要就金属材料的热变形问题，提出控制方案的容错率，尽可能降低环境对热处理变形控制工作造成的影响，还有，在对金属材料热处理变形问题进行控制的时候，要尽可能简化处理流程，降低控制的难度，确保各项工作能够有序展开。 3.2科学性原则 要想达成金属材料热变形控制的目的，必须要在执行过程中遵循相关的科学性原则，对金属材料热处理变形的影响因素、热处理工艺要求，以及金属材料之间的属性关系展开系统化的分析，尽可能确保金属材料热处理变形控制工作能够符合相关的基础标准，借助科学性的指导原则，基础人员在现有的基础条件上，对金属材料热处理变形控制策略，展开科学化的控制与升级。 4金属材料热处理变形的控制策略 4.1对淬火工艺合理应用 在金属热处理工作中，淬火工艺是最为核心化的一项工作步骤，且其发挥着极为重要的作用。不合理的淬火介质，很容易导致金属材料内部出现应力失调。所以在实际的处理过程中，要降低淬火阶段的操作失误情况，工作人员要在原有的工作基础上，对淬火工艺进行合理化的创新，调节冷却的速度，降低材料的变形量，像油和水是常用的淬火介质，为了提升淬火速度，保证冷却效果，当使用水作为淬火介质时，其温度应该被控制在60℃左右；而使用油作为淬火介质的时候，其温度则应该被控制在70℃左右。选择合理的淬火介质，能够降低热处理对材料内部应力产生的影响，对金属材料的变形情况进行控制。 4.2冷却介质和冷却方式 热处理冷却介质的冷却能力，特别是金属工件淬火过程中，淬火介质的淬火烈度对工件热处理后的变形及开裂具有直接影响，是导致金属工件变形的重要因素之一。实践证明，冷却能力越强的介质冷却后变形的倾向越大。油类介质的冷却速度比水性介质的冷却速度慢，油淬后的变形量要相对小。在保证淬火硬度下，尽量采用冷却能力相对小的介质。 在冷却过程中，通常要对介质进行搅拌或通过循环泵对其进行循环冷却，降低介质的温度不均匀对工件变形的影响。金属工件在热处理的冷却过程中，入液的方式对冷却后的变形影响较为明显。杆类、棒类、管类等细长类工件以垂直方式入液进行冷却，变形相对较小。板条状、框架类的工件入液冷却的原则是以工件最小截面积入液。一些薄厚不均，形状较复杂的零件，在尖棱尖角或薄厚过渡明显部位，应采取石棉绳缠绕等缓冷措施。
《材料成型基本原理》刘全坤版塑性部分课后答案
字号：[ 放大、标准] 塑性成形： 是利用金属的塑性，在外力作用下使金属发生塑性变形，从而获得所需形状和性能的工件的一种加工方法，因此又称为塑性加工或压力加工。 塑性： 是指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力。 与其他加工方法相比，金属塑性成形有如下优点： （1）生产效率高，适用于大批量生产 （2）改善了金属的组织和结构 （3）材料利用率高 （4）尺寸精度高 根据加工时金属受力和变形特点的不同，塑性成形可分为体积成形和板料成形两大类。前者的典型加工方法有锻造、轧制、挤压和拉拔等；后者则有冲裁、弯曲、拉延和成型等。
虽然塑性成形方法多种多样，且具有各自的个性特点，但他们都涉及一些共同性的问题，主要有： （1）塑性变形的物理本质和机理； （2）塑性变形过程中金属的塑性行为、抗力行为和组织性能的变化规律； （3）变形体内部的应力、应变分布和质点流动规律； （4）所需变形力和变形功的合理评估等。 研究和掌握这些共性问题，对于保证塑性加工的顺利进行和推动工艺的进步均具有重要的理论指导意义，本章将环绕这些方面作简要介绍，以为读者学习各种塑性成形技术奠定理论基础。 三、塑性变形成形理论的发展概况 塑性成形力学，是塑性理论（或塑性力学）的发展和应用中逐渐形成的：
1864年法国工程师H.Tresca首次提出最大切应力屈服准则 1925年德国卡尔曼用初等应力法建立了轧制时的应力分布规律； 萨克斯和齐别尔提出了切块法即主应力法；再后来，滑移线法、上限法、有限元法等相继得到发展。 四、本课程的任务 目的： 科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律，为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。 任务： 1）掌握塑性成形时的金属学基础，以便使工件在成形时获得最佳的塑性状态，最高的变形效率和优质的性能； 2）掌握应力、应变、应力应变关系和屈服准则等塑性理论基础知识，以便对变形过程进行应力应变分析，并寻找塑性变形物体的应力应变分布规律； 3）掌握塑性成形时的金属流动规律和变形特点，分析影响金属塑性流动的各种因素，以合理地确定坯料尺寸和成形工序，使工件顺利成形； 4）掌握塑性成形力学问题的各种解法及其在具体工艺中的应用，以便确定变形体中的应力应变分布规律和所需的变形力和功，为选择成形设备和设计模具提供依据。 字号：[ 放大、标准]
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性什么是塑性成形塑性成形有何特点 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；
弹性变形与塑性变形
一、弹性与塑性的概念 可变形固体在外力作用下将发生变形。根据变形的特点,固体在受力过程中的力学行为可分为两个明显不同的阶段:当外力小于某一限值(通常称之为弹性极限荷载)时,在引起变形的外力卸除后,固体能完全恢复原来的形状,这种能恢复的变形称为弹性变形,固体只产生弹性变形的阶段称为弹性阶段;当外力一旦超过弹性极限荷载时,这时再卸除荷载,固体也不能恢复原状,其中有一部分不能消失的变形被保留下来,这种保留下来的永久变形就称为塑性变形,这一阶段称为塑性阶段。 根据上述固体受力变形的特点,所谓弹性,就定义为固体在去掉外力后恢复原来形状的性质;而所谓塑性,则定义为在去掉外力后不能恢复原来形状的性质。“弹性(Elasticity)”与“塑性(P lasticity)”就是可变形固体的基本属性,两者的主要区别在于以下两个方面: 1)变形就是否可恢复 ．．．．．．．．:弹性变形就是可以完全恢复的,即弹性变形过程就是一个可逆的过程;塑性变形则就是不可恢复的,塑性变形过程就是一个不可逆的过程。 2)应力与应变之间就是否一一对应 ．．．．．．．．．．．．．．:在弹性阶段,应力与应变之间存在一一对应的单值函数关系,而且通常还假设就是线性关系;在塑性阶段,应力与应变之间通常不存在一一对应的关系,而且就是非线性关系(这种非线性称为物理非线性)。 工程中,常把脆性与韧性也作为一对概念来讲,它们之间的区别在于固体破坏时的变形大小,若变形很小就破坏,这种性质称为脆性;能够经受很大变形才破坏的,称为韧性或延性。通常,脆性固体的塑性变形能力差,而韧性固体的塑性变形能力强。 二、弹塑性力学的研究对象及其简化模型 弹塑性力学就是固体力学的一个分支学科,它由弹性理论与塑性理论组成。弹性理论研究理想弹性体在弹性阶段的力学问题,塑性理论研究经过抽象处理后的可变形固体在塑性阶段的力
金属塑性变形理论习题集
《金属塑性变形理论》习题集 张贵杰编 河北联合大学 金属材料与加工工程系 2013年10月
前言 《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是“金属材料工程”专业大学本科生的主干课程，同时也是报考材料科学与工程专业方向硕士研究生的必考科目。 《金属塑性变形理论》总学时为72，内容上分为两部分，即“金属塑性加工力学”（40学时）和“塑性加工金属学”（32学时）。 为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。 本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。 编者 2013年10月
第一部分 金属塑性加工力学 第一章 应力状态分析 1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？ 2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。 4． 已知应力状态的六个分量7-=x σ，4-=xy τ，0=y σ，4=yz τ， 8-=zx τ，15-=z σ(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。 5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、 纯剪切应力状态的应力Mehr 圆。 6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余 弦31 ===n m l 时，求该斜面上的全应力S 、全应力在坐标轴上的 分量x S 、y S 、z S 及斜面上的法线应力n σ和切应力n τ。 图 1-1 ?? ?? ? ??------ =1548404847σT x y z 图 1-2 x 10
金属塑性变形与轧制原理(教案).x
备课本 课程名称金属塑性变形与轧制原理课时数64 适用班级金属材料081、082授课教师孙斌 使用时间2011学年第1学期 冶金工程学院
绪论 0.1金属塑性成形及其特点 金属压力加工：即金属塑性加工，对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，而不破坏其完整性，改变金属的形状、尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。 金属成型方法分类： （1）减少质量的成型方法:车、刨、铣、磨、钻等切削加工；冲裁与剪切、气割与电切；蚀刻加工等。 （2）增加质量的成型方法：铸造、焊接、烧结等。 （3）质量保持不变的成型方法(金属塑性变形)：利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，改变其形状尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。如轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压等金属压力加工方法。 金属压力加工方法的优缺点： 优点：1）因无废屑,可节约大量金属； 2）改善金属内部组织及物理、机械性能； 3）产量高，能量消耗少，成本低，适于大量生产。 缺点：1）对要求形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的加工产品尚不及金属切削加工方法； 2）仅用于生产具有塑性的金属； 0.2 金属塑性成形方法的分类 0.2.1按温度特征分类 1.热加工在充分再结晶温度以上的温度范围内所完成的加工过程，T=0.75∽0.95T熔。 2.冷加工在不产生回复和再结晶温度以下进行的加工T=0.25T熔以下。 3.温加工介于冷热加工之间的温度进行的加工. 0.2.2按受力和变形方式分类 由压力的作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压 1.锻造：用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使金属进行塑性变形的过程。分类： 自由锻造：即无模锻造，指金属在锻造过程的流动不受工具限制（摩擦力除外）的一种加工方法。 模锻：锻造过程中的金属流动受模具内腔轮廓或模具内壁的严格控制的一种工艺方法。