材料塑性成型原理PPT課件

1、材料塑性成形原理principle of plastic deformation in material processing 緒 論金屬塑性加工的用途、目的與定義塑性加工的方式及其分類、特點幾個基本概念（彈性、塑性變形的力學(xué)特征）塑性加工技術(shù)與理論基礎(chǔ)的關(guān)系塑性加工技術(shù)的發(fā)展趨勢本課程主要內(nèi)容及與其它課程的關(guān)系教學(xué)計劃與參考書塑性加工的用途 塑性加工的用途 金屬塑性加工的方式金屬塑性加工的方式金屬壓力加工金屬壓力加工金屬壓力加工金屬壓力加工汽車制造汽車制造波音777組裝塑性加工的定義塑性加工的定義 材料在外力作用下，利用其塑性而產(chǎn)生塑性變形，成為滿足一定形狀和組織性能要求的產(chǎn)品的加工方法稱為

2、塑性成形，也稱壓力加工壓力加工。金屬塑性成形的分類金屬塑性成形的分類 塑性成形的種類有很多塑性成形的種類有很多, ,分類方法可按以下四方面分類方法可按以下四方面進行分類：進行分類： （1 1） 按工件的受力與變形方式按工件的受力與變形方式 （2 2）按工件的加工溫度按工件的加工溫度 熱成形熱成形在充分進行再結(jié)晶的溫度以上所完成的加在充分進行再結(jié)晶的溫度以上所完成的加工如熱軋、熱鍛、熱擠壓等；工如熱軋、熱鍛、熱擠壓等； 冷成形冷成形在不產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶的溫度以下進行的在不產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶的溫度以下進行的加工，如冷軋、冷沖壓、冷擠壓、冷鍛等：加工，如冷軋、冷沖壓、冷擠壓、冷鍛等： 溫成形溫成形在介

3、于冷、熱成形之間的溫度下進行的加在介于冷、熱成形之間的溫度下進行的加工，如溫鍛、溫擠壓等。工，如溫鍛、溫擠壓等。 （3 3）能量場種類）能量場種類：激光無模成型、爆炸成型、液壓：激光無模成型、爆炸成型、液壓/ /吹塑脹形吹塑脹形 （4 4）材料熱力學(xué)狀態(tài)）材料熱力學(xué)狀態(tài)：連鑄連軋、半固態(tài)成型、噴射：連鑄連軋、半固態(tài)成型、噴射成型成型 。 體積成形 鍛造 通過金屬體積的轉(zhuǎn)移和分配來進行塑性成形 自由鍛：鍛件精度低，生產(chǎn)率不高，適于單件、小批量生產(chǎn)或大型鍛件生產(chǎn) 金屬塑性加工的方式模鍛（開式模鍛、閉式模鍛)：鍛件外形和尺寸精度高，生產(chǎn)率高，適于大批量生產(chǎn)開式模鍛 閉式模鍛金屬塑性加工的方式 體積成

4、形 軋制：使金屬錠料或坯料通過兩個旋轉(zhuǎn)軋輥間的直線或異型的特定空間來獲得一定截面形狀的材料，使大截面材料變成了小截面材料，可生產(chǎn)型材、板材等。緒 論金屬塑性加工的方式 體積成形 拉拔：將中等截面坯料拉過有一定形狀的?？讈慝@得小截面材料，可生產(chǎn)棒材、管材和線材。金屬塑性加工的方式 體積成形 擠壓：將在筒體中的大截面坯料或錠料一端加壓，使金屬從模孔中擠出，從而獲得符合?？捉孛嫘螤畹男〗孛娌牧?。在擠壓成形過程中，材料受到較大的三向壓應(yīng)力作用，適于生產(chǎn)低塑性材料的型材和管材。金屬塑性加工的方式 板料成形 分離工序 (落料、沖孔） 成形工序（彎曲、拉深）沖裁拉深金屬塑性加工的方式金屬塑性成形的特點金屬塑

5、性成形的特點 (1) 可改善金屬的組織與性能; (2) 幾乎無切屑, 材料利用率高; (3) 尺寸精度高, 不少成形方法 已達到少或無切削的要求; (4) 生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。彈性(elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性塑性(plasticity)：在外力作用下使材料發(fā)生穩(wěn)定、持久變形而不破壞其完整性的能力，不可逆性基本概念 可逆性：彈性變形可逆；塑性變形不可逆 -關(guān)系：彈性變形線性；塑性變形非線性 與加載路徑的關(guān)系：彈性無關(guān)；塑性有關(guān) 對組織和性能的影響：彈性變形無影響； 塑性變形影響大（加工硬化、晶粒細化、位錯密度增加、形成織構(gòu)等） 變形機理：彈性變形原子間距的變化

6、； 塑性變形位錯運動為主 彈塑性共存：整體變形中包含彈性變形和塑性變形；塑性變 形的發(fā)生必先經(jīng)歷彈性變形；在材料加工過程中，工件的塑性變形與工模具的彈性變形共存。 彈性、塑性變形的力學(xué)特征 主應(yīng)力法 滑移線法 上限法 有限元法金屬塑性成形問題的求解方法 主應(yīng)力法（初等解析法） 從塑性變形體的應(yīng)力邊界條件出發(fā)，建立簡化的平衡方程和屈服條件，并聯(lián)立求解，得出邊界上的正應(yīng)力和變形的力能參數(shù)，不考慮變形體內(nèi)的應(yīng)變狀態(tài)。 金屬塑性成形問題的求解方法 滑移線法 假設(shè)材料為剛塑性體，在平面變形狀態(tài)下，塑性變形區(qū)內(nèi)任一點存在兩族正交的滑移線族，結(jié)合邊界條件可解出滑移線場和速度場，從而求出塑性變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)

7、和瞬時流動狀態(tài)，計算出力能參數(shù)。金屬塑性成形問題的求解方法 上限法 從變形體的速度邊界條件出發(fā)，對塑性變形區(qū)取較大的單元，根據(jù)極值原理，求出塑性變形能為極小值時滿足變形連續(xù)條件和體積不變條件時的動可容速度場，計算出力能參數(shù)，不考慮塑性變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是否滿足平衡方程。金屬塑性成形問題的求解方法 有限元法 將連續(xù)體離散為有限個單元的組合體，單元之間用節(jié)點連接，在每個單元內(nèi)假設(shè)近似函數(shù)即插值函數(shù)來分片表示系統(tǒng)的求解場函數(shù)，插值函數(shù)由節(jié)點值確定，單元之間的作用由節(jié)點傳遞，建立物理方程，對全部單元的組合體進行數(shù)值計算，可求出變形體內(nèi)的應(yīng)變、應(yīng)力等場變量以及力能參數(shù)。金屬塑性成形問題的求解方法材料成形問

8、題的復(fù)雜性 非線性 幾何非線性 物理非線性 狀態(tài)非線性n多物理場耦合 變形 熱傳導(dǎo)l模具和工藝的復(fù)雜性 復(fù)雜幾何形狀 多工序n材料組織性能變化 相變、再結(jié)晶 織構(gòu) 損傷 汽車覆蓋件沖壓成形過程模擬 板料液壓成形過程模擬 彎管成形過程模擬 五金級進模零件成形過程模擬 金屬鍛造成形過程模擬 金屬拉拔成形過程模擬 .模型的建立 翼子板零件拉深成形后、切邊前的幾何模型，投影尺寸為：長1470 mm寬706 mm高800 mm，厚0.8 mm。 1.3汽車翼子板拉深過程有限元分析模型的建立1.3 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持

9、一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持

10、一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持

11、一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持

12、一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到

13、達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到

14、達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到

15、達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；

16、卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；

17、卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有

18、限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.

19、5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，

20、保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，

21、保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，

22、保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模

23、下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5拉深工作過程凸模不動，壓邊圈下行壓住板料；壓邊圈不動，保持一定壓邊力壓住板料，凸模

24、下行，合模，拉深板料成形；凸模到達下止點，繼續(xù)加壓定型板料；卸載。 汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果

25、與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過

26、程有限元分析模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與

27、分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變模擬結(jié)果與分析 1.5板料應(yīng)力演變汽車翼子板拉深過程有限元分析4模擬結(jié)果與分析 1.5均質(zhì)材料凹模等效應(yīng)力的演變汽車翼子板拉深過程有限元分析 (a) 均質(zhì)材料凹模等效應(yīng)

28、力分布 (b)各追蹤點的等效應(yīng)力 4模擬結(jié)果與分析 1.5梯度材料凹?；w等效應(yīng)力的演變 (a) 凹?；w等效應(yīng)力分布 (b) 各追蹤點的等效應(yīng)力 汽車翼子板拉深過程有限元分析4模擬結(jié)果與分析 1.5均質(zhì)材料凸模等效應(yīng)力的演變 (a) 均質(zhì)材料凸模等效應(yīng)力分布 (b)各追蹤點的等效應(yīng)力 4模擬結(jié)果與分析 1.5梯度材料凸模等效應(yīng)力 (a) 梯度材料凸模等效應(yīng)力分布 汽車翼子板拉深過程有限元分析與其它學(xué)科的區(qū)別 與其它材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的區(qū)別與其它材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的區(qū)別： 彈塑性力學(xué)的研究對象是整體（而不是分離彈塑性力學(xué)的研究對象是整體（而不是分離體）變形體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律（而不是體）

29、變形體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律（而不是危險端面）。危險端面）。 與金屬學(xué)的區(qū)別與金屬學(xué)的區(qū)別： 將宏觀變形力學(xué)條件將宏觀變形力學(xué)條件/ /行為與微觀組織性能行為與微觀組織性能聯(lián)系起來聯(lián)系起來 塑性成形技術(shù)需解決的基本問題塑性成形技術(shù)需解決的基本問題 設(shè)備參數(shù)選擇力能 形狀尺寸精度控制運動與變形學(xué) 成形性、組織性能控制物理化學(xué) 為學(xué)習(xí)后續(xù)的工藝課程作理論準備，也為合理制訂塑性成形工藝規(guī)范及選擇設(shè)備、設(shè)計模具奠定理論基礎(chǔ)。 塑性加工發(fā)展趨勢 極大、極小 優(yōu)質(zhì)近無缺陷、終極性能； 綠色短流程、省能化； 精密近無余量成形； 智能化設(shè)計和制造信息數(shù)字化本領(lǐng)域的主要研究課題 1) 1) 如何提高產(chǎn)品外形尺

30、寸精度；如何提高產(chǎn)品外形尺寸精度； 2) 2) 降低力、能消耗以及掌握力能參數(shù)計算降低力、能消耗以及掌握力能參數(shù)計算方法；方法； 3) 3) 如何改善產(chǎn)品的組織性能和表面質(zhì)量；如何改善產(chǎn)品的組織性能和表面質(zhì)量； 4 4）如何建立工藝參數(shù)數(shù)學(xué)模型，以適應(yīng)汁）如何建立工藝參數(shù)數(shù)學(xué)模型，以適應(yīng)汁算機控制，使工藝過程最佳化：算機控制，使工藝過程最佳化： 5) 5) 如何改善難變形鋼與合金的塑性；如何改善難變形鋼與合金的塑性； 6) 6) 如何采用新工藝和新技術(shù)，以擴大鋼材如何采用新工藝和新技術(shù)，以擴大鋼材品種和加工成形效率。品種和加工成形效率。本課程的基本任務(wù)本課程的基本任務(wù) 1) 闡明金屬塑性變形的

31、物理基礎(chǔ)金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)，即從微觀上研究塑性變形的機理以及變形條件對塑性和變形抗力的影響，以便使工件在成形時獲得最佳的塑性狀態(tài)、最高的變形效率和優(yōu)質(zhì)的性能。 2) 闡明金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)，即掌握金屬塑性變形體內(nèi)的應(yīng)力場、應(yīng)變場、應(yīng)力一應(yīng)變之間關(guān)系、塑性變形時的力學(xué)條件等塑性理論基礎(chǔ)知識。在此基礎(chǔ)上，分析研究塑性成形力學(xué)問題的各種解法及其在具體工藝中的應(yīng)用從而科學(xué)地確定變形體內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律及所需的變形力和變形功，為選擇成形設(shè)備噸位和設(shè)計模具提供依據(jù)，并為降低變形力指明方向。 3) 闡述金屬塑性成形時的流動規(guī)律和變形特點流動規(guī)律和變形特點，以便確定合理的坯料

32、尺寸和成形工藝，使工件順利成形。本課程的基本要求本課程的基本要求 1 1熟悉和掌握塑性加工過程中金屬變形的熟悉和掌握塑性加工過程中金屬變形的微觀與宏觀的基本規(guī)律，以及各種基本變形微觀與宏觀的基本規(guī)律，以及各種基本變形力學(xué)方程，能推導(dǎo)典型塑性加工問題的應(yīng)力力學(xué)方程，能推導(dǎo)典型塑性加工問題的應(yīng)力與應(yīng)變計算公式。與應(yīng)變計算公式。 2 2掌握金屬在塑性加工過程中組織性能的掌握金屬在塑性加工過程中組織性能的變化及金屬的塑性、變形抗力、斷裂等與加變化及金屬的塑性、變形抗力、斷裂等與加工條件的關(guān)系。能按照要求或給定公式進行工條件的關(guān)系。能按照要求或給定公式進行變形程度、應(yīng)變速度、工件尺寸與變形力能變形程度、

33、應(yīng)變速度、工件尺寸與變形力能參數(shù)等計算。參數(shù)等計算。 3 3根據(jù)所學(xué)知識，從金屬的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、根據(jù)所學(xué)知識，從金屬的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、材料流動、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗等方面，分析工材料流動、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗等方面，分析工藝與模具設(shè)計的合理性。藝與模具設(shè)計的合理性。 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 金屬塑性變形的物理本質(zhì)金屬塑性變形的物理本質(zhì) 第三章第三章 金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ) 第四章第四章 金屬塑性成形中的摩擦金屬塑性成形中的摩擦 第五章第五章 塑性加工中的流動與變形規(guī)律塑性加工中的流動與變形規(guī)律 第六章第六章 主應(yīng)力法及其應(yīng)用主應(yīng)力法及其應(yīng)用主要參考資料 【1 1】李堯：金

34、屬塑性成形原理李堯：金屬塑性成形原理 【2 2】陳森燦：金屬塑性加工原理陳森燦：金屬塑性加工原理 【3 3】彭大署：金屬塑性成形原理彭大署：金屬塑性成形原理 【4 4】俞漢清，陳金德：金屬塑性成形原理俞漢清，陳金德：金屬塑性成形原理 【5 5】趙志業(yè)等：金屬塑性加工原理及軋制理論趙志業(yè)等：金屬塑性加工原理及軋制理論第二章 金屬塑性變形的物理本質(zhì)金屬塑性加工原理 principle of plastic deformation in metals processing2.1金屬塑性變形的主要機制金屬塑性變形的主要機制2.2塑性加工中金屬的組織與性能塑性加工中金屬的組織與性能2.3金屬的塑性金屬的

35、塑性2.4金屬的超塑性金屬的超塑性2.5塑性變形的溫度塑性變形的溫度速度效應(yīng)速度效應(yīng)2.6金屬的變形抗力金屬的變形抗力第二章 金屬塑性變形的物理本質(zhì)2. 1 金屬塑性變形的主要機制2. 1. 1 晶內(nèi)塑性變形機構(gòu) 2. 1. 2 晶間塑性變形機構(gòu)2. 1. 3 多晶體變形的特點 2. 1. 4 合金的塑性變形 2. 1. 5 變形機構(gòu)圖 2. 1. 1 晶內(nèi)的塑性變形機構(gòu)滑移面與滑移方向滑移面與滑移方向?qū)\生孿生 滑移與宏觀塑性變形的關(guān)系 coscoscoscosu2. 1. 2 晶間的塑性變形機構(gòu) 1 1晶粒的轉(zhuǎn)動與移動 2 2溶解沉積機構(gòu) 該機構(gòu)的實質(zhì)是一相晶體的原子迅速而飛躍式的轉(zhuǎn)移到另一

36、相的晶體中去。 保證兩相有較大的相互溶解度外，還必須具備下列條件 :（1）隨著溫度的變化或原有相晶體表面及曲率的變化，伴隨有最大的溶解度改變。 ( 2）變形時，應(yīng)具備足夠高的溫度條件。 3 3非晶機構(gòu)非晶機構(gòu)是指在一定的變形溫度和速度條件下，在應(yīng)力場和熱激活的作用下，多晶體中的原子非同步、連續(xù)地發(fā)生定向遷移的過程。2. 1. 3 多晶體變形的特點1 1晶粒內(nèi)晶粒內(nèi)變形的不同時性 與晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性 （a）變形前 （b）變形后 圖2-5 多晶體塑性變形的不均勻性 2晶界的作用及晶粒大小的影響 多晶體塑性變形的竹節(jié)現(xiàn)象 晶界的作用在2mm內(nèi)的延伸率，%晶粒5晶粒4晶粒3晶粒2晶粒1位置，mm

37、 圖5-6 多晶鋁的幾個晶粒各處的應(yīng)變量。 垂直虛線是晶界，線上的數(shù)字為總變形量 晶粒大小的影響 常溫下，晶粒越細小， 塑性變形抗力越大； 變形分布越均勻，塑性就越好。2. 1. 4 合金的塑性變形 1單相固溶體合金的變形 “柯氏氣團柯氏氣團”與呂德斯帶與呂德斯帶 2多相合金的變形聚合型聚合型，其強度和塑性取決于硬脆相的形態(tài)強度和塑性取決于硬脆相的形態(tài) 與相對分布與相對分布 沉淀強化/彌散強化型，位錯的釘扎作用2. 1. 5 變形機構(gòu)圖 理論剪切應(yīng)力-位錯蠕變擴散蠕變nabarro蠕變理論剪切應(yīng)力位錯蠕變擴散流變溫度，溫度，-位錯滑移蠕變位錯滑移（nabarro蠕變） 彈性區(qū) 變形機制圖（a）

38、純銀和（b）鍺給出不同變形機制起控制作用的應(yīng)力-溫度區(qū)間，兩種材料的晶粒尺寸皆為32m以10-8/s的應(yīng)變速率來確定彈性邊界 拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力位錯蠕變位錯蠕變2.2塑性加工中金屬的塑性加工中金屬的組織與性能組織與性能2. 2. 1 冷變形 2. 2. 2 熱變形 2. 2. 3 塑性變形對固態(tài)相變的影響 2. 2. 1 冷變形1冷變形的概念 2冷變形時金屬顯微組織變化 3冷變形時金屬性能變化 2. 2. 2 熱變形1) 熱變形的概念 動態(tài)回復(fù)，動態(tài)再結(jié)晶，動態(tài)回復(fù)，動態(tài)再結(jié)晶， 靜態(tài)回復(fù)，靜態(tài)再結(jié)晶靜態(tài)回復(fù)，靜態(tài)再結(jié)晶 亞動態(tài)再結(jié)晶亞動態(tài)再結(jié)晶2) 熱變形過程中的回復(fù)與再結(jié)晶3) 熱變形對金屬

39、組織性能的影響 1 1） 改善晶粒組織改善晶粒組織2 2） 鍛合內(nèi)部缺陷鍛合內(nèi)部缺陷 3 3）破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物）破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物 在鋼中的分布在鋼中的分布 4 4）形成纖維組織）形成纖維組織5 5）改善偏析）改善偏析3熱變形對金屬組織性能的影響 動態(tài)再結(jié)晶圖及其應(yīng)用2. 3 金屬的塑性2. 3. 1 塑性的基本概念 2. 3. 2 塑性指標及其測量方法2. 3. 3 影響塑性的因素2. 3. 1 塑性的基本概念什么是塑性？ 塑性是金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。塑性與柔軟性的區(qū)別是什么？ 塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。 柔軟性反映材料抵抗變形的

40、能力。塑性與柔軟性的對立統(tǒng)一鉛-塑性好，變形抗力小不銹鋼-塑性好，但變形抗力高白口鑄鐵-塑性差，變形抗力高結(jié)論：塑性與柔軟性不是同一概念為什么要研究金屬的塑性？探索塑性變化規(guī)律尋求改善塑性途徑選擇合理加工方法確定最佳工藝制度保證產(chǎn)品質(zhì)量2. 3. 2 塑性指標及其測量方法塑性指標的測量方法塑性指標 塑性指標概 念： 金屬在破壞前產(chǎn)生的最大變 形程度，即極限變形量。表示方法： 斷面收縮率 延伸率 沖擊韌性 最大壓縮率 扭轉(zhuǎn)角（或扭轉(zhuǎn)數(shù)） 彎曲次數(shù)塑性指標的測量方法拉伸試驗法壓縮試驗法扭轉(zhuǎn)試驗法軋制模擬試驗法拉伸試驗法00100%hlll00100%hfff式中：l0拉伸試樣原始標距長度； lh拉

41、伸試樣破斷后標距間的長度； f0拉伸試樣原始斷面積； fh拉伸試樣破斷處的斷面積 壓縮試驗法 簡單加載條件下，壓縮試驗法測定的塑性指標用下式確定： 00100%hhhh式中： 壓下率； h0試樣原始高度； hh試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條 裂紋時的 高度扭轉(zhuǎn)試驗法 對于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)換作為剪切變形（ ） 。 030nrl式中：r試樣工作段的半徑； l0試樣工作段的長度； n試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。 軋制模擬試驗法 在平輥間軋制楔形試件，用偏心軋輥軋制矩形試樣，找出試樣上產(chǎn)生第一條可見裂紋時的臨界壓下量作為軋制過程的塑性指標。 2. 3.3 影響金屬塑性的因素影響金

42、屬塑性的因素 1) 1) 影響塑性的內(nèi)部因素影響塑性的內(nèi)部因素 2) 2) 影響金屬塑性的外部因素影響金屬塑性的外部因素 3) 3) 提高金屬塑性的主要途徑提高金屬塑性的主要途徑 4) 4) 塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用 影響塑性的內(nèi)部因素 1）化學(xué)成分 （1）雜質(zhì) （2）合金元素對塑性的影響 2）組織結(jié)構(gòu) 影響金屬塑性的外部因素 1 ) 變形溫度塑性指標溫度，k 圖5-14 溫度對塑性影響的典型曲線溫度，圖5-15 碳鋼的塑性隨溫度變化圖塑性純鋁無氧銅圖5-16 幾種鋁合金及銅合金的塑性圖 2) 變形速度 塑性變形速度，1/秒圖5-18 變形速度對塑性的影響表5-1 鋁合金冷擠壓時因

43、熱效應(yīng)所增加的溫度合 金 號擠壓系數(shù)擠壓速度（毫米/秒）金屬溫度 l411150158195ld21116150294315ly111116150340350ly1131653083) 變形程度4) 應(yīng)力狀態(tài) 1-2大氣壓1-2大氣壓 圖5-20 脆性材料的各向壓縮曲線 （a）大理石；（b）紅砂石； 軸向壓力； 側(cè)向壓力 5) 變形狀態(tài) 圖5-24 主變形圖對金屬中缺陷形狀的影響 （a）未變形的情況；（b）經(jīng)兩向壓縮向延伸變形后的情況； （c）經(jīng)向壓縮兩向延伸后的情況 6尺寸因素 力學(xué)性能12體積圖5-25 變形物體體積對力學(xué)性能的影響 1塑性； 2變形抗力； 3臨界體積點 提高金屬塑性的主要

44、途徑提高塑性的主要途徑有以下幾個方面：(1)控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成分和組織的均勻性；(2)采用合適的變形溫度速度制度；(3)選用三向壓應(yīng)力較強的變形過程，減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；(4)避免加熱和加工時周圍介質(zhì)的不良影響。 塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用概念：表示金屬塑性指標與變形 溫度及加載方式的關(guān)系曲 線圖形，簡稱塑性圖。應(yīng)用：合理選擇加工方法 制定冷熱變形工藝確定mb5合金加工工藝規(guī)程的原則和方法 mb5屬變形鎂合金，主要成分為： al 5. 5 7. 0% mn 0. 15 0. 5% zn 0. 5 1. 5%確定mb5鎂合金熱加工工藝步驟根據(jù)產(chǎn)品確定加工方式

45、（慢速、快速等）根據(jù)相圖確定合金的相組成根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍根據(jù)相圖確定合金的相組成溫度 圖5-2 mg-al二元系狀態(tài)圖 從二元相圖上獲取的信息 t530，合金為液相 t270，合金為兩相組織270 t530，合金為單一的 相鋁含量對鎂合金力學(xué)性能的影響%b，公斤/毫米2hb公斤/毫米2圖5-3 鎂合金中鋁含量對合金機械性能的影響 根據(jù)塑性圖確定熱變形溫度范圍試驗溫度，mb5合金的塑性圖k 沖擊韌性；m 慢力作用下的最大壓縮率；0 彎曲角度c 沖擊力作用下的最大壓縮率； 斷面收縮率。從塑性圖上獲取的信息慢速加工，溫度為350400350400時, ,值和m都有最大值，不論軋制或擠壓，

46、都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加工。 鍛錘下加工，在350350左右c有突變，變形溫度應(yīng)選擇在400450。工件形狀比較復(fù)雜，變形時易發(fā)生應(yīng)力集中，應(yīng)根據(jù)k曲線來判定。從圖中可知，在相變點270270附近k突然降低，因此，鍛造或沖壓時的工作溫度應(yīng)在250250以下進行為佳。2.5 2.5 超塑性超塑性2.5.1 2.5.1 超塑性成形的基本特點超塑性成形的基本特點 1）拉伸試驗延伸率可達百分之幾百，甚至百分之幾千。2）拉伸試驗時，試樣均勻變形，在宏觀上不出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象。3）拉伸試驗時，流動應(yīng)力很低。4）成形過程中基本上沒有加工硬化現(xiàn)象，所以超塑性合金的流動性和填充性好，容易成形。2.5.2 2.

47、5.2 超塑性的分類超塑性的分類 1 1恒溫超塑性或第一類超塑性。根據(jù)材料恒溫超塑性或第一類超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特點也稱之為細晶超塑性。的組織形態(tài)特點也稱之為細晶超塑性。 2 2相變超塑性或第二類超塑性，又稱為動相變超塑性或第二類超塑性，又稱為動態(tài)超塑性或變態(tài)超塑性態(tài)超塑性或變態(tài)超塑性 3 3其它超塑性或第三類超塑性。其它超塑性或第三類超塑性。微細晶粒超塑性具有三個條件：材料具有等軸穩(wěn)定的細晶組織(通常要求晶粒尺寸在0.5-5m之間)。般而言晶粒越細，越有利于出現(xiàn)超塑性。成形溫度t0.5tm(tm為材料熔點的熱力學(xué)溫度)且大多低于普通熱鍛溫度，并要求溫度恒定。應(yīng)變速率在10-4-10-2

48、s-1的區(qū)間內(nèi)。 1）微細晶粒超塑性(恒溫超塑性或第類超塑性) 這類超塑性并不要求材料具有超細晶粒，而是在一定的溫度和負荷條件下，經(jīng)過多次循環(huán)相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變獲得的。 相變超塑性的第一個必要條件是材料具備固態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變能力，如某些金屬和合金；第二個必要條件是應(yīng)力作用和在相變溫度區(qū)內(nèi)循環(huán)加熱和冷卻，誘發(fā)反復(fù)的結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生超塑性。 2）相變超塑性(變態(tài)超塑性、轉(zhuǎn)變超塑性或第二類超塑性) 非超塑性材料在一定條件下，會出現(xiàn)短時間的細而穩(wěn)定的等軸晶粒組織，并能顯示出超塑性。 在消除應(yīng)力退火過程中，在應(yīng)力作用下可以得到超塑性。 球墨鑄鐵和灰鑄鐵經(jīng)特殊處理也可以得到超塑性。 3）其他超塑性(短暫超塑性或第

49、三類超塑性) 2.4.3 2.4.3 細晶超塑性細晶超塑性 細晶超塑性有許多重要特征，歸納起來有細晶超塑性有許多重要特征，歸納起來有以下幾個方面：以下幾個方面： 1 1變形力學(xué)特征變形力學(xué)特征 2 2金屬組織特征金屬組織特征 金屬試樣超塑性拉伸試驗時，在載荷達到最大值以后，隨著應(yīng)變量的增加。載荷緩慢下降。在拉伸過程中，金屬的流動非常穩(wěn)定，幾乎看不到縮頸現(xiàn)象。流動應(yīng)力與真實應(yīng)變之間的關(guān)系與理想彈塑性體的相類似。流動應(yīng)力與應(yīng)變速率之間的關(guān)系具有牛頓粘性體的特征，即流動應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而上升。從力學(xué)特性上講，超塑性最主要的特性就是材料流動應(yīng)力對應(yīng)變速率的敏感性。 微細晶粒超塑性的力學(xué)特性 描述這

50、種特性最簡單也最常用的是著名的貝可芬(backofen)方程 式中，為超塑性流動應(yīng)力；為應(yīng)變速率；m為流動應(yīng)力的應(yīng)變速率敏感性指數(shù)，稱為m值；k為與材料成分、結(jié)構(gòu)和試驗溫度等有關(guān)的常數(shù)。 貝可芬(backofen)方程mk 應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m值是表征超塑性的一個重要指標。其物理意義：在m值大的情況下，隨著應(yīng)變速率增大，流動應(yīng)力迅速增大。因此，如果試樣某處出現(xiàn)縮頸的趨勢，此處的應(yīng)變速率就增大，使此處繼續(xù)變形所需的流動應(yīng)力隨之劇增，于是變形只能在其余部分繼續(xù)進行。如果再出現(xiàn)縮頸趨勢，同樣由于縮頸部位應(yīng)變速率增加而局部強化，使縮頸傳播到其他部位，從而可獲得巨大的宏觀均勻變形。 m值反映金屬和合金拉

51、伸時抗縮頸的能力，因而是評定金屬和合金是否能呈現(xiàn)超塑性的重要指標。 對于普通金屬和合金，m=0.02-0.2；對于超塑性材料，一般m=0.3-0.8，某些情況下接近1。 右圖（a）為在對數(shù)坐標中mg-a1共晶合金的流動應(yīng)力與應(yīng)變速率之間的關(guān)系曲線，呈s形。曲線可分為i區(qū)，ii區(qū)和iii區(qū)。在i區(qū)內(nèi)，流動應(yīng)力隨應(yīng)變速率變化很大，超塑性發(fā)生在此應(yīng)變速率敏感區(qū)。將式兩邊取對數(shù)后求導(dǎo)可得m=d(1g)/d(1g)，因此，m值是1g-1g曲線上各點的斜率。圖7(b)就是根據(jù)mg-a1共晶合金的s曲線求得的m-1g關(guān)系曲線。從圖可以看出，在區(qū)域ii內(nèi)m0.3，所以這區(qū)域是超塑性變形區(qū)。 1. 溶解沉淀理論

52、 根據(jù)這種理論，超塑性主要發(fā)生在兩相合金中。當合金中一相在另一相中的極限溶解度隨溫度變化時，由于在變形過程中可能產(chǎn)生局部溫度波動，使一些相界上發(fā)生溶解過程，而在另一些相界上發(fā)生沉淀過程。這種特定的物質(zhì)遷移擴散過程引起晶粒相互移動，在合適的高溫下，變形速度小則產(chǎn)生超塑性。 該理論對于大量晶間滑移、晶粒轉(zhuǎn)動及單相合金的超塑性現(xiàn)象還無法解釋。 2.5.4 超塑性變形機理 帕烈斯涅哥夫等認為，“溶解沉淀”理論并不能解釋超塑性，因為有些合金中兩相的極限溶解度并不隨溫度變化，而且在恒溫變形過程中不可能有很大的局部溫度波動。通過對zn-a1等合金超塑性的研究，提出超塑性與合金的特殊組織狀態(tài)-亞穩(wěn)態(tài)組織有關(guān)。

53、認為金屬超塑性變形是組織從亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)態(tài)的過程，把亞穩(wěn)態(tài)相看作一種物質(zhì)的新態(tài)，具有無定型的準液態(tài)粘性流動特性，變形時產(chǎn)生“準液態(tài)的擴散塑性”。這一理論可以解釋共晶和共析合金的超塑性、冷加工后再結(jié)晶或有序到無序轉(zhuǎn)變引起的超塑性。但不能解釋晶間滑移、單相合金及一些無需淬火的材料超塑性。 2. 亞穩(wěn)態(tài)理論 n-h（nabarro-herring）型擴散蠕變理論認為，在拉應(yīng)力作用下，空位的化學(xué)勢能產(chǎn)生局部的變化，垂直拉伸軸的晶界處于高位能狀態(tài)，平行拉伸軸的晶界處于低位能狀態(tài)。因此，在拉伸應(yīng)力作用下，必然會引起空位從高位能區(qū)向低位能區(qū)移動 3擴散蠕變機制 空位的這種移動，引起原子向相反方向的移動，其結(jié)

54、果是，使晶粒沿拉伸軸方向伸長，垂直拉伸軸方向縮短。在應(yīng)力作用下，原子通過晶格按箭頭方向擴散，晶粒發(fā)生變形。變形速率與應(yīng)力的關(guān)系可由下式表示 （7.2）式中，a為晶粒形狀常數(shù)(a=5-15)；v為原子體積；dl為晶格內(nèi)擴散系數(shù)；k為波耳茲曼常數(shù)；t為溫度；d為晶粒尺寸。 2/ktdavdl這種機理的特征是：1) 流動應(yīng)力和應(yīng)變速率呈線性變化， 即m等于1。2) 應(yīng)變速率與晶粒尺寸的平方成反比。3) 變形過程的激活能是自擴散的。 4) 變形中晶粒拉長。 此理論可以解釋一些材料的蠕變變形，但不能充分解釋超塑性變形，如在蠕變變形中，m值可為1，并且晶粒沿外力方向拉長；而在超塑性變形中，m值一般不大于0

55、.8，變形后晶粒仍保持等軸狀。 ashby和verral模型由四個六方晶粒所組成(圖7.3)。這組晶粒在垂直方向拉伸應(yīng)力作用下，通過晶界三角點處原子的擴散和晶界的滑動，使這組晶粒由初始狀態(tài)(圖7.3(a)演變成中間狀態(tài)(圖7.3(b)。 4擴散流動機制-ashby-verral模型 ball和hutchison提出以位錯運動調(diào)節(jié)晶界滑移的超塑性流變模型(圖7.4)。假定兩群晶粒在沿晶界滑移過程中，遇到障礙晶粒，使滑移被迫停止，同時在障礙晶粒內(nèi)引起內(nèi)應(yīng)力以及位錯的產(chǎn)生和運動。其結(jié)果是，位錯塞積在接觸的晶界上，當障礙晶粒內(nèi)應(yīng)力達到一定程度時，塞積前端和位借沿晶界攀移而消失，使內(nèi)應(yīng)力得到松弛，晶界滑

56、移恢復(fù)。 5. 位錯蠕變機制 超塑性變形機理的小結(jié) 超塑性變形主要是一種晶界行為，是多種機制綜合作用的結(jié)果。 如果根據(jù)s曲線(p73)來討論問題，那么在最佳應(yīng)變速率范圍(ii區(qū))內(nèi)，變形以晶界滑移為主；隨著應(yīng)變速率降低到i區(qū)，擴散蠕變機制的作用增大；當應(yīng)變速率增加到iii區(qū)時，位錯蠕變機制的作用增大79。 1. 微細晶粒超塑性成形1) 開式模鍛與普通開式模鍛比較，模具結(jié)構(gòu)基本相同，但需要增加與模具為體的加熱和保溫裝置。同時，由于應(yīng)變速率要求在較低范圍內(nèi)，不能采用錘和熱模鍛壓力機，只能用液壓機。在成形方面，具有充模好、變形力低、組織性能好、變形道次少、彈復(fù)小的特點。用于鋁、鎂、鈦合金的葉片、翼板

57、等薄腹板帶肋件或類似形狀復(fù)雜零件的模鍛。 2.5.5 超塑性成形的應(yīng)用 2) 閉式模鍛 與上述開式模鍛比較，在模具結(jié)構(gòu)上主要區(qū)別是閉式模鍛模不設(shè)飛邊槽。因而，鍛造時，模腔內(nèi)的壓力也就是靜水壓力，遠高于開式模鍛。這樣，模腔更容易充滿，而且，鍛件無飛邊，可基本上作到無屑加工，成形件的精度也更高。這種模鍛的脫模稍困難一些，它可用于難成形材料形狀復(fù)雜零件的成形，如鈦合金渦輪盤鍛造。3) 反擠壓 超塑性反擠壓的成形精度高，表面質(zhì)量好。主要用于成形筒體、殼體件與鋅基合金和合金鋼的模具型腔。與冷擠壓相比，可大幅度降低成形載荷。 4) 氣壓成形 金屬在常溫狀態(tài)下的液壓脹形，由于受材料塑性的限制，較難用于成形復(fù)

58、雜的殼體零件。超塑性脹形工藝用氣體作為加壓介質(zhì)，利用超塑性材料低的流動應(yīng)力和高達百分之數(shù)百的伸長率及良好的復(fù)制性，可以成形鈦合金、鋁合金、鋅合金的形狀復(fù)雜的殼體零件，已應(yīng)用于航空航天器制造業(yè)、機電工業(yè)、工藝美術(shù)品加工業(yè)等許多領(lǐng)域。這種工藝通常只需要一個凹?；蛲鼓?，與普通沖壓成形相比可以減少成形工序和工裝套數(shù)。 5) 氣壓脹形擴散連接復(fù)合工藝 (spfdb) 實驗證明，金屬材料在超塑性狀態(tài)下具有良好的擴散連接性能。這一性能與超塑性氣壓脹形結(jié)合就形成了超塑性氣壓脹形/擴散連接復(fù)合工藝，即spf/db。這種工藝的用途是成形夾層結(jié)構(gòu)件，主要用于鈦合金和鋁合金的飛機與航天器結(jié)構(gòu)件成形。實際上，這是迄今為

59、止超塑性成形應(yīng)用最成功的方面之一。 2. 5 金屬塑性變形的溫度速度效應(yīng)2. 5. 1 塑性變形熱力學(xué)條件 變形程度，變形溫度與變形速度 2. 5. 2 變形中的熱效應(yīng)及溫度效應(yīng) 2. 6. 1 變形溫度 塑性變形時金屬所具有的實際溫度，稱為變形溫度，它與加熱溫度是有區(qū)別的。變形溫度既取決于金屬變形前的加熱溫度，又與變形中能量轉(zhuǎn)化而使金屬溫度提高的溫度有關(guān)，同時又與變形金屬同周圍介質(zhì)進行熱交換所損失的溫度有關(guān)。 2. 5. 1 變形速度 變形速度為單位時間內(nèi)變形程度的變化即： 式中 變形速度； 變形程度。要考慮加工硬化和溫度效應(yīng)兩方面的作用dtd（秒-1） 塑性變形速度，1/秒圖5-18 變形

60、速度對塑性的影響2. 5. 2 變形中的熱效應(yīng)及溫度效應(yīng) 所謂“熱效應(yīng)”是指變形過程中金屬的發(fā)熱現(xiàn)象，熱效應(yīng)可用發(fā)熱率來表示： 式中 發(fā)熱率； at 轉(zhuǎn)化為熱的那部分能量； a 使物體產(chǎn)生塑性變形時的能量。 塑性變形過程中因金屬發(fā)熱而促使金屬的變形溫度升高的效果，稱為溫度效應(yīng)，用 表示：式中 t1變形前金屬所具有的溫度； t2變形后因熱效應(yīng)的作用金屬實際具有的溫度。(%)aataa%)100(112ttt 1 1）影響溫度效應(yīng)的因素）影響溫度效應(yīng)的因素 2 2）變形溫度效應(yīng)的的后果）變形溫度效應(yīng)的的后果 有利作用有利作用 不利作用不利作用2. 6 金屬的變形抗力1）應(yīng)力-應(yīng)變曲線2）化學(xué)成份的