14.金属的塑性变形习题

金属的塑性变形习题1.名词解释塑性是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏其完整性的能力。塑性指标为了衡量金属塑性的高低，需要有一种数量上的指标变形速率金属塑性加工时单位时间内工件的平均变形程度变形抗力塑性变形时，变形金属抵抗塑性变形的力超塑性材料在一定内部条件下和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。交滑移在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移孪生变形晶体特定晶面（孪晶面）的原子沿一定方向（孪生方向）协同位移（称为切变）的结果包辛格效应在金属塑性加工过程中正向加载引起的塑性应变强化导致金属材料在随后的反向加载过程中呈现塑性应变软化（屈服极限降低）的现象。残余应力引起附加应力的外因去处后，在物体内仍残存的应力叫残余应力，残余应力是弹性应力，不超过材料的屈服应力，也是相互平衡成对出现的。最小阻力定律当物体各质点有在不同方向移动的可能时，变形物体内的每一个质点都将沿其最小阻力方向移动。2.影响金属塑性的内因和外因有哪些？答案：影响金属塑性高低的主要因素有两方面：内因，金属本身的化学成分、组织结构等；外因，变形温度、变形速度、变形程度、应力状态、变形状态、尺寸以苏、周围介质等。3.改善金属材料的工艺塑性有哪些途径，怎样才能获得金属材料的超塑性？答案：（1）途径：①控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；②采用合适的变形温度-速度制度；③选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态；④避免加热和加工时周围介质的不良影响。（2）获得金属材料超塑性的方法：①超细等轴晶粒组织在一定温度区间和一定的变形速度条件可以获得恒温超塑性；②材料具有固态相变的特性，并在外加载荷作用下，在相变温度上下循环加热与冷却，诱发产生发福的组织结构变化时金属原子；发生剧烈运动而呈现出相变超塑性。③有些材料在消除应力退火过程中，在应力作用下也可以得到超塑性。4.单晶体塑性变形的主要机制有哪些？其机理分别是什么？答案：单晶体塑性变形的主要机制有滑移与孪生。滑移是指在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动。孪生是在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面(孪生面)和一定的晶向(孪生方向)发生均匀切变，变形后，晶体的变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系，镜面两侧晶体的相对位向发生了改变。晶体的滑移过程，实质上就是位错的移动和增殖的过程。而孪生是通过部分位错横扫孪生面而进行的。5.超塑性变形力学方程中，Km的物理意义是什么？答案：m值指的是应变速率敏感指数：反应材料抗局部收缩或产生均匀拉深变形的能力。6.多晶体金属塑性变形的主要特点和主要机制有哪些？答案：多晶体金属的塑性变形有以下主要特点：(1)各晶粒变形的不同时性。(2)各晶粒变形的相互协调性。(3)晶粒之间、晶内与晶界之间变形的不均匀性。多晶体金属塑性变形的主要机制有：(1)晶内变形，包括滑移、孪生；(2)晶间变形，包括滑动、转动7.试比较孪生变形和滑移变形的异同。答案：滑移与孪生的比较相同点：通过位错运动实现；两者都不改变晶体结构类型区别：1）晶体中的位向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同孪生：已孪生部分（孪晶）和未孪生部分(基体)的位向不同，两部分之间具有特定的位向关系（镜面对称）2）变形机制：滑移是全位错运动的结果；孪生是部分位错3）对塑性变形的贡献：总变形量大；孪生（小）4）变形应力：近似临界分切应力；高于临界分切应力5）变形条件：一般情况下，先发生滑移变形；滑移变形难以进行时，或晶体对称度很低、变形温度较低、加载速率较高，发生孪生变形8.晶体滑移的实质是什么?为何滑移总是沿原子密度最大的方向发生？答案：滑移的实质是部分晶体发生相对移动，晶体间出现位错。滑移总是沿着晶体中原子密度最大的方向进行,这是由于原子最大的密排面之间、密排方向之间的间距最大，点阵阻力最小。因此滑移面为该晶体的密排面，滑移方向为该面上的密排方向。9.金属材料发生屈服时，为什么会产生吕德斯带？答案：吕德斯带是指退火的低碳钢薄板在冲压加工时，由于局部的突然屈服产生不均匀变形，而在钢板表面产生条带状皱褶的一种现象。当退火低碳钢薄板进行冲压时，其应力接近屈服点，变形就会首先在应力集中的区域开始，拼立即出现软化现象，应力下降。在这一应力作用下，变形在这个区域可以继续进行到一定程度，这时在变形区和未变形区的交界处会产生较大的应力集中和屈服，使得变形区逐渐向未变形区扩展。但是，在离变形区较远的地方，仍然不会发生变形，于是就形成了狭窄的条状区10.加工硬化影响因素有哪些？答案：（1）金属本身组织的影响；（2）温度的影响；（3）变形速度和变形程度的影响；（4）晶粒尺寸的影响。11.减少不均匀变形的主要措施有哪些？答案：通常采用如下措施：(1)尽量减小接触摩擦的有害影响；(2)正确地选择变形温度—速度制度；(3)合理设计工具形状和正确地选择坯料；(4)尽量使坯料的成分和组织均匀。12.什么是脆性断裂？脆性断裂有何特点？答案：构件未经明显的变形而发生的断裂。断裂面外观上没有明显发生过塑性变形迹象，直接由弹性变形状态过渡到断裂，断裂面和拉伸轴接近正交，端口平齐。特点：1：脆性断口的宏观特征：在断裂前没有可以观察到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”(或很小)。2.脆性断裂的微观特征：脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。3：穿晶(晶内)断裂，裂纹沿着多晶粒的解理穿过，而不管晶界的位置如何，开裂速度快，一般钢中的解理速度大约是1030m/s，在低温和三向应力状态时更快；沿着特定的结晶面(称为解理面)发生，这些结晶面一般是属于低指数的。在不同高度的平行解理面之间产生解理台阶。解理裂纹扩展过程中，众多的台阶相互汇合，便形成河流花样，河流的流向与裂纹扩展方向一致。13.什么是韧性断裂？韧性断裂和脆性断裂可以转化吗？为什么？答案：韧性断裂是在断裂前金属经受了较大的塑性变形，其断口呈纤维状，灰黯无光。可以转化。这是因为具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变14.举例分析最小阻力定律在塑性成形流动控制中的应用。答案：（1）开式模锻，增加金属流向飞边的阻力，以保证金属充填型腔；或者修磨圆角r，减小金属流向模腔的阻力，使模腔充填饱满。（2）在大型覆盖件拉深成形时，常常要设置拉延筋，用来调整或增加板料进入模具型腔的流动阻力，以保证覆盖件的成形质量。15.细晶超塑性的主要机制是什么？答案：⑴扩散蠕变理论：晶内—晶界扩散蠕变过程共同调节的晶界滑动模型⑵晶界滑动理论：位错运动调节晶界滑动的理论模型⑶动态再结晶理论：在高温变形时，这种再结晶过程是一个动态的、连续的恢复过程，即一方面产生应变硬化，一方面产生再结晶恢复（软化）。好像变形的同时又有退火，就会促使物质的超塑性。16.残余应力有哪几类？它会产生什么后果？如何产生、消除？答案：残余应力分为三类：第一类残余应力存在与变形体各区域之间；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。残余应力引起的后果：⑴具有残余应力的物体再承受塑性变形时，其应力分布及内部应力分布更不均匀。⑵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，会使零件破坏，设备出现故障。⑶使在制品的尺寸和形状发生变化。当残余应力的平衡受到破坏时，相应部分的弹性变形也发生变化，从而引起尺寸和形状的变化。⑷增加塑性变形抗力，降低塑性、冲击韧性及抗疲劳强度。⑸降低制品表面耐蚀性，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。残余应力的消除方法：热处理法，机械处理方法。17.金属塑性测定方法有哪几种？答案：（1）力学性能试验法：a.拉伸试验b.扭转实验c.冲击弯曲试验（2）模拟试验法：a.顶锻试验b.杯突试验18.为什么说塑性指标只具有相对意义？答案：塑性指标：金属在破坏前产生的最大变形程度即极限变形量，一种衡量金属塑性好坏数量上的指标。塑性指标是材料开始破坏的塑性指标来表示，可用拉伸试验、压缩试验和扭转试验来测定，由于各都是相对于其特定的受力状况和条件的，由此所测定的塑性指标，仅具有相对和比较的意义。19.试分析晶粒大小对金属的塑性和变形抗力的影响。答案：①晶粒越细，变形抗力越大。晶粒的大小决定位错塞积群应力场到晶内位错源的距离，而这个距离又影响位错的数目n。晶粒越大，这个距离就越大，位错开动的时间就越长，n也就越大。n越大，应力场就越强，滑移就越容易从一个晶粒转移到另一个晶粒。②晶粒越细小，金属的塑性就越好。a．一定体积，晶粒越细，晶粒数目越多，塑性变形时位向有利的晶粒也越多，变形能较均匀的分散到各个晶粒上；b．从每个晶粒的应力分布来看，细晶粒是晶界的影响区域相对加大，使得晶粒心部的应变与晶界处的应变差异减小。这种不均匀性减小了，内应力的分布较均匀，因而金属断裂前能承受的塑性变形量就更大。20.与常规的塑性变形相比较，超塑性具有哪些主要特征？答案：1）大伸长率，高达百分之几千2）无缩颈，拉伸时变现均匀的截面缩小，断面收缩率甚至可接近100%3）低流动应力，仅（几个—几十个）N/mm，对应变速率非常敏感4）具有极好的流动性和充填性，加工复杂精确的零件。21.什么是加工硬化？加工硬化产生的原因？加工硬化对塑性加工有何利弊？答案：1）加工硬化：塑性变形时，随着内部组织结构变化，金属金属强度、硬度增加，而塑性、韧性降低的现象。2）加工硬化是位错与交互作用有关，随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶、位错纠缠等障碍。以致形成细胞亚状结构，是位错难以越过这些障碍而被限制在一定的范围内运动。金属要继续变形，就要不断外力，才能克服强大的交互作用。3）有利的方面：1、是金属强化的重要途径2、对不能用热处理方法强化的材料，借助冷塑性变形来提高其力学性能。3、对改善板料成型性能有积极的意义。4）不利的一面：金属塑性下降、变形抗力升高、继续变形越来越困难；对高硬化速率的多道次成形，需增加中间退火来消除加工硬化，降低了生产效率、提高成本.21.何谓超塑性？超塑性变形的基本特点有哪些？答案：1超塑性指金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的延伸率而不产生缩颈与断裂现象，把延伸率能超过100%的材料统称为“超塑性材料”，相应的把延伸率超过100%的现象叫做“超塑性”。2特点包括大延伸、无缩颈、小应力、易成形。22.