金属塑性成形原理

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1、金属塑性成形原理1:试述塑性成型的一般分类。1按成形特点分;块料和板料成形。其中块料成形分为一次加 工和2次加工。一次加工包括轧制、挤压、拉拔等加工方法。二次加工包括自由锻、模锻等 加工方法。2按成形时工件的温度分为热成形，冷成形，温成形。2：在冷态下塑性变形的主要形式是什么？为什么？ 1在冷态条件下，多晶体的塑性变形是 晶内变形，而晶内变形的主要方式是滑移。2这是因为晶界存在各种缺陷，能量较高，在外 力作用下不易变形，在冷态下条件下，晶界强度高于晶内，其变形比晶内困难，还由于晶粒 在生成过程中，各晶粒相互接触，形成犬牙交错状态，造成对晶界滑移机械的阻碍作用，如 果晶界变形，容易引起晶界结构的

2、破坏，和裂纹产生，因此晶间变形只能很小。3：多晶体金属塑性变形的特点是什么？ 1各晶粒变形的不同时性，2,各晶粒变形具有相互 协调性。3晶粒与晶粒之间，晶粒内部与晶界附近区域之间的变形具有不均匀性。4：细晶对变形抗力的影响？ 1,滑移是由一个晶粒转移到另一个晶粒，主要取决于晶粒、 晶界附近位错塞积群产生的产力场是否能够激发相晶粒中的位错源开动起来，以进行协调性 的次滑移，而位错塞积群应力场的强弱与塞积位错数目n有关，n越大，应力场就越大，位 错源开动的时间就越长，位错数也就越大，因此，粗晶金属的变形比较容易，而细晶粒则需 要更大的外力作用才能使相邻晶粒发生塑性变形，即晶粒越细小，金属的变形抗力

3、越大。5：细晶对金属塑性的影响？ 1,在一定的体积内，细晶粒的数目多于粗晶粒的数目，因而 塑性变形是位向有利的晶粒也较多，变形能均匀地分散到各个晶粒上。2从每个晶粒的应变 分布来看，细晶粒时，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 性减小，细晶粒金属的变形不均匀性也较小，因此引起的应力集中必然减小，内应力较均匀， 因而金属断裂前可以承受塑性变形量更大。静态回复:待定。6：冷塑性变形对金属组织的影响？ 1,晶粒形状的变化，金属经冷变形加工后，晶粒形状 变化趋势与金属宏观变形一致，2,晶粒内部产生亚结构，3晶粒位向改变，产生变形织构。7：简述静态回复过程中金属组织的变化？点缺

4、陷减小，位错密度有所下降，但位错分布形 态经过重新调整和组合而处于低能态，位错会变薄，网络更清晰，亚晶增大，但晶粒形状没 有变化。8：再结晶过程中金属塑性的变化？答:再结晶是一个显微组织彻底重组的过程，因而性能也发生了根本性的变化，表现为金属 的强度、硬度明显下降，塑韧性显著提高，加工硬化和内应力完全消除，物理性能也得到恢 复，金属大体上恢复到冷变形前的状态。9：为什么温度越高晶粒越细小和应变速率越低，扩散所引起的作用力越大？1,温度越高， 原子的动能和扩散能力越大，晶粒越细小，则意味着有越多的晶界和原子扩散的路程越短， 应变速率越低，表明有更充分的时间进行扩散，温度越高晶粒越细小和应变速率越

5、低，扩散所引起的作用力越大10：热塑性变形对金属组织和性能的影响？ 1,改善晶粒组织，2,锻合内部缺陷，3,破碎 并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布，4,形成纤维组织，5,改善偏析。11：何为加工硬化？产生原因？ 1,由于塑性变形程度的增加，而引起金属强度、硬度增加， 而塑性韧性降低的现象叫做加工硬化。2,随着塑性变形的进行，位错缠结不断增加，位错 反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶，位错缠结等障碍，以致形成胞状亚结构，使位错 难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动，这样要使金属继续变形就要不断增加外力, 由此可以理解，金属的强度、硬度增加，塑韧性降低。12：冷变形金属和热变形金属的纤

6、维组织有何不同？ 1,在晶粒组织变化方面:冷变形后，晶 粒形状变化趋势与金属宏观变形一致，热变形后，粗大的树枝晶，经过塑性变形及再结晶变 化成等轴细晶粒组织，2,冷变形时金属组织产生变形织构，热变形时，随着变形程度的增 大，钢锭内部的树枝晶逐渐沿着主变形方向伸长，进而形成纤维组织，3,热变形形成的纤 维组织，使金属的力学性能呈现各向异性，塑性增强，冷变形产生的变形织构分为丝织构和 板织构，丝织构使材料使材料具有很好的拉拔性能，板织构使材料具有良好的压缩性能。13：什么是动态回复？为什么说动态回复是热塑性变形的主要软化机制？1,动态回复是指 在热塑性变形过程中发生的回复，2,动态回复，主要是通过

7、位错的攀移，交滑移等，来实 现的，对于铝镁合金、铁素体钢等，由于它们层错能高，变形时扩展位错宽度窄，集束容易， 位错的攀移和交滑移容易进行，位错容易在滑移面间转动，而使异号位错相互抵消，结果使 位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平。因此这类金属在热塑 性变形过程中，即使变形程度很大，变形温度远高于再结晶温度，也只会发生动态回复，而 不发生动态再结晶。14：什么是动态再结晶？影响其的主要因素有那些？1,动态再结晶是指在热塑性变形过程 中发生的再结晶，2,影响动态再结晶的主要因素有（1）金属的层错能的高低，（2）晶界迁移的 难易程度，（3）变形温度，（4）变形速率（5）变形

8、程度。15：什么是温度效应？冷变形和热变形时变形速率对金属塑性的影响有何不同？1,温度效 应是指金属塑性变形时，除一部分散失到周围介质中，其余的使变形体温度升高的现象，2, 在冷变形时，随着应变速率的增加，开始塑性有所下降，以后由于（不清晰，待查书） 在热变形时，随着变形速率的增加，开始时塑性通常会有较显著的降低，以后由于温度效应 的增加而使塑性回升，但，若温度效应过大，以至于实际变形温度由塑性区进入高温脆性区， 则金属的塑性会有急剧的下降。16：变形温度对金属塑性的影响的基本规律是什么？随着温度的升高，塑性呈现增加趋势，但是，并非纯粹的线性上升，在加热过程中的某些温 度区间，往往由于相态或者

9、晶粒边界状态的变化而出现脆性区，一般划分位低温脆性区，中 温脆性区，高温脆性区，（图略），可说明变形温度对金属塑性的影响的基本规律，1区域为超低温脆性区，金属的塑性极低，以后随着温度的升高，塑性增加，200。C左右达到第一 个塑性峰值，大约在200-400。C范围内为II区域，称为低温脆性区，塑性有很大的降低， 以后塑性继续随着温度的升高而增加，大约在800-950。C范围内为III区域，称为中温脆性 区，塑性随着温度的升高而降低，以后塑性继续随着温度的升高而增加，大约在1200。C 以后进入（W区域，称为高温脆性区，塑性随着温度的升高急剧下降至极低。17,提高金属塑性得到基本途径有那些？1,

10、 提高材料成分和组织的均匀性，2,合理选择变形温度和变形速率，3,选择三相压缩性 强的变形方式，4,减小变形的不均匀性。名词解释扩散性蠕变:是在应力场作用下，由空位的定向移动所引起。在应力场作用下，受拉应力的 晶界（特别是与拉应力垂直的晶界）的空位浓度高于其他部位的晶界。由于各部分的化学势能 差，引起空位的定向移动，即空位从垂直于拉应力的晶界放出，而被平行于拉应力的晶界所 吸收。变形织构:由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织。多边形化:位错通过滑移、攀移、交滑移、等多种运动形式，使滑移面上的位错由水平赛积 逐渐变为垂直排列，形成所谓的位错壁，于是晶体即被位错壁分隔成许多位向差小、而原子

11、 排列基本规则的小晶块，这些小晶块的形状近似一个多边形，故将此过程称为多边形化。 热效应:从能量的观点看，塑性变形时，金属所吸收的能量绝大部分转化为热能，这种现象 称为热效应。温度效应:塑性变形热能，除一部分散失到周围介质中，其余的使温度升高的现象。纤维组织:金属经过冷加工变形后，当变形程度很大时，则晶粒呈现为一片如纤维状的条纹, 称为纤维组织。屈服效应:随着金属变形的继续进行，而应力却保持不变或者作微小波动，称为屈服准则。 吕德斯带:屈服效应在金属外观上的反映，就是当金属变形量恰好处于屈服延伸范围时，金 属表面会出现粗糙不平、变形不均的痕迹。金属的塑性:在外力的作用下，使金属材料发生塑性变形

12、而不破坏其完整性的能力。金属的塑性成形:金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性 能的加工方法。滑移:晶体在外力的作用下，晶体的部分沿一定晶面和晶向相对与另一部分发生相对移动或 切变。孪生:晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和一定的晶相发生均匀切变。 固溶强化:固溶体晶体中，溶质原子溶入基体基体金属中，使得变形抗力和加工硬化率有所 提高，塑性有所下降的现象。柯氏气团:当溶质原子大于基体原子时，溶质原子倾向于置换位错区域晶格伸长部分的溶剂 原子，当溶质原子小于基体原子时，溶质原子倾向于置换位错区域晶格受压缩部分的溶剂原 子，或力图占据位错区域晶格伸长部分溶剂原

13、子间的间隙中，溶质原子在位错区域的这种分 布，称为“柯氏气团”或者“溶质气团”。沉淀强化时效强化:第二相以细小弥撒的微粒均匀分布于基体时，第二相是通过对过饱和固 溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化的。弥撒强化:第二相以细小弥撒的微粒分布于基体时，第二相微粒是借助粉末冶金的方法加入 而起强化作用的。以下摘自材料科学基础晶体结构：晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本 的结构特征。任一晶体总可找到一套与三维周期性对应的基向量及与之相应的晶胞，因此可 以将晶体结构看作是由内含相同的具平行六面体形状的晶胞按前、后、左、右、上、下方向 彼此相邻“并置”而组成的一个集合。晶体学

14、中对晶体结构的表达可采取原子分立分布的方 式，置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中的一些溶剂原子，形成置换固溶体bcc：体心晶胞：八个顶点各有一个原子，体中一个。 fee：面心晶胞：八个顶点各一个原子，六个面中心各一个原子。 hcp:密排六芳晶胞：十二个顶点各有一个原子，两个底面直接有三个原子，两底面中心各 一个。肖脱基空位：离位原子跑到晶体表面或晶界形成的空位 弗伦克尔空位：离位原子跑到晶体间隙中形成的空位 柏氏矢量：一个反映位错引起的点阵畸变大小的物理量与畸变大小成正比。滑移：位错沿着滑移面的移动称为滑移 攀移：在垂直滑移面的方向上运动称为攀移。 晶界：相邻的晶粒位向不同，其交界面叫晶界

15、孪晶：孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面（即特定取向关系）构成 镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为孪晶，此公共晶面就称孪晶面。位错线与柏氏矢量的关系：若平行为螺型位错，同方向为右旋，反向为左旋。 若垂直则为刃型位错。晶界具有哪些特性？1. 由于界面能的存在，当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向晶界偏聚， 这种现象叫内吸附。2. 晶界上原子具有较高的能量，且存在较多的晶体缺陷，使原子的扩散速度比晶粒内部快 得多。3. 常温下，晶界对位错运动起阻碍作用，故金属材料的晶粒越细，则体积晶界面积越多， 其强度硬度越高。4. 晶界比境内更容易氧化和优先腐蚀。5. 大角度晶

16、界界面能高，故其晶界迁移速率最大。6. 由于晶界具有较高能量且原子牌类紊乱，固态想变时优先在母相上形核。结晶：凝固原子集团排列规则，变成晶体。 凝固：物质由液态到固态的转变过程。 结构起伏：液态金属中大小不一，进程有序的原子集团的此起彼伏。形核率：单位时间单位体积液体中晶核的生成数量N. 长大线速度：单位时间内晶核生长的线速度。晶粒：由晶核长成的小晶体。晶胚：这种结构起伏形成的大小不一近程有序的原子集团。过冷：结晶潜热：在温度保持不变的情况下 ,单位质量的物质从液态转变到固态时所释放出的 热量。均匀形核：在结构体中靠结构起伏自发的形成新结晶核心的形核过程 非均匀形核：实际金属结晶时常常依附在液

17、体中的外来固体表面上形核。形核功：形成一个晶核本身却要引起系统自由能增加Gco能量起伏：系统中各微小体积所具有的能量短暂偏离其平均能量的现象。 光滑界面：在界面处固液两项是截然分开的。粗糙界面：在微观上高低不平，存在厚度为几个原子间距的过渡层的液固界面。 动态过冷度：长大所需要的界面过冷度。树枝晶：物质以树枝生长方式时，最后凝固的金属将树枝空隙填满，使每个枝晶成为一个晶 粒。细晶强化：工业上将通过细化晶粒来提高材料强度的方法。细化晶粒的方法区及其原理：方法提高过冷度，Q变质处理，Q振动搅拌.自由度数：在不改变系统平衡相的数目的件下，可以独立改变的，影响合金状态的因素的数 目。匀晶相图：表示匀晶

18、转变的相图 匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。浓度起伏：偏析：合金内部成分不均匀的现象。成分过冷：由于溶液中溶质分布的变化，改变了熔点，此时过冷是由成分变化和实际温度分 布两个因素决定的。共晶转变：液相在恒温下结晶出两个固相的转变。 共析转变：一种固相在恒温条件下分解为另外两种固相。各种杂质元素对铁碳合金组织性能的影响？ 锰（有益）消除硫的影响 硅（有益）提高钢的强度而韧性下降不明显 硫 （有害）热脆 磷 （ 有害） 冷脆 氮 （有害）蓝脆 氢（有害） 氢脆普弹性：晶体发骚弹性变形时，应力与应变成线性关系，去掉外力后，应变完全消失，晶体 恢复到未变形状态。滞弹性：在弹性范围内加载或去载，

19、发现应变不是瞬间达到其平衡值，而是通过一种弛豫过 程完成的。滑移系：面间距最大的密排面与其上的原子最密排方向组成一个滑移系。 取向因子： 单系滑移：多组滑移系晶体外力轴向不同时，处于软位向的一组滑移系首先开动。 多系滑移：各滑移系同时开动使两个或多个滑移系交替滑移。 交滑移：两个或多个滑移面沿同一个滑移方向滑移。孪生：发生在晶体内部的均匀切变。 孪生变形的特点：1.孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中一些滑移面上进行。2. 孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑移后晶体各部分位向均未改变。3. 与滑移系类似，孪生要素也与晶体结构有关，但同一结构的孪晶面、孪生方向与滑移面， 滑移方向可

20、以不同。4. 孪生变形的应力应变曲线与滑移不同。 多晶体塑性变形的特点：1.不等时性：因为各晶粒的取向因子不同，取向因子大的晶粒首先 滑移，而处于硬取向的晶粒后滑移变化。2. 协调性：因每一个晶粒都处于其他晶粒的包围中。每一晶粒的 变形必须得到周五附近晶粒的协调，否则难以变形。3. 不均匀性：各晶粒的变形程度大小不同，同一晶粒内部变形也 不均匀，一般晶粒中部的变形量大于晶粒处变形量。 残余应力的分类，各类残余应力对材料的影响？材料的断裂机理。 宏观残余应力又称为第一类内应力，是物体各部分不均匀变形引起的，在整个物体范围内 处于平衡。 危害：使工件发生变形。微观内应力也叫第二类内应力，由晶粒或亚晶变形不均匀引起，在晶粒或亚晶范围内互相 平衡。 危害：使工件产生裂纹，并导致断裂 点阵畸变也叫第三类内应力，约占储存能的90%。点阵畸变是金属强度、硬度升高，塑性、 韧性下降。