塑形和屈服準(zhǔn)則

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1、第十二章塑性與屈服準(zhǔn)則第一節(jié)塑性一塑性的基本概念及塑性指標(biāo)一塑性的基本概念塑性(Plasticity)—指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不被破壞其完整性的能力。影響材料塑性的因素：1內(nèi)在因素晶格缺陷、化學(xué)成分、組織狀態(tài)等；2變形的外部條件變形溫度、變形速率、變形的力學(xué)狀態(tài)等。二塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)—以材料開始破壞時的塑性變形量來表示，它可以借助各種試驗(yàn)方法來測定。常用的試驗(yàn)方法有拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)等。為了衡量金屬塑性的高低，需要有一種可以量化的指標(biāo)，稱為塑性指標(biāo)。1拉伸試驗(yàn)衡量指標(biāo)，斷后伸長率δ(%)和斷面收縮率Ψ(%)，即；式中，

2、L0、Lk為試樣的原始標(biāo)準(zhǔn)間距和試樣斷裂后標(biāo)距間長度；A0、Ak為試樣的原始端斷面積和試樣斷裂處的斷面積。一塑性指標(biāo)2壓縮試驗(yàn)將圓柱體試樣在壓力機(jī)或落錘上進(jìn)行鐓粗，試樣的高度一般是直徑D0的1.5倍，用試樣側(cè)表面出現(xiàn)的第一條裂紋時的壓縮程度εc作為塑性指標(biāo)，即。式中Hk為試樣側(cè)表面出現(xiàn)第一條裂紋時的高度。3扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)在專門的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，材料的塑性指標(biāo)用試樣破斷前的扭轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)圈數(shù)表示。事實(shí)上，這兩個指標(biāo)只能表示在單向拉伸條件下的塑性變形的能力。這兩個指標(biāo)越高，說明材料的塑性越好。試樣拉伸時，在縮頸開始前，材料承受單向拉應(yīng)力，縮頸出

3、現(xiàn)以后，縮頸處處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)。上述兩個指標(biāo)反映的是材料在單向拉應(yīng)力狀態(tài)下的均勻變形階段和三向拉應(yīng)力狀態(tài)下的縮頸階段的塑性總和。由于伸長率的大小與試樣原始標(biāo)距長度有關(guān)，而斷面縮減率的大小與試樣原始標(biāo)距無關(guān)，因此，在塑性材料中，用Ψ(%)作為塑性指標(biāo)更為合理。一塑性指標(biāo)如果以不同變形速度、不同溫度時得到的各種塑性指標(biāo)（δ、ψ、ε、ak、σb等）為縱坐標(biāo)、以溫度為橫坐標(biāo)繪制成曲線圖，稱為塑性圖。圖1所示為碳鋼的塑性圖。一張完整的塑性圖，應(yīng)給出壓縮時的變形程度ε、拉伸時的強(qiáng)度極限σb、延伸率δ、斷面縮減率ψ、扭轉(zhuǎn)時扭轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)數(shù)，以及沖擊韌

4、性ak等力學(xué)性能指標(biāo)與溫度的關(guān)系，它是擬定金屬塑性加工工藝規(guī)范，如選擇變形溫度、變形速度、變形程度等的重要依據(jù)。使用塑性圖時，應(yīng)注意圖中塑性指標(biāo)對應(yīng)的變形條件，使實(shí)驗(yàn)條件盡量與塑性加工時的變形條件相近。金屬在發(fā)生塑性變形時，產(chǎn)生抵抗變形的能力，稱為變形抗力，一般用接觸面上平均單位面積變形力表示。如壓縮時，變形抗力為作用于工具表面的單位面積壓力，亦稱單位流動壓力，通常用P表示。圖1碳鋼塑性圖一塑性指標(biāo)圖245號鋼錠不同鍛比對力學(xué)性能的影響塑性反映的是金屬對塑性變形的適應(yīng)能力，塑性的好壞表示金屬可以承擔(dān)塑性變形量的大小。變形抗力反映的則是

5、材料抵抗變形的能力，也就是反映材料變形的難易程度。變形抗力的大小，決定于材料的真實(shí)應(yīng)力，同時也取決于塑性加工時的應(yīng)力狀態(tài)、接觸摩擦狀態(tài)和變形體的尺寸因素等。通常是在單向拉伸（或壓縮）狀態(tài)下和在一定的變形條件下（變形溫度、變形速度、變形程度等）測出材料的真實(shí)應(yīng)力（流動應(yīng)力），作為反映材料的變形抗力的指標(biāo)。實(shí)際的變形抗力與真實(shí)流動應(yīng)力是有區(qū)別的，因?yàn)樗c加工方法、加工條件密切相關(guān)。一塑性指標(biāo)對金屬塑性的影響因素是多方面的，主要有化學(xué)成分和合金元素成分、組織狀態(tài)、變形溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)等。塑性的大小與金屬所受壓應(yīng)力數(shù)目的多少有關(guān)。在主

6、應(yīng)力圖中，壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性越高；反之，拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性就越差。擠壓時為三向壓應(yīng)力狀態(tài)、拉拔時為一向受拉二向受壓應(yīng)力狀態(tài)，因此，擠壓變形比拉拔變形的塑性要好。在塑性加工中，人們可以通過改變應(yīng)力狀態(tài)，增大變形時的靜水壓力，來提高金屬的塑性。例如，合金鋼在平砧上拔長時，容易在毛坯心部產(chǎn)生微裂紋，圖3；改用V型砧后，由于工具側(cè)面的壓力作用，減小了毛坯心部的拉應(yīng)力作用，可避免中心裂紋的發(fā)生，如圖4所示。壓應(yīng)力能阻止或減小晶間變形，靜水壓力越大，晶間變形越困難，因而提高了金屬的塑性。相反，拉應(yīng)力會促進(jìn)晶

7、間變形，加速晶間破壞，因而塑性較差。同時，三向壓應(yīng)力有利于愈合金屬內(nèi)部的缺陷與損傷，而拉應(yīng)力則相反。當(dāng)變形體內(nèi)原先存在對塑性不利的雜質(zhì)、液態(tài)相或組織缺陷時，三向壓應(yīng)力能抑制其發(fā)展。一塑性指標(biāo)圖3平砧拔長時圓斷面坯料受力和中心裂紋的發(fā)生圖4型砧拔長圓斷面毛坯歸納起來，為使金屬處于良好的塑性流動狀態(tài)，要從提高材料成分和組織的均勻性、合理選擇變形溫度和應(yīng)變速率、選擇三向壓縮性較強(qiáng)的變形方式和減小變形的不均勻性等方面加以考慮。第二節(jié)屈服準(zhǔn)則第一節(jié)材料真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線及材料模型一、拉伸圖和條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線室溫下在萬能材料拉伸機(jī)上準(zhǔn)靜態(tài)拉伸(

8、<2×10?3/S)標(biāo)準(zhǔn)試樣，記錄下來的拉伸力P與試樣標(biāo)距的絕對伸長Δl之間的關(guān)系曲線稱為拉伸圖。若試樣的初始橫截面面積為A0，標(biāo)距長為l0，則條件應(yīng)力σ0(名義應(yīng)力)和相對伸長ε(條件應(yīng)變)為如果用σ0和ε替代P和Δl