金属塑性成型原理部分课后习题答案俞汉清主编分解

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内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。 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。 5.什么叫加工硬化？产生加工硬化的原因是什么？加工硬化对塑性加工生产有 何利弊？ 加工硬化----随着金属变形程度的增加，其强度、硬度增加，而塑性、韧性降低 的现象。加工硬化的成因与位错的交互作用有关。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，要是金属继续变形，就需要不断增加外力，才能克服位错间强大的交互作用 力。 加工硬化对塑性加工生产的利弊： 有利的一面： 可作为一种强化金属的手段，一些不能用热处理方法强化的金属材 料，可应用加工硬化的方法来强化，以提高金属的承载能力。如大型发电机上的 护环零件(多用高锰奥氏体无磁钢锻制)。 不利的一面：①由于加工硬化后，金属的屈服强度提高，要求进行塑性加工的设 备能力增加； ②由于塑性的下降， 使得金属继续塑性变形困难， 所以不得不增加中间退火工艺， 从而降低了生产率，提高了生产成本。 6.什么是动态回复？为什么说动态回复是热塑性变形的主要软化机制？ 动态回复是在热塑性变形过程中发生的回复(自发地向自由能低的方向转变的过 程)。 动态回复是热塑性变形的主要软化机制，是因为： ①动态回复是高层错能金属热变形过程中唯一的软化机制。 动态回复是主要是通 过位错的攀移、交滑移等实现的。对于层错能高的金属，变形时扩展位错的宽度 窄，集束容易，位错的交滑移和攀移容易进行，位错容易在滑移面间转移，而使 异号位错相互抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态结晶所 需的能量水平。因为这类金属在热塑性变形过程中，即使变形程度很大，变形温 度远高于静态再结晶温度，也只发生动态回复，而不发生动态再结晶。 ②在低层错能的金属热变形过程中，动态回复虽然不充分，但也随时在进行，畸 变能也随时在释放， 因而只有当变形程度远远高于静态回复所需要的临界变形程 度时，畸变能差才能积累到再结晶所需的水平，动态再结晶才能启动，否则也只 能发生动态回复。 Add：动态再结晶容易发生在层错能较低的金属，且当热加工变形量很大时。这 是因为层错能低，其扩展位错宽度就大，集束成特征位错困难，不易进行位错的 交滑移和攀移； 而已知动态回复主要是通过位错的交滑移和攀移来完成的，这就 意味着这类材料动态回复的速率和程度都很低(应该说不足)， 材料中的一些局部 区域会积累足够高的位错密度差(畸变能差)，且由于动态回复的不充分， 所形成 的胞状亚组织的尺寸小、边界不规整，胞壁还有较多的位错缠结，这种不完整的 亚组织正好有利于再结晶形核，所有这些都有利于动态再结晶的发生。需要更大 的变形量上面已经提到了。 7.什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？动态再结晶是在热 塑性变形过程中发生的再结晶。动态再结晶和静态再结晶基本一样，也会是通过 形核与长大来完成，其机理也是大角度晶界 (或亚晶界)想高位错密度区域的迁 移。 动态再结晶的能力除了与金属的层错能高低(层错能越低， 热加工变形量很大时， 容易出现动态再结晶)有关外，还与晶界的迁移难易有关。金属越存，发生动态 再结晶的能力越强。当溶质原子固溶于金属基体中时，会严重阻碍晶界的迁移、 从而减慢动态再结晶的德速率。弥散的第二相粒子能阻碍晶界的移动，所以会遏 制动态再结晶的进行。 9.钢锭经过热加工变形后其组织和性能发生了什么变化？(参见P27-31) 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