1、塑性變性與軋制原理理論教學(xué),第一講 緒論 第二講 塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ) 第三講金屬在塑性加工變形中組織性能的變化 第四講塑性變形的基本規(guī)律 第五講 金屬塑性加工中的摩擦與潤滑 第六講 金屬的塑性 第七講 金屬變形抗力 第八講 金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性,第 九 講 不均勻變形的后果及工件的斷裂 第 十 講 軋制的基本問題 第十一講 咬入條件 第十二講 軋制過程中的橫變形寬展 第十三講 軋制過程中的縱變形前滑與后滑 第十四講 金屬對軋輥的壓力 第十五講 軋制時的彈塑性曲線 第十六講 軋制時的彈塑性曲線及連軋、張力,第五講第十講,第五講 金屬塑性加工中的摩擦與潤滑,1、外摩擦的概念 2、外摩

2、擦對加工的影響 3、塑性變形時摩擦的分類 4、加工時工具的磨損和摩擦熱是如何產(chǎn)生的 5、一些因素對外摩擦的影響規(guī)律,6、冷軋工藝潤滑的作用 7、對工藝潤滑劑的要求 8、軋制潤滑劑的基本類型 9、熱軋時摩擦系數(shù)的計算 10、冷軋時摩擦系數(shù)的計算,返回首頁,1、外摩擦的概念,金屬塑性加工中，工具與工件的接觸面上兩者多少要發(fā)生相對滑動或有相對滑動的趨勢，于是在此接觸面上就存在阻礙這種滑動的摩擦，謂之。,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,2、外摩擦對加工的影響,（1）改變了應(yīng)力及變形的分布 （2）增加了變形時的能量 （3）降低工具的使用壽命 （4）降低了加工產(chǎn)品的質(zhì)量 （5）摩擦的有益作用,第

3、五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,3、塑性變形時摩擦的分類,外摩擦分為：干摩擦、邊界摩擦和液體潤滑摩擦三種。 （1）干摩擦 （2）液體潤滑摩擦 （3）邊界摩擦,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,4、加工時工具的磨損和摩擦熱是如何產(chǎn)生的,軋輥的磨損，可以認(rèn)為主要是軋輥表面凸牙被切斷而引起的。由于切斷不會突然發(fā)生，在切斷前要先發(fā)生變形，而塑性變形要產(chǎn)生變形熱，切斷也要產(chǎn)生熱量。當(dāng)熱量局限在接觸表面而不能迅速散失時，必然會使接觸表面的溫度升高，即產(chǎn)生摩擦熱。,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,5、一些因素對外摩擦的影響規(guī)律,（1）工具的表面狀態(tài) 表面愈光潔，則摩擦系數(shù)f就愈低。

4、 （2）變形金屬的表面狀態(tài) 鑄坯的表面凸凹不平較嚴(yán)重時，會因這種粗糙的接觸表面使摩擦系數(shù)增大。但應(yīng)該注意，變形金屬的原始表面狀態(tài)只在最初道次的加工時才有明顯的作用，變形金屬的表面凸凹被壓平后，接觸表面的摩擦情況將與工具的表面狀態(tài)有密切的關(guān)系。 （3）變形金屬和工具的化學(xué)成分 軋輥材質(zhì)的影響：鋼軋輥的含碳量比鑄鐵的低，所以鋼軋輥的硬度小，不耐磨，軋制一段時間后表面變的粗糙，使得摩擦系數(shù)f增加；另外，鋼輥比鐵輥易粘鋼，本身摩擦系數(shù)f也大。 鋼種的影響：在正常軋制溫度（950）條件下高碳鋼比低碳鋼的摩擦系數(shù)大；合金鋼比碳素鋼的摩擦系數(shù)大（奧氏體不銹鋼是碳素鋼摩擦系數(shù)的1.5倍）。,第五講金屬塑性加工

5、中的摩擦與潤滑返回首頁,第1頁 共2頁,5、一些因素對外摩擦的影響規(guī)律,（4）變形溫度 在一般熱軋過程中軋制溫度對摩擦系數(shù)的影響規(guī)律可以概括為：隨著軋制道次的增加，軋件的溫度不斷降低，軋制中的摩擦系數(shù)f變的越來越大。 （5）變形速度 總的來說是隨軋制速度的增加，其摩擦系數(shù)是降低的。這可能是軋制速度增加，使軋件和軋輥的接觸時間減少導(dǎo)致彼此機械咬合作用減弱之故。 （6）冷卻水 在鋼板熱軋生產(chǎn)中，沒有采用什么潤滑劑。然而用來冷卻軋輥的冷卻水，則起到了定的潤滑作用。這是因為冷卻水的作用，首先是保證了軋輥的強度和表面硬度，因而使軋輥的磨損較緩慢；其次由于水的沖洗作用保證了軋輥接觸面的清潔。,第五講金屬塑

6、性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,第2頁 共2頁,6、冷軋工藝潤滑的作用,冷軋采用工藝潤滑的主要作用是減小金屬的變形抗力，這不但有助于保證在已有的設(shè)備能力條件下實現(xiàn)更大的壓下，而且還可使軋機能夠經(jīng)濟可行地生產(chǎn)厚度更小的產(chǎn)品。此外，采用有效的工藝潤滑也直接對冷軋過程的發(fā)熱率以及軋輥的溫升起到良好影響。在軋制某些品種時，采用工藝潤滑還可以起到防止金屬粘輥的作用。,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,7、對工藝潤滑劑的要求,（1）能較大幅度的降低摩擦系數(shù)，潤滑效果好； （2）在工具和金屬表面上在高速高壓下能夠有均勻而良好的潤滑層，也就是在帶鋼表面上形成均勻、致密的一層油膜，而且這層油膜要有足夠的強

7、度。以保證穩(wěn)定的潤滑條件； （3）潤滑劑要有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，它不能腐蝕金屬及工具表面，而且不至于游離，產(chǎn)生沉淀； （4）潤滑劑要有適當(dāng)高的燃點，以避免在加工過程中由于變形熱導(dǎo)致的溫度升高而燃燒； （5）加工后易于在表面清除，同時含灰分要少，否則退火后在金屬表面上留下燃燒油跡，使表面質(zhì)量變壞； （6）潤滑劑應(yīng)當(dāng)具有良好的冷卻性能，以便把變形熱帶走，使軋制穩(wěn)定，同時還要考慮到資源情況。做到質(zhì)量好而價格便宜。,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,8、軋制潤滑劑的基本類型,軋制潤滑劑可按化學(xué)成分、聚合狀態(tài)、用途等進行分類。 按聚合狀態(tài)，軋制生產(chǎn)中采用的潤滑劑可分三大類：油和水-油混合物、乳化液

8、。 （1）油和水-油混合物 在軋機上主要采用便于向軋輥和金屬噴涂流動性好的液體油。按其化學(xué)成分可將它們分為下列五種： 1）礦物油。 2）植物脂肪和動物脂肪。 3）以合成脂肪酸為基礎(chǔ)的油。 4）礦物油和植物油或合成油的混合物。 5）以植物油生產(chǎn)廢料為基礎(chǔ)的潤滑油。 （2）乳化液 一種液相以細(xì)小液滴形式分布于另一種液相中，形成兩種液相組織的足夠穩(wěn)定的系統(tǒng)，稱為乳化液。形成液滴的液體稱為分散相，乳化液的其余部分稱為分散（連續(xù)）介質(zhì)。,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,9、熱軋時摩擦系數(shù)的計算,艾克隆德根據(jù)影響摩擦系數(shù)的因素，提出了一個計算摩擦系數(shù)的經(jīng)驗公式，即 （4-1） 式中 K1軋輥材質(zhì)

9、影響系數(shù)，對于鋼軋輥K1=1.0，鑄鐵軋輥K1=0.8； K2軋制速度影響系數(shù)，可按實驗曲線圖4-6確定；表4-2 軋件材質(zhì)的影響系數(shù)K3值 K3軋件材質(zhì)影響系數(shù)，可據(jù)表4-2所列的實驗數(shù)據(jù)選??； t軋制溫度（7001200之間適用）。,圖4-6 軋制速度的影響系數(shù)K2值,表4-2 軋件材質(zhì)的影響系數(shù)K3值,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,第1頁 共2頁,9、熱軋時摩擦系數(shù)的計算,應(yīng)該指出，對表4-2中K3的選取要慎重，這是因為當(dāng)K1與K2不考慮時，利用表中的K3值計算的結(jié)果將偏高，即為不計K1與K2時的1.11.8倍。顯然這個結(jié)果很難說明問題，但由于目前尚缺乏這方面的深入研究，還不

10、能對K3進行修訂。,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,第2頁 共2頁,10、冷軋時摩擦系數(shù)的計算,冷軋中計算摩擦系數(shù)的方法很多，根據(jù)生產(chǎn)中的實際效果，采用下式計算較多，即 （4-2） 式中 K 潤滑劑的種類與質(zhì)量的影響系數(shù)，其值見表4-3； 軋制速度，m/s。,表4-3 潤滑劑種類對摩擦系數(shù)的影響,第五講金屬塑性加工中的摩擦與潤滑返回首頁,第六講 金屬的塑性,1、金屬塑性的概念 2、塑性和柔軟性 3、塑性指標(biāo) 4、一些因素對塑性的影響規(guī)律 5、提高塑性的途徑,返回首頁,1、金屬塑性的概念,所謂塑性，是指金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。 金屬塑性的大小，可用

11、金屬在斷裂前產(chǎn)生的最大變形程度來表示。一般通常稱壓力加工時金屬塑性變形的限度，或“塑性極限”為塑性指標(biāo)。,第六講金屬的塑性返回首頁,2、塑性和柔軟性,應(yīng)當(dāng)指出，不能把塑性和柔軟性混淆起來。不能認(rèn)為金屬比較軟，在塑性加工過程中就不易破裂。柔軟性反映金屬的軟硬程度，它用變形抗力的大小來衡量，表示變形的難易。不要認(rèn)為變形抗力小的金屬塑性就好，或是變形抗力大的金屬塑性就差。,第六講金屬的塑性返回首頁,3、塑性指標(biāo),表示金屬與合金塑性變形性能的主要指標(biāo)有： （1）拉伸試驗時的延伸率（）與斷面收縮率（）。 （2）沖擊試驗時的沖擊韌性k。 （3）扭轉(zhuǎn)試驗的扭轉(zhuǎn)周數(shù)n。 （4）鍛造及軋制時剛出現(xiàn)裂紋瞬間的相對

12、壓下量。 （5）深沖試驗時的壓進深度，損壞前的彎折次數(shù)。,第六講金屬的塑性返回首頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,A 化學(xué)成分的影響 （1）碳 隨著含碳量的增加，滲碳體的數(shù)量也增加，塑性的降低 （2）磷 磷一般說來是鋼中有害雜質(zhì)，磷能溶于鐵素體中，使鋼的強度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時更為嚴(yán)重，故稱為冷脆。 （3）硫 硫是鋼中有害雜質(zhì)，它在鋼中幾乎不溶解，而與鐵形成FeS，F(xiàn)eS與Fe的共晶體其熔點很低，呈網(wǎng)狀分布于晶界上。當(dāng)鋼在8001200范圍內(nèi)進行塑性加工時，由于晶界處的硫化鐵共晶體塑性低或發(fā)生熔化而導(dǎo)致加工件開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆（或紅脆）。另外，硫化物夾雜

13、促使鋼中帶狀組織形成，惡化冷軋板的深沖性能，降低鋼的塑性。 （4）氮 590時，氮在鐵素體中的溶解度最大，約為0.42；但在室溫時則降至0.01以下。若將含氮量較高的鋼自高溫較快地冷卻時，會使鐵素體中的氮過飽和，并在室溫或稍高溫度下，氮將逐漸以Fe4N形式析出，造成鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性大大降低，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為時效脆性。,第六講金屬的塑性返回首頁,第1頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,（5）氫 對于某些含氫量較多的鋼種（即每克鋼中含氫達毫升時就能降低鋼的塑性），熱加工后又較快冷卻，會使從固溶體析出的氫原子來不及向鋼表面擴散，而集中在晶界、缺陷和顯微空隙等處而形成氫分子

14、（在室溫下原子氫變?yōu)榉肿託?，這些分子氫不能擴散）并產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)力。在組織應(yīng)力、溫度應(yīng)力和氫析出所造成的內(nèi)應(yīng)力的共同作用下會出現(xiàn)微細(xì)裂紋，即所謂白點，該現(xiàn)象在中合金鋼中尤為嚴(yán)重。 （6）銅 實踐表明，鋼中含銅量達到0.150.30時，鋼表面會在熱加工中龜裂。 （7）硅 含硅量在0.5以上時，由于加強了形成鐵素體的趨勢，對塑性產(chǎn)生不良影響。在硅鋼中，當(dāng)含硅量大于2.0時，使鋼的塑性降低。當(dāng)含硅量達到4.5時，在冷狀態(tài)下鋼已變的很脆，如果加熱到100左右，塑性就有顯著改善。一般冷軋硅鋼片的含硅量都限定在3.5%左右。 （8）鋁 鋁對鋼及低合金鋼的塑性起有害作用。這可能是由于在晶界處形成氮化鋁所致。

15、鋁作為合金元素加入鋼中是為了得到特殊性能。含鋁量較高的鉻鋁合金，在冷狀態(tài)下塑性較低。,第六講金屬的塑性返回首頁,第2頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,B 組織的影響 （1）單相組織（純金屬或固溶體）比多相組織塑性好 （2）晶粒細(xì)化有利于提高金屬的塑性 （3）化合物雜質(zhì)呈球狀分布對塑性較好；呈片狀、網(wǎng)狀分布在晶界上時，使金屬的塑性下降。 （4）經(jīng)過熱加工后的金屬比鑄態(tài)金屬的塑性高。,第六講金屬的塑性返回首頁,第3頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,C 變形溫度對不同的鋼種塑性的影響 （1）溫度對合金鋼塑性的影響 將溫度對典型合金鋼塑性的影響歸納成五種基本規(guī)律，如圖5-9所示。圖

16、5-9 溫度對合金鋼塑性的影響 曲線1 表示金屬塑性隨溫度升高而增加，溫度超過1200以后，其塑性直線下降。大多數(shù)工業(yè)用鋼諸如各種碳素鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼都屬于這一類型。 曲線2 表示金屬的塑性隨溫度升高而降低，溫度超過900以后，下降趨勢更加顯著。這一曲線只適用于少數(shù)高合金鋼，如1Cr25Ni20Si2不銹鋼屬于這一類。顯然對這種合金鋼加工非常困難。 曲線3 表示隨溫度升高塑性很少變化，滾動軸承鋼GCr15就屬于這種類型。 曲線4 表示在某一中間溫度金屬的塑性下降，而溫度更高些或較低時都有較好的塑性，工業(yè)純鐵屬于這一類。 曲線5 表示溫度升高至某中間溫度時塑性較高，繼續(xù)升高溫度時塑性降低，如1Cr

17、18Ni9 Ti不銹鋼就屬于這種類型。,圖5-9 溫度對合金鋼塑性的影響,第六講金屬的塑性返回首頁,第4頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,（2）溫度對碳素鋼塑性的影響規(guī)律 總的趨勢是隨溫度的升高，塑性是增加的。但是，在溫度升高的全過程中，在某一溫度范圍內(nèi)，塑性則是下降的，如圖5-10所示。為了便于分析說明，用、表示塑性降低區(qū)，1、2、3表示塑性增高區(qū)。,圖5-10 溫度對碳素鋼塑性的影響,第六講金屬的塑性返回首頁,第5頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,在塑性降低區(qū)中： 區(qū)鋼的塑性很低，在零下200時塑性幾乎完全喪失，這大概是由于原子熱運動能力極低所致。 區(qū)位于200400之

18、間，此區(qū)域亦稱為蘭脆區(qū)，即在鋼材的斷裂部分呈現(xiàn)蘭色的氧化色，因此稱為“蘭脆”。 區(qū)位于800950之間，稱為熱脆區(qū)。此區(qū)與相變發(fā)生有關(guān)。 區(qū)接近于金屬的熔化溫度，此時晶粒迅速長大，晶間強度逐漸削弱，繼續(xù)加熱有可能使金屬產(chǎn)生過熱或過燒現(xiàn)象。,第六講金屬的塑性返回首頁,第6頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,在塑性增加區(qū)： 1區(qū)位于100200之間，塑性增加是由于在冷加工時原子動能增加的緣故（熱振動）。 2區(qū)位于700800之間，由于有再結(jié)晶和擴散過程發(fā)生，這兩個過程對塑性都有好的作用。 3區(qū)位于9501250的范圍內(nèi)，在此區(qū)域中沒有相變，鋼的組織是均勻一致的奧氏體。 由圖5-10以定性的

19、關(guān)系說明了由低溫至高溫碳素鋼塑性變化的過程，這對我們來說是很有參考價值的。例如熱軋時我們應(yīng)盡可能地使變形在3區(qū)溫度范圍內(nèi)進行，而冷加工的溫度則應(yīng)為1區(qū)。,第六講金屬的塑性返回首頁,第7頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,D 變形速度的影響 變形速度（表示變形的快慢程度）對塑性的影響可用圖5-11所示的曲線概括之。一般認(rèn)為在目前所能達到的變形速度，即變形速度不大時，隨變形速度的提高塑性降低，如圖中的實線部分所示。如果在很高速度下，隨著變形速度的提高塑性增加，如圖中的虛線部分所示。,第六講金屬的塑性返回首頁,第8頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,E 應(yīng)力狀態(tài)的影響 在進行壓力加工

20、的應(yīng)力狀態(tài)中，壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，金屬塑性越高。反之拉應(yīng)力個數(shù)愈多、數(shù)值愈大，金屬塑性愈低。 F 變形狀態(tài)的影響 因為壓縮變形有利于塑性的發(fā)揮，而延伸變形則相反。所以主變形圖中壓縮分量越多，對充分發(fā)揮金屬的塑性越有利。,第六講金屬的塑性返回首頁,第9頁 共11頁,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,G 不連續(xù)變形的影響 實驗結(jié)果表明，在不連續(xù)變形（或多次變形）的情況下，可以提高金屬的塑性。這是由于不連續(xù)的變形，每次的變形量小，產(chǎn)生的應(yīng)力小，不容易超過金屬的塑性極限；同時，在各次變形的間隙時間內(nèi)，可以發(fā)生軟化過程，使得金屬的塑性在一定程度上得到恢復(fù)。,第六講金屬的塑性返回首頁,第10頁 共11頁

21、,4、一些因素對塑性的影響規(guī)律,H 尺寸（體積）因素的影響 實踐證明，隨著金屬體積的增大，金屬的塑性有所降低。 I 變形不均勻的影響 由于接觸面上摩擦作用，被加工金屬性能的不均勻、工具形狀和坯料形狀的不一致等原因造成的變形不均勻，使得在金屬內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，其中的附加拉應(yīng)力會促使裂紋產(chǎn)生，降低金屬的塑性。,第六講金屬的塑性返回首頁,第11頁 共11頁,5、提高塑性的途徑,（1）控制金屬的化學(xué)成分，即將對塑性有害的元素含量降到最下限，加入適量有利于塑性提高的元素。 （2）控制金屬的組織結(jié)構(gòu)。盡可能在單相區(qū)內(nèi)進行壓力加工，采取適當(dāng)工藝措施，使組織結(jié)構(gòu)均勻，形成細(xì)小晶粒，對鑄態(tài)組織的成分偏析、組織不

22、均勻應(yīng)采用合適的工藝來加以改善。 （3）采用合適的變形溫度-速度制度。其原則是使塑性變形在高塑性區(qū)內(nèi)進行，對熱加工來說應(yīng)保證在加工過程中再結(jié)晶得以充分進行。當(dāng)然，對某些特殊的加工過程，如控制軋制，有的要在未再結(jié)晶區(qū)進行軋制。 （4）選擇合適的變形力學(xué)狀態(tài)。在生產(chǎn)過程中，對某些塑性較低的金屬，應(yīng)選用具有強烈三向壓應(yīng)力狀態(tài)的加工方式，并限制附加拉應(yīng)力的出現(xiàn)。 （5）降低接觸面上的摩擦，減小變形的不均勻性，減小金屬內(nèi)部產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力提高金屬的塑性。,第六講金屬的塑性返回首頁,第七講 金屬變形抗力,1、變形抗力的概念 2、金屬硬度的概念 3、一些因素對鋼變形抗力的影響規(guī)律 4、熱軋時真實變形抗力的確

23、定 5、冷軋時的真實變形抗力的確定,返回首頁,1、變形抗力的概念,（1）靜變形抗力：度量物體這種抵抗變形能力的力學(xué)指標(biāo)稱為變形抗力，通常以單向拉伸實驗時的屈服極限值 來表示，因此又稱為靜變形抗力。 （2）真實變形抗力：在一定變形溫度、變形速度和變形程度下的變形抗力指標(biāo)，稱為真實變形抗力，用 表示。,第七講金屬變形抗力返回首頁,2、金屬硬度的概念,硬度實際上反映了金屬材料的塑性變形抗力大小。,第七講金屬變形抗力返回首頁,3、一些因素對鋼變形抗力的影響規(guī)律,A化學(xué)成分的影響 （1）碳鋼中的碳和磷的影響 隨著含碳量的增加，滲碳體的數(shù)量也就增加，變形抗力提高更大。 磷能溶于鐵素體中，使得鋼的強度、硬度

24、顯著提高，鋼的變形抗力增加。 （2）合金元素的影響 合金元素加入鋼中使變形抗力提高。,第七講金屬變形抗力返回首頁,第1頁 共4頁,3、一些因素對鋼變形抗力的影響規(guī)律,B 顯微組織的影響 一般情況時，晶粒越細(xì)小，變形抗力越大；單相組織比多相組織的變形抗力要低；晶粒體積相同時，晶粒細(xì)長者較等軸晶粒結(jié)構(gòu)的變形抗力為大；晶粒尺寸不均勻時，又較均勻晶粒結(jié)構(gòu)時為大；金屬中的夾雜物對變形抗力也有影響，在一般情況下，夾雜物會使變形抗力升高；鋼中有第二相時，變形抗力也會相應(yīng)提高。,第2頁 共4頁,第七講金屬變形抗力返回首頁,3、一些因素對鋼變形抗力的影響規(guī)律,C變形溫度的影響 鋼的變形抗力和溫度的關(guān)系如下： 如

25、1200時 變形抗力為1.0 則1100時 變形抗力為2.7 1000時 變形抗力為4.0 800時 變形抗力為6.7 常溫時 變形抗力為20,第七講金屬變形抗力返回首頁,第3頁 共4頁,3、一些因素對鋼變形抗力的影響規(guī)律,D 變形速度對變形抗力的影響 熱變形時變形速度增加，變形抗力增加顯著；而冷變形時變形速度增加，變形抗力增加不大。 E 變形程度對變形抗力的影響 冷狀態(tài)時，隨變形程度的增加，變形抗力顯著提高。 在熱狀態(tài)下變形抗力與變形程度具有如下關(guān)系：變形程度在20%30%以下，隨變形程度的增加，變形抗力增加比較顯著，當(dāng)變形程度較高時，隨變形程度增加，變形抗力增加緩慢。 F 應(yīng)力狀態(tài)對變形抗

26、力的影響 同號應(yīng)力圖示比異號應(yīng)力圖示的變形抗力大。,第七講金屬變形抗力返回首頁,第4頁 共4頁,4、熱軋時真實變形抗力的確定,熱軋時的真實變形抗力根據(jù)變形時的溫度、平均變形速度和變形程度的值，由實驗方法得到的變形抗力曲線來確定。圖5-15為不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形抗力曲線。圖中的各條曲線是在不同變形溫度下，壓下率為30時的變形抗力隨平均變形速度變化的曲線。在知道某個軋制道次的平均變形速度和軋制溫度后，可由曲線找出=30時的變形抗力 ，對于其他的變形程度可按圖5-15中左上角的修正曲線，由實際變形程度找出修正系數(shù)C。這樣該道次的變形抗力為 式中 壓下率為30時的變形抗力； C與實際壓下率

27、有關(guān)的修正系數(shù)。,第七講金屬變形抗力返回首頁,第1頁 共2頁,4、熱軋時真實變形抗力的確定,圖5-15 不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形溫度、變形速度對變形抗力的影響（,=30%）,圖5-15 不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形溫度、變形速度對變形抗力的影響（,=30%）,圖5-15 不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形溫度、變形速度對變形抗力的影響（,=30%）,圖5-15 不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形溫度、變形速度對變形抗力的影響（,=30%）,圖5-15 不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形溫度、變形速度對變形抗力的影響=30%）,=30%,第七講金屬變形抗力返回首頁,第2頁 共2頁,5、冷軋

28、時的真實變形抗力的確定,冷軋時的真實變形抗力由各個鋼種的加工硬化曲線，根據(jù)該道次的平均總壓下率來確定。 冷軋時以退火帶坯為原料，要在一個軋程內(nèi)軋制幾道后才退火。一個軋程內(nèi)各道次的加工硬化被積累起來。而且每道次從變形區(qū)入口到出口的變形程度都是逐漸變化的，因而變形抗力也隨之變化。一般用以下方法來計算某一道次的平均變形抗力。先用下式計算該道次的平均總壓下率： 或 式中 平均總壓下率； 該道次軋前的總壓下率，即 該道次軋后的總壓下率，即 式中 H0退火后原始帶坯厚度； H、h該道次軋前、軋后的軋件厚度。,第七講金屬變形抗力返回首頁,6、降低變形抗力常用的工藝措施,（1）合理的選擇變形溫度和變形速度 （

29、2）選擇最有利的變形方式 （3）采用良好的潤滑 （4）減小工、模具與變形金屬的接觸面積（直接承受變形力的面積）,第七講金屬變形抗力返回首頁,第八講 金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性,1、 均勻變形和不均勻變形 2、基本應(yīng)力、附加應(yīng)力、工作應(yīng)力、殘余應(yīng)力 3、接觸面上外摩擦對變形及應(yīng)力不均勻分布的影響 4、變形區(qū)幾何因素的影響（H/d） 5、工具的影響,6、工件形狀的影響 7、變形體溫度分布不均勻的影響 8、金屬本身性質(zhì)不均勻的影響 9、變形物體外端的影響 10、變形物體內(nèi)殘余應(yīng)力的影響,返回首頁,1、 均勻變形和不均勻變形,物體不僅在高度方向上變形均勻，并且在寬度方向上（從而也是在長度方向上

30、）變形也均勻時，方能稱為均勻變形。 要想充分實現(xiàn)均勻變形，嚴(yán)格說來是不可能的?？梢?，在實際的金屬壓力加工時，變形不均勻分布是客觀存在的。,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,2、基本應(yīng)力、附加應(yīng)力、工作應(yīng)力、殘余應(yīng)力,（1）基本應(yīng)力 由外力作用所引起的應(yīng)力叫做基本應(yīng)力。 （2）附加應(yīng)力 由于物體內(nèi)各層的不均勻變形受到物體整體性的限制，而引起其間相互平衡的應(yīng)力叫做附加應(yīng)力。 （3）工作應(yīng)力 基本應(yīng)力與附加應(yīng)力的代數(shù)和即為工作應(yīng)力。 （4）殘余應(yīng)力 如果塑性變形結(jié)束后附加應(yīng)力仍殘留在變形物體中時，這種應(yīng)力即稱之為殘余應(yīng)力。,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,3、接觸面

31、上外摩擦對變形及應(yīng)力不均勻分布的影響,如圖6-2所示，若接觸面無摩擦力影響時（并認(rèn)為材料性能均勻）則發(fā)生均勻變形。由于接觸面上有摩擦力存在，可將變形金屬整個體積大致分為三個變形大小不等的區(qū)域，區(qū)稱為難亦形區(qū)，區(qū)是大變形區(qū)，區(qū)是變形程度居中的自由變形區(qū)。,圖6-2 鐓粗時摩擦力對變形及應(yīng)力分布的影響,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第1頁 共2頁,3、接觸面上外摩擦對變形及應(yīng)力不均勻分布的影響,由于I區(qū)的變形小，區(qū)的變形大，由金屬的整體性的影響可知在區(qū)金屬產(chǎn)生的是附加拉應(yīng)力，但由于接觸摩擦的影響，I區(qū)徑向所受壓縮應(yīng)力大于附加拉應(yīng)力，所以I區(qū)仍保持較強的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，沒有危險；

32、區(qū)金屬產(chǎn)生的也是附加拉應(yīng)力，原因是當(dāng)區(qū)金屬變形時要產(chǎn)生向外擴張，而外層的區(qū)金屬，則象一套筒把區(qū)金屬套住而限制了區(qū)金屬變形的向外擴張。由于區(qū)與區(qū)相互作用，在區(qū)之外側(cè)表面，便產(chǎn)生了較強的環(huán)向附加拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力大到一定程度后，將會導(dǎo)致金屬在環(huán)向產(chǎn)生縱向裂紋，如圖6-3所示。,圖6-3 環(huán)向附加拉應(yīng)力引起的縱裂紋,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第2頁 共2頁,4、變形區(qū)幾何因素的影響（H/d）,實驗表明：鐓粗圓柱體時；當(dāng)試樣原始高度與直徑比H/d2.0時，發(fā)生單鼓形不均勻變形。當(dāng)坯料高度較大并且變形程度很小時（H/d2.0），則往往只產(chǎn)生表面變形（變形不深透），而中間層的金屬不

33、產(chǎn)生塑性變形或者塑性變形很小，結(jié)果形成雙鼓形，如圖6-4所示。 軋制時的不均勻變形與鐓粗時的不均勻變形，在性質(zhì)上相類似。鐓粗時的各種不均勻現(xiàn)象，在軋制過程中都可以看到。實驗表明：軋制時變形分布的不均勻性與變形區(qū)長度l和變形區(qū)的平均高度 =（H+h）/2有關(guān)。并隨比值 /l的改變呈現(xiàn)不同狀態(tài)。,圖6-4 當(dāng)鐓粗高件時不同區(qū)域的變形分布情況,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,5、工具的影響,A 工具的輪廓形狀造成變形不均勻 例1：在鋼板軋制時，由于輥型凸度控制不當(dāng)，會產(chǎn)生舌形和魚尾形，其變形的情況如圖6-5所示。圖6-6 沿孔型寬度上延伸分布圖 例2：在橢圓孔型中軋制方坯時，見圖6

34、-6所示，由于工具的凹形輪廓形狀，使沿軋件寬度上的變形分布不均勻。此時中部的壓下系數(shù)比邊緣部分小，按照自然延伸，邊部的應(yīng)比中部的大。由于金屬的整體性和軋件外端的影響，結(jié)果使軋件各部分延伸趨向一致。因此，在中部將產(chǎn)生附加拉應(yīng)力，而邊部產(chǎn)生附加壓應(yīng)力。結(jié)果使應(yīng)力產(chǎn)生不均勻分布。,圖6-6 沿孔型寬度上延伸分布圖,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第1頁 共2頁,a b 圖6-5 不同凸度的軋輥對軋制變形的影響 a凸輥軋制；b凹輥軋制,5、工具的影響,B 變形的不同時性造成變形不均勻 例如菱形軋件進方孔時，垂直方向的對角線兩點首先受到壓縮，見圖6-7a所示；在槽鋼孔型中軋制時，往往是

35、腿部金屬先受到壓下，腰部金屬后受到壓下，見圖6-7b。正是由于軋件變形的不同時性，使得在每一變形瞬間的軋件變形不均勻，在軋件內(nèi)部產(chǎn)生自相平衡的附加應(yīng)力，造成應(yīng)力分布也不均勻。,圖6-7 變形的不同時性 a-菱形件在立方孔中，b-軋件在槽鋼孔型中,C 軋輥軸線安裝不平行造成沿軋件寬向上壓下量不均勻 這種情形，如遇軋制窄帶鋼，軋件將產(chǎn)生旁彎現(xiàn)象；如遇軋制寬帶鋼時，在延伸大的一邊將產(chǎn)生浪彎。,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第2頁 共2頁,6、工件形狀的影響,例如，把一塊矩形鉛板兩邊向里彎折，然后在平輥上軋制。根據(jù)彎折部分的寬度不同軋后會出現(xiàn)三種結(jié)果。第一種結(jié)果是中部出現(xiàn)破裂，原因

36、是彎折的邊緣部分較厚，且折迭部分較寬，邊緣部分給中間部分以較大的附加拉應(yīng)力，使這個區(qū)域的中間部分產(chǎn)生周期性破裂，如圖6-8所示。 第二種結(jié)果是折迭部分寬度逐漸變小，使得中間受的拉應(yīng)力減小，兩邊受的壓應(yīng)力增加，但拉應(yīng)力未引起金屬破裂，近似為等強度。 第三種結(jié)果是折迭部分寬度很小，使得中間受的拉應(yīng)力更小，兩邊受的壓應(yīng)力更大了，邊緣部分在附加壓應(yīng)力作用下，產(chǎn)生皺紋（浪形）。如圖6-9所示。,圖6-8 中部周期性破裂,圖6-9 邊部在附加壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生皺紋（浪形）示意圖,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,7、變形體溫度分布不均勻的影響,例1：利用鋼錠做原料軋制時，若均熱時間不足，造成

37、鋼錠中間部分溫度較低，則在該區(qū)產(chǎn)生拉伸的熱應(yīng)力；在軋制的開始階段，由于表面變形較大，中間變形較小，在中間區(qū)域也要形成附加拉應(yīng)力，這兩種拉應(yīng)力迭加在一起，容易超過金屬的斷裂強度而在鋼錠中心區(qū)產(chǎn)生裂紋。這對塑性較低的金屬與合金危險性更大。,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第1頁 共3頁,7、變形體溫度分布不均勻的影響,例2：在實際生產(chǎn)中，由于坯料在加熱時，坯料要放在爐筋管的兩條滑軌上，由于滑軌的管子是用循環(huán)水冷卻的。因此，必然會使坯料與爐筋管接觸處的加熱溫度較其它部位低，故坯料在軋制時，溫度低的部位其變形也就困難，即在高度方向的壓縮量，盡管在同一輥縫中軋制，將會使低溫處的真正壓縮

38、量較高溫處的小，結(jié)果會導(dǎo)致軋件沿軋制方向（長度方向）的變形不均勻。這也是在正常軋制條件下，使鋼板在縱向上產(chǎn)生同板差的重要因素之一。,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第2頁 共3頁,7、變形體溫度分布不均勻的影響,例3：在實際生產(chǎn)中還經(jīng)常見到由于加熱不足而造成鋼坯的上面溫度高，下面溫度低，在軋制中沿高向產(chǎn)生壓縮不均勻，致使鋼坯上部延伸大于下部延伸，造成坯料向下彎曲，甚至造成纏輥事故。如圖6-10所示。,圖6-10 由于上部金屬比下部金屬延伸大而造成的彎曲現(xiàn)象 1高溫的上部金屬；2低溫的下部金屬,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第3頁 共3頁,8、金屬本身性質(zhì)不

39、均勻的影響,當(dāng)金屬內(nèi)部化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)以及加工硬化狀態(tài)等分布不均勻時，都促使變形體內(nèi)應(yīng)力及變形分布不均勻，這是因為金屬各部分的組織結(jié)構(gòu)不均勻，必然會使各個部分的屈服極限值不相同，對于屈服極限值較小的部分容易變形，而對于屈服極限值較高的地方，則變形就比較困難，這種性能上的差異，產(chǎn)生不均勻變形將是不可避免的。,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,9、變形物體外端的影響,變形體的外端一種是封閉形外端(外區(qū))，一種是非封閉形的外端。例如軋制時的穩(wěn)定階段具有兩端(進口端與出口端)形式的外端；局部鍛造時具有兩個或一個外端等。在這里主要了解局部壓縮時外端對變形及應(yīng)力分布的影響。 由于外

40、端的強迫“拉齊”作用，使縱向變形不均勻性減小。橫向變形不均勻性增加。,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,10、變形物體內(nèi)殘余應(yīng)力的影響,如變形物體內(nèi)有100MPa殘余應(yīng)力，由外力作用產(chǎn)生的基本應(yīng)力為500MPa，而變形金屬屈服點為450MPa，則變形金屬右半部先達到屈服點而先變形；左半部未達到屈服點而未變形。因此，物體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力和變形的不均勻分布（見圖6-13）。,圖6-13 殘余應(yīng)力對應(yīng)力分布的影響,第八講金屬塑性變形時應(yīng)力和變形的不均勻性返回首頁,第九講 不均勻變形的后果及工件的斷裂,1、變形及應(yīng)力不均勻分布的后果 2、減輕應(yīng)力及變形不均勻分布的措施 3、不均勻變形造成的工

41、件斷裂,返回首頁,1、變形及應(yīng)力不均勻分布的后果,（1）使單位變形力增高 （2）使塑性降低 （3）使產(chǎn)品質(zhì)量降低 （4）工具磨損不均勻，操作技術(shù)復(fù)雜,第九講不均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,2、減輕應(yīng)力及變形不均勻分布的措施,（1）選擇合理的變形溫度 （2）選擇合適的變形速度 （3）選擇合理的壓下規(guī)程 （4）合理設(shè)計加工工具形狀 （5）盡可能保證變形金屬的成分及組織均勻 （6）盡量減小接觸表面上外摩擦的有害影響 （7）制定合理的操作規(guī)程,第九講不均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,3、不均勻變形造成的工件斷裂,（1）軋制時產(chǎn)生的內(nèi)部橫裂 軋制厚件（ 0.5， 為軋件平均厚度時，由于發(fā)生的是

42、表面變形，所以在小變形的斷面中心將產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力，結(jié)果產(chǎn)生如圖6-15所示的內(nèi)部橫裂。,圖6-15 軋制時產(chǎn)生的內(nèi)部橫裂,第九講不均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,第1頁 共6頁,3、不均勻變形造成的工件斷裂,（2）軋制時產(chǎn)生的角裂 在軋制時產(chǎn)生的角裂如圖6-18所示。原因是方坯的角部溫度低，變形抗力就大，導(dǎo)致角部的延伸變形比其它處小，造成角部有縱向附加拉應(yīng)力；另外，角部溫度降低產(chǎn)生的收縮變形因受其它部分的阻礙，會使該處產(chǎn)生縱向拉伸的熱應(yīng)力。拉應(yīng)力的作用造成角裂。,圖6-18 軋制時產(chǎn)生的角裂,第九講不均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,第2頁 共6頁,3、不均勻變形造成的工件斷裂,（3）軋

43、制時產(chǎn)生的劈頭 軋制高速鋼和Cr12型模具鋼時，常出現(xiàn)如圖6-19所示的劈頭(張嘴)。例如，某廠用125125mm2的高速鋼坯，在650軋機上軋成7575mm2的方坯時，開始幾道沒有出現(xiàn)劈頭，而在第四道(h/H= 39.5%)、第六道(h/H= 37%)和第七道h/H= 35%)則出現(xiàn)劈頭，并且多在扁形孔出現(xiàn)。當(dāng)壓縮不太厚的工件時，最容易變形的區(qū)質(zhì)點向外鼓脹（見圖6-2），而使區(qū)之外表受拉力Q作用，如圖6-20所示的鍛壓情況，在此拉力Q的作用下，使軋件先從端面分開?？梢妳^(qū)質(zhì)點越向外鼓脹越易劈頭。當(dāng)坯料中心區(qū)溫度較高時，會加劇區(qū)質(zhì)點向外鼓脹而促進劈頭出現(xiàn)。,圖6-19 軋制時產(chǎn)生的劈頭,第九講不

44、均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,第3頁 共6頁,3、不均勻變形造成的工件斷裂,（4）軋板時的邊裂和薄件的中部裂 當(dāng)板材塑性不好時，用凸輥軋板時會出現(xiàn)邊裂(圖6-21)；用凹輥軋板時會產(chǎn)生中部裂口(圖6-8)。如果板材的塑性很好，則用凸輥軋薄板時，中部會因產(chǎn)生附加壓應(yīng)力而成皺褶；而用凹輥軋薄板時，邊部就會產(chǎn)生皺褶(圖6-9)。,圖6-21 軋板時的邊裂,第九講不均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,第4頁 共6頁,3、不均勻變形造成的工件斷裂,（5）擠壓和拉拔時工件產(chǎn)生的斷裂 擠壓時，在擠壓件的表面常出現(xiàn)如圖6-23 (a)所示的斷裂，嚴(yán)重時會出現(xiàn)竹節(jié)狀裂口。產(chǎn)生這種裂口與擠壓時金屬流動特點有

45、關(guān)。擠壓時，由于擠壓缸和?？椎哪Σ亮Φ淖铚饔茫箶D壓件表面層通過?？讜r較內(nèi)層流動的慢，由于金屬是一個整體又受外端作用，使金屬各層的延伸“拉齊”，于是在擠壓件的外層就產(chǎn)生了縱向附加拉應(yīng)力。一般這個附加拉應(yīng)力向變形區(qū)的出口逐漸增大，如果在a-a截面表層上，由于有較大的附加拉應(yīng)力作用而使其工作應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力，并且達到了實際的斷裂強度時，則在表面上就會發(fā)生向內(nèi)擴展的裂紋，其形狀與金屬通過的速度有關(guān)。裂紋的發(fā)生消除了在裂紋范圍以內(nèi)的附加拉應(yīng)力，所以，只有當(dāng)?shù)谝粭l裂紋的末端K通過a-a線以后才停止繼續(xù)擴展，并開始有附加拉應(yīng)力積累再產(chǎn)生第二條裂紋的情形，如圖6-23 (b)所示，這樣，就在擠壓件上產(chǎn)生了一

46、系列周期性的斷裂。,圖6-23 擠壓時的斷裂 (a)擠壓時的斷裂；(b)擠壓時通過變形區(qū)裂紋的形成(o-裂紋起點，K-裂紋終點),第九講不均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,第5頁 共6頁,3、不均勻變形造成的工件斷裂,拉拔棒材時，常發(fā)現(xiàn)如圖所示的內(nèi)部橫裂。這種裂紋與拉拔棒材時產(chǎn)生的表面變形有關(guān)。如圖6-24(b)所示，當(dāng)l/d0較小時，模壁對棒材的壓縮變形深入不到軸心層，而產(chǎn)生表面變形，結(jié)果導(dǎo)致軸心層產(chǎn)生附加拉應(yīng)力。此附加拉應(yīng)力與拉拔時的縱向基本拉應(yīng)力合起來，就使軸心層的縱向拉拔工作應(yīng)力更大。在此拉應(yīng)力的作用下，便會產(chǎn)生如圖6-24(a)所示的內(nèi)部橫裂。,圖6-24 拉拔時的斷裂 (a)拉拔時的內(nèi)裂；(b)拉拔過程,第九講不均勻變形的后果及工件的斷裂返回首頁,第6頁 共6頁,第 十 講 軋制的基本問題,1、簡單軋制的概念 2、非簡單軋制 3、變形區(qū)主要參數(shù) 4、軋制變形的表示方法 5、軋制速度及其計算 6、到實驗室由實驗條件計算軋制速度,返回首頁,1、簡單軋制的概念,滿足下列條件的軋制過程稱為簡單軋制。 （1）對軋輥的要求 兩個軋輥都為電機直接傳動的平輥，其兩軋輥的直徑與轉(zhuǎn)速均相同，轉(zhuǎn)向相反，材質(zhì)與表面狀況亦相同，軋輥彈性變形量可略去不計。 （2）對軋件的要求 軋制前與軋制后軋件的斷面為矩形或方形，軋件內(nèi)部各部分結(jié)