1.1 變形
變形是指金屬受力(外力、內(nèi)力)時(shí),在保持自己完整性的條件下,組成本身的細(xì)小微粒的相對(duì)位移的總和。
1.1.1 變形的種類
a.彈性變形
金屬受外力作用發(fā)生了變形,當(dāng)外力去掉后,恢復(fù)原來形狀和尺寸的能力,這種變形稱為彈性變形。
彈性的好壞是通過彈性極限、比例極限來衡量的。
b.塑性變形
金屬在外力作用下,產(chǎn)生永久變形(指去掉外力后不能恢復(fù)原狀的變形),但金屬本身的完整性又不會(huì)被破壞的變形,稱為塑性變形。
塑性的好壞通過伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、屈服極限來表示。
1.1.2 塑性的評(píng)定方法
為了評(píng)定金屬塑性的好壞,常用一種數(shù)值上的指標(biāo),稱為塑性指標(biāo)。塑性指標(biāo)是以鋼材試樣開始破壞瞬間的塑性變形量來表示,生產(chǎn)實(shí)際中,通常用以下幾種方法:
(1)拉伸試驗(yàn)
拉伸試驗(yàn)用伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ來表示。表示鋼材試樣在單向拉伸時(shí)的塑性變形能力,是金屬材料標(biāo)準(zhǔn)中常用的塑性指標(biāo)。δ和ψ的數(shù)值由以下公式確定:
?。ü?6-1)
?。ü?6-2)
式中: L0、Lk——拉伸試樣原始標(biāo)距、破壞后標(biāo)距的長(zhǎng)度。
F0、Fk——拉伸試樣原始、破斷處的截面積。
(2)鐓粗試驗(yàn) 又稱壓扁試驗(yàn)
它是將試樣制成高度Ho為試樣原始直徑Do的1.5倍的圓柱形,然后在壓力機(jī)上進(jìn)行壓扁,直到試樣表面出現(xiàn)第1條肉眼可觀察到的裂紋為止,這時(shí)的壓縮程度εc為塑性指標(biāo)。其數(shù)值按下式可計(jì)算出:
?。ü?6-3)
式中 Ho——圓柱形試樣的原始高度。Hk——試樣在壓扁中,在側(cè)表面出現(xiàn)第1條肉眼可見裂紋時(shí)的試樣高度。
(3)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)
扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是以試樣在扭斷機(jī)上扭斷時(shí)的扭轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)圈數(shù)來表示的。生產(chǎn)中最常用的是拉伸試驗(yàn)和鐓粗試驗(yàn)。不管哪種試驗(yàn)方法,都是相對(duì)于某種特定的受力狀態(tài)和變形條件的。由此所得出的塑性指標(biāo),只是相對(duì)比較而言,僅說明某種金屬在什么樣的變形條件下塑性的好壞。
1.1.3 影響金屬塑性及變形抗力的主要因素
金屬的塑性及變形抗力的概念:金屬的塑性可理解為在外力作用下,金屬能穩(wěn)定地改變自己的形狀而質(zhì)點(diǎn)間的聯(lián)系又不被破壞的能力。并將金屬在變形時(shí)反作用于施加外力的工模具的力稱為變形抗力。
影響金屬塑性及變形抗力的主要因素包括以下幾個(gè)方面:
a.金屬組織及化學(xué)成分對(duì)塑性及變形抗力的影響金屬組織決定于組成金屬的化學(xué)成分,其主要元素的晶格類別,雜質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量及分布情況。組成元素越少,塑性越好。例如純鐵具有很高的塑性。碳在鐵中呈固熔體也具有很好的塑性,而呈化合物,則塑性就降低。如化合物Fe3C實(shí)際上是很脆的。一般在鋼中其他元素成分的增加也會(huì)降低鋼的塑性。
鋼中隨含碳量的增加,則鋼的抗力指標(biāo)(бb、бp、бs等)均增高,而塑性指標(biāo)(ε、ψ等)均降低。在冷變形時(shí),鋼中含碳量每增加0.1%,其強(qiáng)度極限бs大約增加6~8 kg/mm2。
硫在鋼中以硫化鐵、硫化錳存在。硫化鐵具有脆性,硫化錳在壓力加工過程中變成絲狀得到拉長(zhǎng),因而使在與纖維垂直的橫向上的機(jī)械指數(shù)降低。所以硫在鋼中是有害的雜質(zhì),含量愈少愈好。
磷在鋼中使變形抗力提高,塑性降低。含磷高于0.1%~0.2%的鋼具有冷脆性。一般鋼的含磷量控制在百分之零點(diǎn)零幾。
其他如低熔點(diǎn)雜質(zhì)在金屬基體的分布狀態(tài)對(duì)塑性有很大影響。
總之,鋼中的化學(xué)成分愈復(fù)雜,含量愈多,則對(duì)鋼的抗力及塑性的影響也就愈大。這正說明某些高合金鋼難于進(jìn)行冷鐓(壓)加工的原因。
b.變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響
變形速度是單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位移體積:
(公式36-4)
不應(yīng)將變形速度與變形工具的運(yùn)動(dòng)速度混為一談,也應(yīng)將變形速度與變形體中質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)速度在概念上區(qū)別開來。
一般說來,隨著變形速度增加,變形抗力增加,塑性降低。冷變形時(shí),變形速度的影響不如熱變形時(shí)顯著,這是由于無(wú)硬化消除的過程。但當(dāng)變形速度特別大時(shí),塑性變形產(chǎn)生的熱(即熱效應(yīng))不得失散本身溫度升高會(huì)提高塑性、減少變形抗力。
c.應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性及變形抗力的影響
在外力作用下,金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力,其單位面積之強(qiáng)度稱之為應(yīng)力。受力金屬處于應(yīng)力狀態(tài)下。
從變形體內(nèi)分離出一個(gè)微小基元正方體,在所取的正方體上,作用有未知大小但已知方向的應(yīng)力,把這種表示點(diǎn)上主應(yīng)力個(gè)數(shù)及其符號(hào)的簡(jiǎn)圖叫主應(yīng)力圖。