第三章 金属切削变形过程题解

第三章金属切削变形过程

3．1 必备知识和考试要点

3，1。1 研究金属切削变形过程的意义和方法

1．明确研究金属切削变形过程的意义。

2．了解金属切削变形过程的实验方法。

3．1．2 金属切削层的变形

1．熟悉金属切削过程中变形区的划分。

2．熟悉各变形区内所发生的变形。

3．掌握相对滑移、变形系数、剪切角的概念。

4．掌握相对滑移与变形系数的关系式。

3．1．3 前刀面的挤压与摩擦及其对切屑变形的影响

1．了解切削过程中作用在切屑上的力。

2．明确剪切角φ与前刀面摩擦系数μ的关系。

3．理解内摩擦的概念。

4．熟悉影响前刀面摩擦的主要因素。

3．1．4 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响

1．掌握积屑瘤的形成条件。

2．掌握积屑瘤对切削过程影响的要点。

3．掌握积屑瘤的生长高度与切削速度的关系。

4．掌握抑制积屑瘤的方法。

3．1，5 影响切屑变形的变化规律

1．掌握工件材料、刀具几何角度对切屑变形影响的要点。

2，掌握切削速度对剪切角影响的要点。

3．掌握切削用量三要素切眉变形影响的要点。

4．正确分析切削速度对变形系数影响的规律。

3．1．6 其他

1．了解切屑形状的分类方法及产生的条件。

2．了解切屑卷曲和断屑的机理。

3．2 典型范例和答题技巧

[例3．1] 画图表示切削塑性工件材料时，金属变形区是如何划分的?各变形区中的变形情况如何?

[分析]1．变形区的划分。根据教科书中的“金属切削过程中的滑移线和流线示

意图”大致画出三个区域。

2．变形区的变形。由于第一变形区区域宽度很窄，故可看成一个面，被称之为剪切滑移面。显然第一变形区的变形，也就是在切削过程中，金属通过剪切滑移面时发生的剪切滑移变形。这一变形决定了切削的进行，使被切削工件的切削层转变成切屑。第二变形区发生在切屑底层，相对于前刀面的位置。通过第一变形区变形后的金属在转变成切屑沿前刀面流出前发生的进一步变形。此时发生的变形是前刀面作用于切屑的摩擦、挤压变形。第三变形区内的变形是受到刀刃的钝圆部分及后刀面的挤压、摩擦变形。在切削层经第一变形区剪切滑移变形后，若是理想切削刃(rε=0)的切削层，则全部转变成切屑。而实际当中rε≠0，即刀尖钝圆的存在，使部分剪切滑移变形后的金属要挤过刀尖钝圆处，而形成已加工表面。同时，没有发生剪切滑移变形的弹性变形金属在经过钝圆处后，恢复其弹性变形，使部分金属靠紧刀尖处的刀具后刀面。当切削进行时，该表层部分金属与后刀面发生摩擦、挤压变形。

[答案] 变形区的划分例图3．1所示。

第一变形区的变形为发生在剪切滑移面内的剪切滑移变形；

第二变形区的变形为发生在切屑底层的挤压、摩擦变形；

第三变形区的变形为发生在靠近切削刃钝圆及后刀面处的挤压、摩擦变形。

[例3，2] 剪切角的概念是什么?通过李和谢弗公式可以定性说明哪些问题?

[分析]剪切面的位置是表现切削变形程度的，剪切面的位置与很多因素有关，剪切面与切削速度方向的夹角叫剪切角。李和谢弗根据直线滑移线场理论推导出的近似剪切角公式φ= π/4－β/2 + γo/2。通过该公式可定性分析刀具前角γo。摩擦角β与剪切角φ的关系。

[答案] 剪切角——一般情况下第一变形区的宽度仅约0．02～0．2mm，所以可用一剪切面来表示。剪切面和切削速度的夹角叫做剪切角，用φ来表示。

李和谢弗公式：

由该公式可知：

(1)当前角γ0增大时，剪切角φ随之增大，变形减小。可见在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角对改善切削过程是有利的。

(2)当摩擦角β增大时，剪切角φ随之减小，变形增大。所以提高刀具的刃磨质量，施加切削液减小前刀面上的摩擦对切削是有利的。

[例3．3] 有哪些指标可用来衡量切削层的变形程度?它们能否真实反映出切削过

程的全部变形实质?它们之间有什么样的关系?

[答案] 衡量切削变形的程度可以分别用变形系数?、相对滑移ε和剪切角φ三个

指标来衡量。

变形系数?——切屑厚度αch与切削层厚度αc之比，或切削层长度l c。与切屑长度l dl

之比，大，变形就愈大。

相对滑移ε——单位长度上的相对滑移量，

剪切角φ——剪切面与切削速度方向之间的夹角。φ角增大，变形减小。

剪切角φ、相对滑移ε和变形系数?是通常用以表示切屑变形程度的三种方法。它们是根据纯剪切的观点提出的。但切削过程是复杂的，它既有剪切，又有前刀面对切屑的挤压和摩擦作用(第二变形区)，用这些简单的方式不能反映变形的实质。例如?=1时，αch=αc，似乎表示切屑没有变形，但实际上有相对滑移存在。

相对滑移与剪切角的关系

变形系数与剪切角的关系

或

变形系数与相对滑移的关系

ε

[例3．4] 什么是相对滑移和变形系数?它们与剪切角有什么关系?

[分析]该题必须严格按定义回答，为了更清楚地表达题意，需要附图说明。

[答案] 1．相对滑移ε也称剪应变。相对滑移是单位长度上沿剪切面滑移的距离。

相对滑移ε与剪切角的关系如例图3．2所示。

由图可见，剪切面NH滑移到PG的位置，即

2．变形系数。变形系数的概念是基于这样的事实：在切削过程中，刀具切下的切屑厚度αch，通常都要大于工件上切削层的厚度αc(新国标为h D。)，而切屑长度l ch却小于切削层长度l c，如例图3．3所示。切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数?a(新国标称此为“切屑厚度压缩比”，A ha)；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系数?L，即

由于工件上切削层的宽度与切屑平均宽度的差异很小，切削前和切削后的体积可以看作不变，故?a=?L=?变形系数与剪切角的关系

或

[例3．5] 什么是积屑瘤?什么是积屑瘤形成的条件?如何抑制积屑瘤?

[分析]积屑瘤是切削过程中产生的一种物理现象，但是要有一定的条件才能生成。可以通过分析其生成的条件来提出控制积屑瘤的措施。注意准确回答积屑瘤的概念。

[答案] 在切削速度不高而又能形成连续带状切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，刀具前角很小或为负值时，工件、切屑的一部分金属冷焊在刀具的刀尖和前刀面上代替刀具进行切削的硬块称积屑瘤。

积屑瘤的形成与切削速度、工件材料及产生粘结现象的条件有关，所以控制积屑瘤的生长可以采用如下措施：

(1)降低切削速度，使切削温度降低，粘结现象不易发生。

(2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤存在的相应温度。

(3)采用润滑性能好的切削液，可减少摩擦，控制粘结。

(4)增加刀具前角，以减小刀屑接触区的压力。

(5)提高工件材料硬度，可减少加工硬化倾向。

[例3．6] 为什么有时利用积屑瘤，而有时又必须控制积屑瘤?

[答案] 积屑瘤对切削过程有积极的影响，也有消极的影响。

1．实际前角增大。积屑瘤粘附在前刀面上比较

典型的情况如例图3．4所示。它加大了刀具的实际

前角，可使切削力减小，对切削过程起到积极的作

用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。

2．增大切削厚度。如例图3．4所示，积屑瘤使切削厚度增加了?ac.由于积屑瘤的产生、成长与脱落是一个周期性的动态过程(例如每秒钟几十至几百次)，?ac值是变化的，因而有可能引起振动。

3．加工表面粗糙度增大。积屑瘤的底部相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排除，一部分留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。

4．对刀具耐用度的影响。积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高刀具耐用度的作用。但在积屑瘤较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而加大了刀具的磨损。

[例3．7] 切屑形成时为什么在长度方向上会产生收缩现象和卷曲现象?

[答案] 当切削层通过剪切面转变成切屑的瞬间，垂直于剪切面流出的切屑，始终受到法向力的压缩作用以及前刀面的摩擦作用，因而使切屑的长度缩短、厚度膨胀。

当切屑沿前刀面流出时，从力学观点来看，前刀面对切削层金属所作用的压力对切屑产生—个弯曲力矩，从而使切屑产生卷曲。近期研究指出，前刀面上的切削合力与剪切面上的抵抗合力并不共线，从而使切屑产生卷曲。

[例3．8] 影响切屑卷曲、折断的因素有哪些?

[答案] 在切削过程中金属材料会变形，如变形超过了材料的断裂应变，则切屑将自行折断。影响切屑卷曲折断的因素是：

(1)被切削材料的屈服极限数值愈小，则弹性恢复少，愈容易折断。(2)被切削材料的弹性模量数值愈大时，愈容易折断。(3)被切削材料塑性愈低，愈容易折断。(4)切削厚度愈大，则应变增大，容易断屑，而薄切屑则难断。(5)背吃刀量增加，则断屑困难增大。(6)切削速度提高时，断屑效果降低。(7)刀具前角愈小，切屑变形愈大，容易折断。

[例3．9] 对于加工塑性材料影响切屑变形的因素有哪些?如何影响?

[分析]在切削原理中，研究切削过程的现象的目的是要控制这些现象，提高工件表面加工质量、提高加工效率、提高刀具的耐用度，以降低工件的加工成本。哪些是影响切削力、切削温度、表面质量的因素，应着眼于切削过程的相关因素，如刀具材料及几何参数、工件材料的性能及可加工性、切削用量等。

切屑变形是产生切削力及切削温度的主要原因，所以影响切削变形的因素也应着眼于切削区内相关因素的分析。

[答案] 对于加工塑性材料，影响切屑变形的因素有：

(1)工件材料。工件材料强度愈高，切屑变形愈小。这是因为工件材料强度愈高，摩

擦系数愈小。由公式知，μ减小时(β减小，

μ=tanβ)，剪切角φ将增大，变形系数?(A h)将减小。实验结果也证明了这一点。

(2)刀具前角。刀具前角愈大，切屑变形愈小。

前角影响切屑流向，也影响切削合力F r的方向，也就是影响F r与切削速度v的夹角，即?=β—γ0.当前角增大时，作用角?减小。由公式φ=π/4－β+γ0可知，前角γ0增大，剪切角φ增大；剪切角φ增大，变形系数?(A h)减小，所以切屑变形减小。

(简答：γ0↑一φ↑一?(A h)↓一变形↓)

(3)切削速度。切削速度对切屑变形的影响如例图3．5(可只用一条曲线)所示。

在有积屑瘤的切削速度范围内，切削速度的影响主要是通过积屑瘤所形成的实际前角来影响切屑变形。在积屑瘤增长阶段中，积屑瘤随v的增加而增大，积屑瘤愈大，其实际前角愈大，因而v增加时?减小。在积屑瘤消退阶段中，积屑瘤随v的增加而减小，积屑瘤愈小，实际前角也愈小，变形随之增大，所以v愈大，则?愈大。积屑瘤消失时?达最高值。积屑瘤最大时?达最小值。

在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度愈大，则变形系数愈小。这有两方面的原因：一方面是因为塑性变形的传播速度较弹性变形的慢。即当切削速度低时，金属初始剪切面为OA，但当切削速度增高时，金属流动速度大于塑性变形速度，亦即在OA线尚未显著变形就已流到OA’线上，使第一变形区后移，剪切角4增大(见例图3．6)。另一方面是，因为v对摩擦系数μ有影响，除低速情况外，v愈大，则摩擦系数愈小，因此变形系数减小。

(4)切削厚度及进给量。切削厚度增加时，正应力增加，由公式μ =τs/σav可知，正应力σav 增加，前刀面上的摩擦系数减小，使β与?减小，因而φ增大，变形系数?减小。例图3．5表示切削速度v及进给量f对变形系数?的影响。可见在无积屑瘤情况下，f愈大(f=αc／sin／κr，)，则?愈小。

高教版(多学时)机械基础》第三章习题()

《机械基础》第三章习题 （多学时） 一、填空题 1、杆件的基本变形有：；；；。 2、内力：。分析杆件内力的唯一方法是，其内容可概括为、、、。 3、低碳钢拉伸时试件单位长度的变形ε，称为，公式为： 。在拉伸过程中应力值σp称为材料的；σe称为材料的；σs称为材料的；σb称为材料的。 4、应力分为两种，一种是垂直于截面的应力，称为；另一种是相切于截面的应力，称为。 5、杆件拉压变形，轴力为拉力时，应力为；轴力为压力时，应力为。通常以正号表示；负号表示。 6、胡克定律的两个表达式是、。 7、低碳钢拉伸变形的四个阶段是阶段、阶段、 阶段、阶段。 8、杆件拉压时的内力称为；剪切时的内力称为；圆轴扭转时的内力称为；直梁弯曲时内力称为。 9、杆件拉压时，单位面积上的内力称为，表达式为。 剪切时单位面积上的剪力称为，表达式为；挤压面上单位面积所受的挤压力称为，表达式为。在圆柱形构件上，用代替挤压面。即A J= 。 10、在工程中，以扭转变形为主要变形的杆件称为。 11、圆轴扭转时，力偶距、功率、转速的关系式为。 12、圆轴扭转时，在横截面上无应力，而只有垂直于半径的 应力。它的分布规律是：圆轴横截面上任一点的应力与改点所在

圆周半径成，方向与过改点的半径，且上应力最大。切应力的计算公式为。 13、提高抗扭能力的方法是、。 14、以弯曲变形为主要变形的杆件称为。它的基本形式有、 、。梁上各横截面的为零，为常数时的弯曲变形，称为。通常将只发生弯曲变形或以弯曲变形为主的杆件称为。弯曲应力的表达式为。提高抗弯能力的方法是、、、 。 15、常用的塑性指标是拉断后的和。表达式分别为、。 16、在制造零件的过程中，对零件施加载荷使其产生塑性变形，则材料的比例极限和屈服极限有所提高，但塑性下降的现象称为。 17、拉伸与压缩时的强度条件为，运用强度条件，可解决、、等三种类型问题。 18、材料丧失正常工作能力时的应力，称为极限应力。塑性材料的极限应力是其的应力；脆性材料的极限应力是其的应力。 二、选择题 1、安全系数反映了强度储备的情况，塑性材料一般取安全系数S 为；脆性材料一般取安全系数S为。 A、2——3.5 B、0.2——0.35 C、1.2——1.5 D、12——15 2、下面不属于剪切破坏的是。 A、铆钉连接 B、键连接 C、钢板用对接焊缝连接 D、销连接 3、下列实例中属于扭转变形的是。 A、起重吊钩 B、钻孔的钻头 C、火车车轴 D、钻孔的零件

第五章 金属及合金的塑性变形 复习题

第五章《金属及合金的塑性变形》复习题 一、名词解释： 1.滑移、临界分切应力、取向因子、滑移系统、多滑移和交滑移、孪生、软取 向和硬取向、几何软化和几何硬化、弗兰克-瑞德位错源、细晶强化、霍尔佩奇（Hall-Petch）经验公式、加工硬化、纤维组织、形变织构。 二、填空题： 1．一个与其上的一个组成一个。 2．加工硬化现象是指，。3．加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是，。 4．金属塑性变形是的结果，滑移是的结果。所以，金属塑性变形的实质是。一切阻碍位错运动的因素都能提高金属的。5．金属塑性变形的基本方式是和。 6．单晶体拉伸时，滑移面和滑移方向逐渐趋于平行于方向；压缩时，滑移面逐渐趋于与压力轴线方向。 7．多晶体的塑性变形过程比单晶体更为复杂，其两个主要因素是和。 三、判断题： 1．金属结晶后，晶粒越粗大，其力学性能越好。（） 2．在体心立方晶格中，滑移面为｛110｝×6，而滑移方向为〈111〉×2，所以滑移系为12。（） 3．滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（） 4．因为BCC晶格与FCC晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变

形能力完全相同。（） 5．孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。（） 四、选择题： 1．多晶体金属的晶粒越细小，则其:（） a．强度越高、塑性越好；b．强度越低、塑性越差； c．强度越高、但塑性变差；d．强度越低、但塑性较好。 2．能使单晶体产生塑性变形的应力为：（） a．正应力；b．切应力；c．复合应力。 3．面心立方晶格的晶体在受力时的滑移方向：（） a．〈111〉；b．〈110〉；c．〈100〉。 4．体心立方与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，但其塑性变形能力是不同的，其原因是面心立方晶格的滑移方向较体心立方晶格的滑移方向：（）a．少；b．多；c．相等。 5．加工硬化使：（） a．强度增大，塑性降低；b．强度增大，塑性增大； c．强度减小，塑性增大；d．强度减小，塑性降低。 五、问答题： 1．晶粒大小对金属力学性能有何影响？常用的细化晶粒的方法有哪些？ 回答要点：晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性就越好。 细化晶粒的方法：1）增加过冷度；2）变质处理；3）附加振动。 2．晶格结构分别为密排六方、体心立方、面心立方的Zn、α-Fe、Cu的塑性在通常情况下不同，说明谁好谁差并解释产生的主要原因。 回答要点：Zn为密排六方晶格，α-Fe为体心立方晶格，Cu 为面心立方晶格，所以Zn的塑性最差，α-Fe其次，Cu的塑性最好。因为密排六方晶格的滑移系最少，而体心立方晶格与面心立方晶格虽然滑移系相同，但前者的滑移方

杆件的基本变形

第3章杆件的基本变形 一、填空题 1．杆件变形可简化为、、和四种。2．求杆件内力的方法——截面法可概述为、、和四步。3．吊车起吊重物时，钢丝绳的变形是；汽车行驶时，传动轴的变形是； 教室中大梁的变形是；建筑物的立柱受变形。 4．杆件受拉、压时的应力，在截面上是分布的。 5．低碳钢拉伸变形过程可分为、、和四个过程。6．材料的极限应力除以一个大于1的系数n作为材料的，它是构件安全工作时允许承受的，用符号表示，系数n称为。 7．机床拖动电机的功率不变，当机床转速越高时，产生的转矩。 8．梁弯曲变形时的内力包括和。 9．根据梁的受力条件不同，梁可分为、、三种形式。10．空心圆截面外径、内径分别为D和d，则其抗扭截面系数W t= 。 二、判断题 1．轴力是因外力而产生的，故轴力就是外力。（）2．当杆件受拉伸时，绝对变形△L为负值。（）3．安全系数取值应越大越好。（）4．拉压杆的危险截面，一定是横截面最小的截面。（）5．空心圆轴圆心处剪应力为零。（）6．合理安排加载方式，可显著减小梁内最大弯矩。（）7．通常塑性材料的安全系数比脆性材料取得略高一些。（）8．受剪切螺纹的直径增大一倍，当其它条件不变时，切应力将减少。（）9．构件剪切和挤压总是同时产生的。（）10．挤压面的计算面积一定是实际挤压面的面积。（）三、选择题 1．A、B两杆的材料、长度及截面积均相同，杆A所受轴力是杆B所受轴力的两倍，则△L A：△L B = 。

A. 2 B. 1/2 C. 1 D. 0 2．当扭矩不变时，若实心轴的直径增加一倍，则轴上的扭转应力降低倍。 A. 2 B. 4 C. 8 D. 16 3. 上部受压，下部受拉的铸铁梁，选择截面形状的梁比较合理。 A. 矩形 B. 圆形 C. T形 D. ⊥形 4. 构件许用应力[σ]是保证构件安全工作的。 A. 最高工作应力 B. 最低工作应力 C. 平均工作应力 D. 最低破坏应力 5. 铸铁等脆性材料不宜作零件。 A.受压 B.受拉 C. 受拉压均可 D. 受拉压均不可 四、计算题 1．变截面直杆如图所示。已知A1＝8cm2，A2＝4cm2，E＝200GPa 。求直杆的总伸长量。 2．在厚度为δ=5mm的钢板上欲冲出一个图示形状的孔，已知钢板的剪切强度极限为此 b=320MPa。现有一冲剪力为10吨的冲床，问能否完成冲孔工作？

第五章 金属合金的塑性变形 -

第五章金属及合金的塑性变形与断裂一名词解释 固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构 固溶强化：固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高，应力－应变曲线升高，塑性下降的现象； 应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况； 孪生：金属塑性变形的重要方式。晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。形成孪晶的过程称为孪生； 临界分切应力：金属晶体在变形中受到外力使某个滑移系启动发生滑移的最小

分切应力； 变形织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构。 二填空题 1．从刃型位错的结构模型分析，滑移的 移面为{111}，滑移系方向为<110>，构成12 个滑移系。P166. 3. 加工硬化现象是指随变形度的增 大，金属强度和硬度显著 提高而塑性和韧性显著下降的现象 ，加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的

根本原因是位错密度提高，变形抗 力增大。 4．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界、晶格位向差。 5．金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，冷变形后金属的 强度增大，塑性降低。6．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好，而高温下使用的金属材 料以粗一些晶粒为好。对于在高温下工作的金属材料，晶粒应粗一些。因为在高温下原子沿晶界 的扩散比晶内快，晶界对变形的阻 力大为减弱而致 7．内应力可分为宏观内应力、微观内应力、点阵畸变三种。 三判断题 1．晶体滑移所需的临界分切应力实测值比理论值小得多。（√） 2 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑

第四章 塑性变形(含答案)

第四章塑性变形（含答案） 一、填空题（在空白处填上正确的内容） 1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。 答案：滑移面、滑移方向、好（强） 2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。 答案：熔点、低 3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。答案：滑移 4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。 答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异） 5、生产中消除加工硬化的方法是________。 答案：再结晶退火 6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。答案：晶粒长大 7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。 答案：第三类（超微观） 8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。 答案：再结晶退火 9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。 答案：加工硬化 10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。答案： 269℃ 11、常温下，金属单晶体塑性变形方式有________和________两种。 答案：滑移、孪生 12、金属产生加工硬化后会使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。答案：提高、提高、降低、降低 13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。答案：平行（于）、垂直（于） 14、金属单晶体塑性变形有________和________两种不同形式。 答案：滑移、孪生 15、经过塑性变形的金属，在随后的加热过程中，其组织、性能和内应力将发生一系列变化。大致可将这些变化分为________、________和________。 答案：回复、再结晶、晶粒长大 16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。 答案：再结晶温度

机械基础杆件的基本变形单元检测题

《机械基础》第三章杆件的基本变形单元检测题 一. 填空题 1.在工程实际中，我们把长度远大于 的构件叫 。 2分析杆件内力的方法是 。截面法可概述为四个字是 、 、 、 。 3.低碳钢整个拉伸实验可分为四个阶段分别是 、 、 、 。 4．低碳钢拉伸的屈服阶段在试件光滑表面上可以看到与轴线成 。 5．当相互挤压力很大时，作用面间可能发生 或 。 6．圆轴横截面上的切应力与该点的圆周半径成 ，方向与该点半径 ，切应力最大处发生在 。 7．梁弯曲时截面上产生的内力是一个 和一个 。 8．工程上把材料丧失正常工作的的的应力，称为 或 对脆性材料用 表示，对塑性材料用 表示。 9．单位面积上的 称为正应力，单位长度的 称为 线应变。 10.在强度条件相同的情况下，空心轴比实心轴 。 11.应力几乎不增加而变形急剧增加的现象称为 或 。 二，选择题： 1. 缩径现象发生在（ ） A.弹性阶段 B.屈服阶段 C.强化阶段 D.局部变形阶段 2.安全系数是（ ） A.等于1 B.大于1 C.小于1 D.不能确定 3.正应力的单位是（ ） A.牛顿 B.帕 C.没单位 4.如图AB 杆两端受力P 的作用，则杆内截面上的内力为（ ） A.P B.P/2 C.2P 5.按照强度条件，构件危险截面上的最大工作应力不应超过其材料的（ ） A.许用应力 B.极限应力 C.破坏应力 6. 在校核材料的箭切和挤压强度时，当其中有一个超过许用值时，强度就（ ） A.不够 B.足够 C.无法判断 7.在纯弯曲时，梁梁的横截面上的正应力（ ） P P A B

A.都相等. B.中性层上的正应力最大 C.距中性层的正应力最大 8.构件许用应力是保证构件安全工作的（） A.最高工作应力 B.最低工作应力 C.平均工作应力 9.直径相同的实心轴和空心轴相比（） A．实心轴抗扭强度高 B. 空心轴抗扭强度高 C. 两者一样 10.相同截面积的实心轴和空心轴相比（） A．实心轴强度高 B. 空心轴强度高 C. 两者一样 三．计算： 1.图示支架，杆AB是圆钢，直径为d=20mm，杆BC为正方形横截面的型钢，边长为a=15mm。在绞接点 ，若不计自重，试求杆AB和BC横截面上的正应力。 P 2.试校核图示连接销钉的箭切强度.已知F=100KN,销钉直径为d=30mm,材料的许用应力为60MPa.若强度不够,应改用多大直径的销钉? F d

05 金属材料热处理 第五章 金属及合金的塑性变形 教案

第五章 金属及合金的塑性变形 一、教学目的 1 阐明金属塑性变形的主要特点及本质； 2 指出塑性变形对金属组织和性能的影响； 3 揭示加工硬化的本质与意义。 二、 教学内容 （1）拉伸曲线及其所反映的常规机械性能指标； （2）塑性变形的宏观变形规律与微观机制； （3）加工硬化的本质及实际意义； （4）塑性变形对金属与合金组织、性能的影响： （5）金属材料的强化机制。 三、 重点与难点 重点： （1）塑性变形的宏观变形规律与微观机制 （2）晶体缺陷对塑性变形的影响； （3）金属塑性变形后的组织与性能； （4）加工硬化的本质及实际意义，残余应力； 难点： （1）塑性变形的位错机制 （2）形变织构与纤维组织的差别 §5-1 金属的变形特性 一、应力-应变曲线 拉伸曲线：表示金属在拉伸时伸长量与外力的关系曲线。 应力-应变曲线：为了对不同长短、粗细的试样进行比较，将拉伸曲线中的纵、横坐标分别改为应力（σ=P/A0）和应变（ε=（l-l0）/l0），即为应力-应变曲线。

由于拉伸时，横截面积每时每刻都在改变，而计算应力是一直用原始横截面积A 0，故所得应力不是真实应力，因此也称为名义应力-应变曲线。 二、真应力-应变曲线 当拉伸一个l 0长的均匀圆柱体时，其真应变εT 应按每一瞬时的长度（l 1，l 2，l 3，…）计算： 022*******ln )(0l l l dl l l l l l l l l l l l T ==+?+?+=∑∫?L ε （1） 该式表明，采用真应变时，总应变与逐步递增的应变之和相等，但按工程应变计算时，两者并不相等。例如：两试样一次拉伸l 0→l 2或分两次拉伸l 0→l 1→l 2，若按真应变计算，存在： 02 1201ln ln ln l l l l l l =+ 若按工程应变计算，则： 002112001l l l l l l l l l ?≠?+? 在拉伸试样出现颈缩之前，真应变εT 与工程应变ε之间有以下关系： 1,10000+=?=?=εεl l l l l l l 则Q )1ln(ln 0+==∴εεl l T （2） 此外，真应力σT 的计算定义为： A P T =σ （3） 同样，计算真应力时，由于有：A 0l 0=A l =常数，故： )1(0000+====εσσl l A P A A A P A P T （4） 二、弹性变形与弹性模量 在应力-应变曲线的起始弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，且具有可逆性，即遵循虎克定律。 在拉伸条件下，弹性范围内的真应力与真应变关系为σT =C εT ，其中比例常数C 为拉伸曲线的起始斜率，称为弹性模量，它反映材料抵抗弹性变形的能力。由于工程应力-应变曲线与真应力-应变曲线在弹性区基本一致，故习惯上用σ=E ε表示，而切变条件下，该关系为：τ=G γ。其中，E 和G 分别为正弹性模量和切变弹性模量，两者关系为： )1(2ν+=E G （5） 式中，ν为泊松比，表示单轴拉伸时横向缩短与纵向伸长的比值，一般金属多在0.30~0.35之间。 当晶体发生弹性变形时，外力所做的功W 相当于应力-应变曲线的弹性直线

机械基础第三章杠杆的基本变形

第三章 §3-1拉伸和压缩 【教学目标与要求】 一、知识目标 1、了解内力、拉压概念，理解截面法求内力； 2、理解拉压材料的力学性质。掌握拉压强度、变形计算。 二、能力目标 通过做低碳钢拉压时的力学性质实验，培养动手能力。 三、素质目标 1、理解截面法求内力；它是求内力的基本方法，贯穿于材料力学始终。 2、理解拉压材料的力学性质，培养实践能力。 四、教学要求 1、了解拉压、内力概念，理解截面法求内力。理解拉压材料的力学性质。 2、掌握拉压强度、变形计算，并能解决工程实际问题。 【教学重点】 1、 拉压、内力概念，截面法求内力； 2、 拉压强度、变形计算。 【难点分析】 材料拉压时的力学性能。 【教学方法】讲练法、演示法、讨论法、归纳法。 【教学安排】2学时（90分钟） 【教学过程】 复习旧课（5 分钟） 平面任意力系的平衡 ★ 导入新课 作用于构件上的外力形式不同，构件产生的变形也不同。把构件的变形简化为四种基本变形。拉压、剪切、扭转、弯曲。 ★ 新课教学（80分钟） § 3-1 拉伸和压缩 一、内力与截面法 1、内力概念 内力是由外力引起的构件内部一部分对另一部分的作用称为内力。 拉压杆的内力沿轴向称轴力。 2、截面法求内力 过程：切、取、代、平。 0x y o F F M ∑=∑=∑ =0 N P -=0 x F ∑=N P =

讨论： 关于轴力( ) A 、是杆件轴线上的荷载 B 、是杆件截面上的内力 C 、与杆件的截面面积有关 D 、与杆件的材料有关 二、轴向拉压的概念 （演示工程实例引出概念） 1、受力特点：沿轴向作用一对等值、反向的拉力或压力。 2、变形特点：杆件沿轴向伸长或缩短。这种变形称为拉伸或压缩。 要点： （1）外力的作用线必须与轴线重合。 （2）压缩指杆件未压弯的情况，不涉及稳定性问题。 讨论： 判断下列三个构件在1-2段内是否单纯属于拉伸与压缩？ 三、拉、压时的应力 1、应力概念 单位截面面积上的内力称为应力。拉压杆横截面任一点均产生正应力。 2、应力计算 拉压杆横截面上正应力是均匀分布的。 规定：拉应力为正；压应力为负。 单位：帕（Pa ）或兆帕（MPa ） 四、轴向拉压时的变形 绝对变形l ?为 纵向线应变l l ?= ε 这两个关系式称为虎克定律。 式中 E---材料的弹性模量，MPa 。 讨论： 图示阶梯杆总变形为（） （A ）0 （B ） (C) (D) N A σ =NL l EA ?= E σε =EA Fl 2EA Fl EA Fl 23

第三章 金属的塑性变形与再结晶

第三章　金属的塑性变形与再结晶 塑性变形是塑性加工（如锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压等）的基础。大多数钢和有色金属及其合金都有一定的塑性，因此它们均可在热态或冷态下进行塑性加工。 塑性变形不仅可使金属获得一定形状和尺寸的零件、毛坯或型材，而且还会引起金属内部组织与结构的变化，使铸态金属的组织与性能得到改善。因此，研究塑性变形过程中的组织、结构与性能的变化规律，对改进金属材料加工工艺，提高产品质量和合理使用金属材料都具有重要意义。 第一节　金属的塑性变形 一、单晶体的塑性变形 单晶体塑性变形的基本方式是滑移和孪生。 1畅滑移 滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（即滑移面）发生相对的滑动。 滑移是金属塑性变形的主要方式。 图3－1　单晶体滑移示意图单晶体受拉伸时，外力F 作用在滑移面上的应力f 可分解为正 应力σ和切应力τ，如图３－１所示。正应力只使晶体产生弹性伸 长，并在超过原子间结合力时将晶体拉断。切应力则使晶体产生弹 性歪扭，并在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑 移。 图３－２所示为单晶体在切应力作用下的变形情况。单晶体未 受到外力作用时，原子处于平衡位置（图３－２ａ）。当切应力较小 时，晶格发生弹性歪扭（图３－２ｂ），若此时去除外力，则切应力消 失，晶格弹性歪扭也随之消失，晶体恢复到原始状态，即产生弹性变 形；若切应力继续增大到超过原子间的结合力，则在某个晶面两侧 的原子将发生相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍（图３－２ｃ）。此时如果使切应力消失，晶格歪扭可以恢复，但已经滑移的原子不能回复到变形前的位置，即产生塑性变形（图３－２ｄ）；如果切应力继续增大，其他晶面上的原子也产生滑移，从而使晶体塑性变形继续下去。许多晶面上都发生滑移后就形成了单晶体的整体塑性变形。 一般，在各种晶体中，滑移并不是沿着任意的晶面和晶向发生的，而总是沿晶体中原子排列最紧密的晶面和该晶面上原子排列最紧密的晶向进行的。这是因为最密晶面间的面间距和最密晶向间的原子间距最大，因而原子结合力最弱，故在较小切应力作用下便能引起它们之间的相对 3 3

(完整版)《杆件的四种基本变形及组合变形、-直杆轴向拉、压横截面上的内力》教学设计

《杆件的四种基本变形及组合变形、 直杆轴向拉、压横截面上的内力》教学设计 课题 3.1杆件四种基本变形及组合变形教学时间2课时 教学目标 知识与技能认识杆件的基本变形和组合变形； 过程与方法 通过分析工程实例、生活实例中的受力及变形掌握杆件的基本变 形的受力及变形特点； 情感、态度、价 值观 通过分析工程结构中的受力及变形并口头描述，培养归纳、总结、语言表达的能力； 教学 重点 1、杆件的基本变形受力特点、变形特点； 教学难点1、杆件力学模型的理解 2、杆件四种基本变形的区分 教学内容及其过程学生活动教师导学 一、引入 手拉弹簧弹簧会发生什么变化？小朋友双臂吊在单杠上，人双手撑地倒立起来，胳膊都有什么样的感觉，胳膊的形状有改变吗？ 二、导学提纲 3.1杆件四种基本变形及组合变形 1.杆件是指其纵向长度远大于横向尺寸的构件，轴线是直线的杆件称为直杆。 2. 轴向拉伸和压缩受力特点是直杆的两端沿杆轴线方向作用一对大小相等、方向相反的力；变形特点是在外力作用下产生杆轴线方向的伸长或缩短。 3. 产生轴向拉伸变形的杆件，其当作用力背离杆端时，作用力是拉力（图a）；产生轴向压缩变形的杆件，其作用力指向杆端，作用力是压力，（图b）。 4. 剪切变形的受力特点是作用在构件上的横向外力大小相等、方向相反、作用线平行且距离很近。 5. 剪切变形的变形特点是介于两横向力之间的各截面沿外力作用方向发生相对错动。 6. 剪切面是指两横向力之间的横截面，破坏常在剪切面上发生。 7. 扭转变形的受力特点：在垂直于杆轴线的平面内，作用有大小相等、转向相反的一对力偶。 8. 扭转变形的变形特点：各横截面绕杆轴线发生让同学来回答 弹簧、胳膊的受 力和形状改变。 1、自主学习 自学教材、自主 完成导学提纲， 记录疑点或无 法解决的问题， 为交流作准备。 2、组内交流 在小组长的组 织下，有序开展 交流与探讨，共 通过引导学生回 答问题，引出物 体在力的作用下 变形是客观存在 的，进入课题。 当有学生问到， 或对有兴趣的学 生可适当介绍如 下关系： 1、布置前置作业 课前精心预设前 置作业，（由导学 提纲、探究与感 悟组成）组织学 生自主学习。 构件 杆件 板（壳） 块体

结构杆件的受力变形

结构杆件的受力变形 高二（10）班黄钦仪魏萌 指导教师邹樑 摘要 这篇论文通过实验，向我们展示了结构杆件在刚性连接下的受力变形特点以及杆系的不同部位受力对其他部位的影响，并提出了在建筑构筑物时选材的几点建议，为我们设计杆件提供最基本的资料。 研究目的 研究杆件的变形有以下三个目的： 1、使我们了解设计杆件时，除了要满足强度条件以保证安全外，还要满足其刚度条件以保证其正常工作。也就是要求杆件在荷载作用下，弯曲变形不得超过允许范围。 2、是将来我们学习杆件的变形计算的基础。 3、通过实验的分析和对资料的整理，提高了我们分析问题和解决问题的能力。 问题提出 在工程实际中，承受荷载和传递荷载的结构的构件在荷载的作用下，引起周围构件对它们的反作用，同时，构件本身因受内力作用而将产生变形，并且存在发生破坏的可能性。 构件在怎样的受力情况下会产生怎样的变形，构件在受力变形下会不会影响构筑物的正常使用，以及柱子等细长杆件受压时会不会出现屈曲现象致使杆件不能承担荷载，并由此引起整个构筑物的倒坍等都是我们将研究的问题。

研究方法：1收集资料2实验观察3画图分析4访问专业人士 材料：橡胶（型号：HD2803）、胶水 研究结果：在设计房屋、桥梁的楼面时，板和梁是用得最多的结构形式，在横向荷载的作用下，梁将产生弯曲变形，用橡胶做成梁的模型，这种弯曲变形就看得很清楚。 在加载之前，先在杆件的侧面上，划上许多横向直线和纵向直线，然后加载。 1、首先，我们做了一个最简单的杆件受力变形实验。 在一根杆件的两端支两个支点，再在这根杆件上加载（如图） 在加载的过程中可以观察到，杆件受载后弯曲了，但那些纵向直线仍保持直线形式，不过相对旋转了一个角度。 设想梁是由无数纵向纤维所组成，由于弯曲而使截面转动，就使梁凹边纤维缩短，凸边纤维伸长，于是中间必有一层纤维是没有长度改变

第三章材料力学的基本概念第六节杆件变形的基本形式

第三章材料力学的基本概念 第六节杆件变形的基本形式 有下列说法，________是错误的。 A．杆件的几何特征是长度远大于横截面的尺寸 B．杆件的轴线是各横截面形心的连线 C．杆件的轴线必是直线 D．A+B+C 下列说法________是正确的。 A．与杆件轴线相正交的截面称为横截面 B．对于同一杆件，各横截面的形状必定相同 C．对于同一杆件，各横截面的尺寸必定相同 D．对于同一杆件，各横截面必相互平行 下列说法________是正确的。 A．与杆件轴线相平行的截面称为横截面 B．对于同一杆件，各横截面的形状必定相同 C．对于同一杆件，各横截面的尺寸不一定相同 D．对同一杆件，各横截面必相互平行 不管构件变形怎样复杂，它们常常是由________种基本变形形式所组成。 A．3 B．4 C．5 D．6 不管构件变形怎样复杂，它们常常是轴向拉压、________、扭转和弯曲等基本变形形式所组成。 A．位移 B．错位 C．膨胀 D．剪切 不管构件变形怎样复杂，它们常常是轴向拉压、剪切、________和________等基本变形形式所组成。 A．错位/膨胀 B．膨胀/弯曲 C．弯曲/扭转 D．扭转/位移 在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生伸长变化的变形，称为________。 A．弯曲变形 B．扭转变形

C．轴向拉伸变形 D．剪切变形 在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生缩短变化的变形，称为________。 A．弯曲变形 B．扭转变形 C．轴向压缩变形 D．剪切变形 受拉压变形的杆件，各截面上的内力为________。 A．剪力 B．扭矩 C．弯矩 D．轴力 轴力的单位是________。 A．牛顿 B．牛顿/米 C．牛顿·米 D．牛顿/米2 关于轴力，下列说法中________是正确的。 ①轴力是轴向拉压杆横截面上唯一的内力；②轴力必垂直于杆件的横截面；③非轴向拉压的杆件，横截面上不可能有轴向力；④轴力作用线不一定通过杆件横截面的形心。 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 受拉压变形的杆件，各截面上的应力为________。 A．正应力 B．扭应力 C．剪应力 D．弯应力 受拉压变形的杆件，各截面上的内力为________。 A．正应力 B．剪应力 C．拉压应力 D．轴力 受拉压变形的杆件，各截面上的应力为________。

第三章 直杆的基本变形 复习资料(学生)

第三章直杆的基本变形复习资料机械和工程结构中的零部件在载荷的作用下，其形状和尺寸发生变化，为了了保证机械零部件正常安全工作，必须具有足够的、和。零件抵抗破坏的能力，称为。零件抵抗破坏的能力，称为。受压的细长杆和薄壁构件，当所受载荷增加时，可能失去平衡状态，这种现象称为丧失稳定。是零件保持原有平衡状态的能力。 基本的受力和变形有、、，以及由两种或两种以上基本变形形式叠加而成的组合变形。 一、轴向拉伸与压缩 （一）拉伸与压缩 1、在轴向力作用下，杆件产生伸长变形称为轴向拉伸，简称， 在轴向力作用下，杆件产生缩短变形称为轴向压缩，简称. 2、轴向拉伸和压缩变形具有以下特点: （1）受力特点——。 （2）变形特点——。 （二）内力与应力 1、杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括和。 2、在外力作用下，构件产生变形，杆件材料内部产生变形的抗力，这种抗力称为。 3、外力越大，构件的变形越大，所产生的内力也越大。内力是由于外力的作用而引起的，内力随外力。当内力超过一定限度时，杆件就会被破坏。 4、轴向拉、压变形时的内力称为，用F N表示。 剪切变形时的内力称为，用F Q表示。 扭转变形时的内力称为，用M T表示。 弯曲变形时的内力称为(M)与F Q) 5、内力的计算——截面法 将受外力作用的杆件假想地切开，用以显示内力的大小，用以显示内力的大小，并以平衡条件确定其合力的方法，称为截面法。F N=F 6、应力 1）同样的内力，作用在材料相同、横截面不同的构件上，会产生不同的效果。 2）构件在外力作用下，单位面积上的内力称为。轴向拉伸和压缩时应力垂直于截面，称为，记作σ。

3）轴向拉伸和压缩时横截面上的应力是均匀分布的，其计算公式为 A F N =σ，其中σ为横截面上的正应力，MPa ；F N 为横截面上的内力，N ；A 为横截面面积，mm 2。 4）正应力的正负号规定为：拉伸压力为 ，压缩应力为 。 7、强度计算 1）、材料丧失正常工作能力的应力，称为 。塑性材料的极限 应力是其 应力σs ，脆性材料的极限应力是其 应力σ b 。 2）当构件中的应力接近极限应力时，构件就处于危险状态。为了确保构件 安全可靠地工作，必须给构件留有足够的强度储备。即将极限应力除以一个大 于1的系数作为工作时允许的最大应力。这个应力称为材料的 ， 常用符号[σ]表示。 脆性材料：S s σσ=][ 塑性材料：S b σσ=][ S 为 ，它反映了强度储备的情况，是合理解决安全与经济矛 盾的关键，若取值过大，许用应力过低，造成材料浪费；若取值过小，用料减 少，但安全得不到保证。 静载荷作用时，塑性材料一般取安全系数S= ，脆性材料S= 3）为了确保轴向拉、压杆有足够的强度，要求杆件中最大工作应力σmax 材料在拉伸（压缩）时的许用应力[σ]， 即][max σσ≤=A F N F N 和A 分别为危险截面上的内力和横截面面积。 4）产生最大应力σmax 的截面称为危险截面，等截面直杆的危险截面位于 ，而变截面杆的危险截面必须综合 和 方 面来确定。 5）运用强度条件，可以解决 、 、 等三种类型问题。 8、应力集中 1）局部应力显著增大的现象，称为 。如阶梯轴的孔、槽、 轴肩的 。 2）应力集中使零件破坏的危险性增加。 具有缓和应力集中 的性能，中、低强度钢结构件，一般不考虑应力集中对构件强度的影响； 对应力集中比较敏感。当构件受到 或 作用 时，不论是塑性材料还是脆性材料，应力集中对构件的强度都有影响。

第五章金属的塑性变形与再结晶全解

第五章金属的塑性变形与再 结晶 目的：掌握金属在塑性变形后组织与性能的变化。 要求： 1、掌握塑性变形对金属组织和性能的影响； 2、了解冷变形金属在加热过程中的变化，掌握回复和 再结晶的概念及其应用； 3、明确金属冷加工和热加工的区别。 重点：塑性变形对金属组织和性能的影响、回复和再结晶的概念及其应用。 §5-1 金属的塑性变形 一、单晶体金属的塑性变形 1、单晶体金属的塑性变形只能在切应力作用下发 生； 2、单晶体金属的塑性变形在晶体原子最密排面上 沿最密排方向进行； 3、单晶体金属的塑性变形伴随着晶体的转动；

二、多晶体金属的塑性变形 1、多晶体金属的组织、结构特点对塑性变形的影响 1）各晶粒形状、大小不同，成分、性能不均匀，各相邻晶粒的晶格位向不同：塑性变形抗力增大；相互约束、 阻碍；应力、应变分布不均匀；相互协调、适应。 2）存在大量晶界，晶内与晶界性能不同，晶界易聚集杂质，晶格排列紊乱：晶格畸变增大，滑移位错运动阻 力增大，难以变形，塑性变形抗力增大。晶粒越细，

强度越高：晶界总面积增加，周围不同取向的晶粒数越多，塑性变形抗力越大；晶粒越细，塑性、韧性越好：晶粒越细，单位体积中的晶粒数越多，变形量分散到更多晶粒中进行，产生较均匀的变形，不致造成局部应力集中，引发裂纹的产生和扩展，断裂前可发生较大塑性变形量。 工业上，常用压力加工、热处理方法细化晶粒，提高性能。 2 、多晶体金属的塑性变形过程 多晶体金属中各晶粒的 晶格位向不同，所受分切应 力不同，塑性变形在不同晶 粒中逐批进行，是个不均匀 过程。 软位向：晶格位向与外力处于或接近45°角的晶粒所受分切应力最大，首先发生塑性变形。 硬位向：晶格位向与外力处于或接近平行或垂直的晶粒所受分切应力最小，难以进行塑性变形。 多晶体金属的塑性变形是一批一批晶粒逐步发生，由少数晶粒发生塑性变形逐渐趋于大量晶粒发生塑性变形，由不均匀变形逐渐趋于较均匀变形。 §5-2 塑性变形对组织和性能的影 响 一、塑性变形对组织的影响 1、 晶粒形状发生变化： 沿变形方向被拉长，形成纤维组织； 2、 晶粒内产生亚结构：

复习资料：第5章 金属塑性变形的物理基础

复习资料：第5章金属塑性变形的物理基础 1.简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。 答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。 孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。 2.设有一简单立方结构的双晶体，如图所示， 如果该金属的滑移系是{100} <100>，试问 在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先 发生滑移？为什么？ 答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向，而Ⅱ接近硬取向。 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。 ②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。 ③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。 ④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强 度高。金属的塑性越好。 4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？ 答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 5. 合金的塑性变形有何特点？ 答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。 单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用，多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形

状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。 根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显著的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。 6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？ 答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带； 晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状； 晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。 对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。 随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。 即产生了加工硬化。 7. 什么是加工硬化？产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？ 答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。 加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。 8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？ 答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。

2014.6材料力学复习题部分答案

一、填空题 1．标距为100mm的标准试件，直径为 10mm，拉断后测得伸长后的标距为 123mm，缩颈处的最小直径为6.4mm，则该材料的伸长率δ=（百分之23 ），断面收缩率ψ=（百分之59.04 ）。 2、构件在工作时所允许产生的最大应力叫（许用应 力），极限应力与许用应力的比叫（安全系 数）。 3、一般来说，脆性材料通常情况下以断裂的形式破坏，宜采用第（一、 二）强度理论。塑性材料在通常情况下以流动的形式破坏，宜采用第（三、四）强度理论。 ，挤压应力σbs= （） （4题图）（5题图） 5、某点的应力状态如图，则主应力为σ 1=（30MPa），σ 2 =（ 0 ），σ 3 =（-30Mpa）。 6、杆件变形的基本形式有（拉伸或压缩）、（剪切）、（扭转）和（弯曲）四种。 7、当切应力不超过材料的剪切比例极限时，（剪应力）和（剪应变）成正比。 9、工程实际中常见的交变应力的两种类型为（对称循环脉动循环）。 10、变形固体的基本假设是：( 连续性 )；( 均匀性 )；( 各向同性 )。 11、低碳钢拉伸时大致分为以下几个阶段：( 弹性阶段 )；( 屈服阶段 )；( 强化阶段)；

( 局部变形阶段 )。 12、通常计算组合变形构件应力和变形的过程是：先分别计算每种基本变形各自引起的应力和变形，然后再叠加。这样做的前提条件是构件必须为（ 线弹性杆件 ）（ 小变形杆件 ）。 13、剪切胡克定律的表达形式为（t=Gr ）。 14、通常以伸长率δ< （5% ）作为定义脆性材料的界限。 15、提高梁弯曲刚度的措施主要有（提高梁的抗弯刚度EI ）、（ 减小梁的跨度）、（ 改善梁的载荷作用方式 ）。 16、材料的破坏按其物理本质可分为（脆性断裂 ）和（塑性流动）两类。 二、 选择题 1、一水平折杆受力如图所示，则AB 杆的变形为（ D ）。 （A ） 偏心拉伸； （B ）纵横弯曲； （C ）弯扭组合； （D ）拉弯组合。 2、铸铁试件试件受外力矩Me 作用，下图所示破坏情况有三种，正确的破坏形式是（ A ） 3、任意图形的面积为A ，Z 0轴通过形心O ，Z 1轴与Z 0轴平行，并相距a ，已知图形对Z 1轴的惯性矩I 1，则对Z 0轴的惯性矩I Z0为： （ B ） （A ）00Z I =； （B ）20Z Z I I Aa =-； （C ）20Z Z I I Aa =+； （D ）0Z Z I I Aa =+。 4、长方形截面细长压杆，b/h ＝1/2；如果将长方形截面改成边长为 h 的正方形，后仍为细长杆，临界力Pcr 是原来的（ C ）倍。

第五章--金属的塑性与变形抗力

金属的塑性变形抗力 摘要：塑性加工时，使金属发生塑性变形的外力，称为变形力。金属抵抗变形之力，称为变形抗力。变形抗力和变形力数值相等，方向相反，一般用平均单位面积变形力表示其大小。当压缩变形时，变形抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力，故亦称单位流动压力。 关键字：塑性 变形抗力 1、金属塑性的概念 所谓塑性，是指金属在外力作用下，能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力。 金属塑性的大小，可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。一般通常称压力加工时金属塑性变形的限度，或“塑性极限”为塑性指标 2、塑性和柔软性 应当指出，不能把塑性和柔软性混淆起来。不能认为金属比较软，在塑性加工过程中就不易破裂。柔软性反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易。不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或是变形抗力大的金属塑性就差。 3、塑性指标 表示金属与合金塑性变形性能的主要指标有： （1）拉伸试验时的延伸率（δ）与断面收缩率（ψ）。 （2）冲击试验时的冲击韧性αk 。 （3）扭转试验的扭转周数n 。 （4）锻造及轧制时刚出现裂纹瞬间的相对压下量。 （5）深冲试验时的压进深度，损坏前的弯折次数。 4、一些因素对塑性的影响规律 A 化学成分的影响 （1）碳 %L L l -=δ%00F F F -=ψ

随着含碳量的增加，渗碳体的数量也增加，塑性的降低 （2）磷 磷一般说来是钢中有害杂质，磷能溶于铁素体中，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。 （3）硫 硫是钢中有害杂质，它在钢中几乎不溶解，而与铁形成FeS，FeS与Fe的共晶体其熔点很低，呈网状分布于晶界上。当钢在800～1200℃范围内进行塑性加工时，由于晶界处的硫化铁共晶体塑性低或发生熔化而导致加工件开裂，这种现象称为热脆（或红脆）。另外，硫化物夹杂促使钢中带状组织形成，恶化冷轧板的深冲性能，降低钢的塑性。 （4）氮 590℃时，氮在铁素体中的溶解度最大，约为0.42％；但在室温时则降至0.01％以下。若将含氮量较高的钢自高温较快地冷却时，会使铁素体中的氮过饱和，并在室温或稍高温度下，氮将逐渐以Fe4N形式析出，造成钢的强度、硬度提高，塑性、韧性大大降低，使钢变脆，这种现象称为时效脆性。 （5）氢 对于某些含氢量较多的钢种（即每１００克钢中含氢达２毫升时就能降低钢的塑性），热加工后又较快冷却，会使从固溶体析出的氢原子来不及向钢表面扩散，而集中在晶界、缺陷和显微空隙等处而形成氢分子（在室温下原子氢变为分子氢，这些分子氢不能扩散）并产生相当大的应力。在组织应力、温度应力和氢析出所造成的内应力的共同作用下会出现微细裂纹，即所谓白点，该现象在中合金钢中尤为严重。 （6）铜 实践表明，钢中含铜量达到0.15％～0.30％时，钢表面会在热加工中龟裂。 （7）硅 含硅量在0.5％以上时，由于加强了形成铁素体的趋势，对塑性产生不良影响。在硅钢中，当含硅量大于2.0％时，使钢的塑性降低。当含硅量达到4.5％