【正文】 0yF ?? 0zF ??x x y x z xy x y y z yz x z y z zS l m nS l m nS l m n? ? ?? ? ?? ? ??? ? ??? ? ? ??? ? ? ?2 2 2 2x y zS S S S? ? ?2 2 2 2 ( )x y zx y z x y y z z xS l S m S nl m n lm m n n l?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? 122 2S???? 假定圖 417中法線方向余弦為 l、 m、n的斜切微分面 ABC正好就是主平面，面上的剪應(yīng)力 τ=0 ，則由式（ 44）可得 σ=S 。此正應(yīng)力稱為主應(yīng)力，一般用 σ σ σ 3表示，而相應(yīng)的三個相互垂直的方向稱為主方向，與主方向一致的坐標(biāo)軸叫做主軸。 x y y x??? y z z y??? z x x z??? 應(yīng)力分量用符號 σ ij （ i、 j=x、 y、z）表示，使下角標(biāo) i、 j分別依次等于x、 y、 z，即可得到九個應(yīng)力分量，表示成矩陣形式為： x x y x z x x y x zij y x y y z y y zzx zy z z? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ???? ?????????? ??????3）主應(yīng)力和應(yīng)力張量不變量 （ 1） 主應(yīng)力 定義：切應(yīng)力為零的面為主平面，主平面上作用的應(yīng)力為主應(yīng)力。 單元體處于靜力平衡狀態(tài)，故繞單元體各軸合力矩必為零。 應(yīng)力分量正負(fù)號規(guī)定：單元體外法線指向坐標(biāo)軸正向的微分面叫做正面，反之為負(fù)面；對于正面，指向坐標(biāo)軸正向的應(yīng)力分量為正，指向負(fù)向的為負(fù)；負(fù)面情況正好相反。 圖 414 單元體的受力情況 a）物體內(nèi)的單元體 b）單元體上的應(yīng)力狀態(tài) 應(yīng)力分量符號帶有兩個下角標(biāo)，第一個下角標(biāo)表示該應(yīng)力分量作用面的法線方向，第二個下角標(biāo)表示它的作用方向。各微分面均有應(yīng)力矢量作用，這些矢量沿坐標(biāo)軸分解為三個分量，一是正應(yīng)力分量，兩個剪應(yīng)力分量。因此點的應(yīng)力狀態(tài)是二階張量。 0limFF d FSA d A???問題 : ① 如何完整地描述變形體內(nèi)一點的受力情況也即應(yīng)力狀態(tài)呢？ ② 一點的應(yīng)力狀態(tài)是標(biāo)量？矢量？ 點的應(yīng)力狀態(tài)不同于物理量的標(biāo)量和矢量，它需要用過該點的三個互相垂直截面上的三個應(yīng)力矢量才能完整地確定。 圖 414 外力、內(nèi)力和應(yīng)力 （ 3）應(yīng)力 單位面積的內(nèi)力，稱為應(yīng)力。 A面即可看成是下半部的外表面， A面上作用的內(nèi)力應(yīng)該與下半部其余外力保持平衡。 變形體受外力系 F F … 的作用處于平衡狀態(tài)。分析塑性成形過程時，體積力一般可以不考慮，若不加特殊說明，外力即指表面力。 塑性成形的力學(xué)基礎(chǔ) 材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 點的應(yīng)力狀態(tài)分析 1)基本概念 — 外力、內(nèi)力和應(yīng)力 （ 1）外力 變形體所受外力可分為兩類：一類是體積力，如重力、磁力和慣性力等。 纖維組織形成，使金屬力學(xué)性能呈各向異性，沿流線方向比垂直流線方向具有較高的力學(xué)性能，其中尤以塑性、韌性指標(biāo)最為顯著。通過鍛造或軋制，可使這些碳化物被打碎、并均勻分布，從而改善了它們對金屬基體的削弱作用。由于再結(jié)晶的結(jié)果，被拉長的晶粒變成細(xì)小的等軸晶，而流線卻很穩(wěn)定地保留下來直至室溫。足夠大三向壓應(yīng)力，能實現(xiàn)微觀缺陷鍛合。鍛合經(jīng)歷兩個階段：缺陷區(qū)發(fā)生塑性變形，使空隙兩壁閉合；在壓應(yīng)力作用下，加上高溫，使金屬焊合成一體。 圖 411 擴散蠕變示意 a）空位和原子的移動方向 b）晶內(nèi)擴散 c）晶界擴散 1）對組織的影響 （ 1） 改善晶粒組織，細(xì)化晶粒 對于鑄態(tài)金屬，粗大的樹枝狀晶經(jīng)塑性變形及再結(jié)晶而變成等軸（細(xì)）晶粒組織；對于經(jīng)軋制、鍛造或擠壓的鋼坯或型材，在以后的熱加工中通過塑性變形與再結(jié)晶，其晶粒組織一般也可得到改善。 熱塑性變形的 主要機理仍然是晶內(nèi)滑移；由于晶界滑動和擴散蠕變作用的增加，再加之變形時會產(chǎn)生動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。 因此，其 主要機理仍然是晶內(nèi)滑移 。 圖 410 動、靜回復(fù)和再結(jié)晶示意 塑性變形機理 變形機理主要有： 晶內(nèi)滑移與孿 生、晶界滑移和擴散蠕變 。它不需形核，所以進(jìn)行得很快。 （ 4） 靜態(tài)再結(jié)晶 在再結(jié)晶溫度以上，金屬原子有更大的活動能力，會在原變形金屬中重新形成新的無畸變等軸晶，并最終取代冷變形組織，此過程稱為金屬的靜態(tài)再結(jié)晶。 （ 3） 靜態(tài)回復(fù) 在較低的溫度下、或在較早階段發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程成為靜態(tài)回復(fù)。 （ 2） 動態(tài)再結(jié)晶 動態(tài)再結(jié)晶是在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶，與靜態(tài)再結(jié)晶一樣，也是通過形核和生長來完成的。 圖 48 45號鋼力學(xué)性能與變形程度的關(guān)系曲線 167。 2） 對金屬 性能 的影響 隨著變形程度的增加，金屬強度、硬度增加，而塑性、韌性降低。它們先是比較紛亂地糾纏成群，形成 “ 位錯纏結(jié) ” 。經(jīng)大變形后，位錯密度可從退火狀態(tài)的 106～ 107cm2增加到1011～ 1012cm2。 （ 3） 變形織構(gòu) 多晶體塑性變形時伴隨著晶粒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)變形量很大時，多晶體中原為任意取向的各個晶粒，會逐漸調(diào)整其取向而彼此趨于一致，這種由于塑性變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為“變形織構(gòu)”。變形程度大時，晶粒呈現(xiàn)為一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織。 冷 塑性變形對組織與性能的影響 1） 對金屬組織的影響 （ 1） 在晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶等組織 （ 2） 形成了纖維組織 冷加工變形后，金屬晶粒形狀發(fā)生了變化，變化趨勢大體與金屬宏觀變形一致。 （ 2） 各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性 晶粒的變形需要相互協(xié)調(diào)配合，如此才能保持晶粒之間的連續(xù)性，即變形不是孤立和任意的。隨外加應(yīng)力的增大 ,最終使相鄰位向不利的晶粒中滑移系的剪應(yīng)力分量達(dá)到臨界值而開動起來 ,同時也使原來的位錯塞積得到釋放 ,位錯運動移出晶粒。 冷塑性變形特點 （ 1） 各晶粒變形的不同時性 塑性變形首先在位向有利的晶粒內(nèi)發(fā)生 ,位錯源開動 ,但其中的位錯卻無法移出此晶粒 ,而是在晶界處塞積。實質(zhì)上是 位錯的移動和增殖的過程 。要使金屬繼續(xù)變形，就需要不斷增加外力，便產(chǎn)生了加工硬化。 c o s c o s? ? ? ???圖 41 晶體滑移時的應(yīng)力分析 晶體的滑移過程，實質(zhì)上是位錯的移動和增殖的過程。由于滑移所需臨界切應(yīng)力小于孿生所需臨界切應(yīng)力，故 多晶體塑性變形的主要方式是滑移變形 ，孿生變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。 167。第四章 塑性成形理論基礎(chǔ) 材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 塑性變形機理 多晶體的塑性變形包括晶內(nèi)變形和 晶界變形（晶間變形）兩種。在冷態(tài)條 件下，由于晶界強度高于晶內(nèi)， 多晶體 的塑性變形主要是晶內(nèi)變形 ， 晶間變形 只起次要作用，而且需要有其它變形機 制相協(xié)調(diào)。 41金屬冷態(tài)下的塑性變形 晶內(nèi)變形方式有滑移和孿生。對于密排六方金屬，孿生變形起著重要作用。 由于在這個過程中位錯的交互作用，位錯反應(yīng)和相互交割加劇，產(chǎn)生固定割階、位錯纏結(jié)等障礙，使位錯難以越過這些障礙。 圖 42 刃型位錯運動造成晶體滑移變形的示意 圖 43 螺型位錯運動造成晶體滑移變形的示意 圖 44 面心立方晶體孿生變形示意 冷 塑性變形時， 多晶體主要是晶內(nèi)滑移 變形 。由于位錯的交互作用 ,塑性變形時 產(chǎn)生了加工硬化。位錯塞積產(chǎn)生的應(yīng)力場越過晶界作用到相鄰晶粒上 ,使其得到附加應(yīng)力。如此持 續(xù)運作 ,使更多晶粒參與變形。 （ 3） 變形的不均勻性 軟位向的晶粒先變形，硬位向的晶粒后變形，其結(jié)果必然是各晶粒變形量的差異，這是由多晶體的結(jié)構(gòu)特點所決定的。軋制變形時，原等軸晶粒沿變形方向伸長。當(dāng)有夾雜或第二相質(zhì)點時，則它們會沿變形方向拉長成細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀。 圖 45 絲織 構(gòu)示意圖 a）拉拔前 b）拉拔后 圖 46 板織構(gòu)示意 a) 軋制前 b）軋制后 圖 47 因板織構(gòu)所造成的“制耳” a) 無制耳 b) 有制耳 （ 4） 晶粒內(nèi)產(chǎn)生胞狀亞結(jié)構(gòu) 塑性變形主要是借位錯的運動而進(jìn)行的。位錯運動及交互作用結(jié)果，其分布是不均勻的。如果變形量增大，就形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。 金屬的性能將顯示各向異性 。 42金屬熱態(tài)下的塑性變形 塑性