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2.1 金属的变形特性和常用的力学指标
金属在外力作用下发生形状和尺寸的改变 称为变形。
外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
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塑性变形
1、压力加工： 得到预期外形的工件 改善金属内部组织，提高金属的强度和韧性 2、材料在使用中发生的变形
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2.1.1 金属变形的特性
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2.1.3 塑性变形和强度
当外力增大时变形增大，外力去除后变形仅恢 复一部分，但不能恢复到原来的形状，这种变形称 为弹-塑性变形。其中恢复部分的变形称弹性变形， 不能恢复的部分称为塑性变形。
原子在外力作用下离开平衡位置到达新的位 置，当外力去除后，原子在内力作用下回复到另 一个平衡位置，只恢复了部分的变形。
锻造的优点：使金属成形、细化晶粒、组织均匀和消 除成分偏析。
工程中也要注意抑制金属的变形，例如：机床床身、 齿轮和轴等零件在工作中若出现变形则会影响使用性能 及使机器不能正常运转。
因此，在工业生产中，一方面要应用变形进行加工、 成形；另一面要减少变形，保证机器工作性能。
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大型模锻液压机是机械制造业不可或 缺的重要装备，也是一个国家科技水 平、综合国力的重要标志， 曾振奋过中国人的科技成就——1961年上海设 计制造出一万吨级自由锻造液压机，已经运行 了40多年。 中国目前最大的30000吨级模锻液压机，位 于重庆市西南铝业集团有限公司，于1971 年制造。
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强度：材料在外力作用下 抵抗变形和破坏的能力。
屈服强度s：材料发生微 量塑性变形时的应力值。
条件屈服强度0.2：残余变 形量为0.2%时的应力值。
抗拉强度b：材料断裂前 所承受的最大应力值。
s
0.2
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塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标为：
伸长率：
l1 l0 100%
l0
2
铸造成形是生产形状复杂零件的一种重要手段，但铸 造成形也有不足之处：在高温下铸造使晶粒粗大、组织 不均匀和成分偏析等，从而造成铸件性能不均匀。
利用金属的塑性变形能力进行零件成形。对于机器上 的重要零件，常用锻造成形的方法；还可以使用压力加 工的方法加工金属制品，例如：轧制、拉拔和挤压等使 金属产生塑性变形而制成成品或半成品。
弹性：指标为弹性极限e，即材料承受最大弹性 变形时的应力。 刚度：材料受力时抵抗弹性变形的能力。指标为
弹性模量E。E= /ε
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弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升 高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷 热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。可以通过 增加横截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。
（ 2 ） 载 荷 超 过 Fe 后 ， 会 产 生 弹性变形和塑性变形。当达 到Fs时，即使外力不再增加， 试样仍会继续变形，即产生 塑性变形。在曲线上出现了 水平的或锯齿形的线段，这 种现象称为“屈服”。 σs为 屈服极限。
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（3）当载荷超过Fs后，是均匀塑性变形阶段，在 这阶段只有增加外力才能产生塑性变形，外力去 除，则变形停止，直到最大值为Fb。σb为强度极 限。
利用室温下的拉伸试验来研究金属材料的变形性能。
一、拉伸曲线与应力一应变曲线
应力σ:试样承受的载荷F除以试样的原始横截面积 A0，即: σ=F/A0 应变ε:试样的伸长量Δl除以试样的原始标距l，即: ε= Δl/ l 以σ与ε为坐标，绘出应力一应变 的关系曲线，叫做应力一应变曲 线。
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1. 拉伸曲线与应力一应变曲线 拉伸试样： GB6397-86规定《金属拉伸试样》有：圆形、矩形、 异型及全截面．常用标准圆截面试样。 长试样：L0=10d0; 短试样：L0=5d0
第二章 金属材料的性能、塑性变形 和再结晶
2.1 金属材料的性能 2.2 金属的塑性变形 2.3 塑性变形对金属组织和性能的影响 2.4 回复与再结晶 2.5 热加工
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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（4）变形量超过b点后，是不均匀塑性变形阶段， 试样的局部截面缩小，产生“缩颈”现象（脆性材 料无此现象）。当达到k点时，试样随即断裂。
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2.1.2 弹性变形和刚度
金属在外力作用下产生变形，外力与变形 成正比关系，外力去除后变形恢复到原来 的形状，这种变形称为弹性变形。
பைடு நூலகம்
金属原子在外力作用下离开平衡位置，原 子间产生内力，当外力去除后内力使原子 重新回到平衡位置。
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目前世界上最大的民航客机——A380。虽然法国已有 70年代向苏联订购的65000吨模锻液压机，但A380客 机起落架的成型，仍然需要到俄罗斯的75000吨压力机 上完成。
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材料的性能
使用性能：材料在使用过程中所表现的性能。包 括力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能：材料在加工过程中所表现的性能。包 括铸造、锻压、焊接、热处理和切削性能等。
拉伸试样 11
低碳钢的应力-应变曲线
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
拉 伸 试 验 机
拉伸试样
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拉伸过程
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（1）当载荷不超过FP时，拉伸曲线Op为一直线， 载荷与伸长量成正比，符合胡克定律，处于弹性 变形阶段。载荷在FP一Fe间，伸长量与载荷不再 成正比关系，拉伸曲线不成直线，但试样仍处于 弹性变形阶段。σe为弹性极限。
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2011年7月21日，与中国大飞机工程配套的大型模锻 液压机项目——我国最大的拥有完全自主知识产权的 4万吨大型模锻液压机项目，在西安航空基地取得重 大进展：该液压机拥有的世界上最大的承载机架成功 安装到位，标志着4万吨大型航空模锻液压机项目建 设进入倒计时阶段，填补我国重型锻压装备的空白， 为我国大飞机的研制和起飞奠定坚实基础。
断面收缩率： F0 F1 10% 0
F0
拉 伸
试
样
的
颈
缩
现
断裂后
象
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说明：
① 用面缩率表示塑性比伸长率更接近真 实变形。
② 直径d0 相同时，l0，。只有当l0/d0
为常数时，塑性值才有可比性。
当l0=10d0 时，伸长率用 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。显然 5> ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征