第1章综论 14冲压变形的理论基础 1.41金属塑性变形的概念 在外力作用下,固体材料发生形状和尺寸变化的现象称为变形,使物体产生变形的外 力称为变形力。变形力去除后,能恢复原状的变形称为弹性变形;变形力去除后,不能恢 复原状的变形称为塑性变形。金属材料在变形力的作用下,既能产生弹性变形,又能从弹 性变形发展到塑性变形,是一种具有弹塑性的工程材料。从微观结构上看,弹性变形阶段, 金属体受力较小,金属体内部原子的间距有微小的改变,从而引起了尺寸和形状的变化, 变形力去除后,原子回到原来的稳定平衡位置,该金属体就完全恢复了原来的形状和尺寸 当金属体受力较大,迫使原子偏离原来的稳定平衡位置,而达到邻近的稳定平衡位置,变 形力去除后,原子就不再回到其原来位置,而是停留在邻近的稳定平衡位置上,因而变形 就成为不可恢复的永久变形,这就是金属的塑性变形 金属学研究成果表明,所有的固态金属都是晶体,各种固态金属的晶体结构并不完全 相同。工业应用的金属中,除少数具有复杂的晶体结构外,最常见的金属晶体结构有面心 立方结构、体心立方结构和密排六方结构。 晶体中由原子组成的平面称为晶面,由原子组成的直线称为晶向,每种晶格不同晶面 上的原子密度和不同晶向的原子间距是不同的。 单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行,最常见的方式为滑移,即晶体 部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分产生滑移,这一晶面和晶向称为滑移面和滑移 方向。一般来说,滑移面总是原子排列最密的面,滑移方向总是原子排列最密的方向。因 为沿着原子分布最密的面和方向,滑移阻力最小。一种滑移面及其面上的一个滑移方向组 成一个滑移系。每一个滑移系表示晶体在产生滑移时可能采取的空间位向。当其他条件相 同时,金属晶体的滑移系愈多,则滑移时可能出现的滑移位向愈多,塑性就愈好。一般说 来,面心立方和体心立方金属的滑移系较多,因此比密排六方金属的塑性好 就理想的晶体结构而言,全部原子都是规则地排列在晶体的格点上,然而实际晶体总 是存在着各种缺陷,引起晶格的畸变以及原子排列的不规则,最明显的是多晶体。这些缺 陷包括位错、晶界、空位、间隙原子和异质原子等。硏究表明,有些缺陷对金属塑性变形 有很大的影响,如晶体的滑移变形就是在剪应力的作用下通过滑移面上的位错运动进行的 个位错移到晶体表面形成一个原子间距的滑移量。同一个滑移面上许多位错移到晶体表 面便形成明显的滑移线。许多滑移线在一起形成滑移带。这种滑移带常可在拉伸变形后的 金属试样上观察到。 工业上用于塑性成形的金属都是多晶体,组成多晶体的各晶粒类似于单晶体,它们的 大小、形状、位向不同,晶粒之间又有晶界相连,因而多晶体的变形比单晶体要复杂得多。 多晶体的变形,就其中每个晶粒的变形来讲,不外乎滑移和孪生两种晶内变形方式 但就总体而言,多晶体内还存在着晶粒之间的相对滑动和转动。这种晶粒之间的变形称为 晶间变形,所以多晶体的变形是晶内变形和晶间变形综合作用的结果第 1 章 综论 5 1.4 冲压变形的理论基础 1.4.1 金属塑性变形的概念 在外力作用下，固体材料发生形状和尺寸变化的现象称为变形，使物体产生变形的外 力称为变形力。变形力去除后，能恢复原状的变形称为弹性变形；变形力去除后，不能恢 复原状的变形称为塑性变形。金属材料在变形力的作用下，既能产生弹性变形，又能从弹 性变形发展到塑性变形，是一种具有弹塑性的工程材料。从微观结构上看，弹性变形阶段， 金属体受力较小，金属体内部原子的间距有微小的改变，从而引起了尺寸和形状的变化， 变形力去除后，原子回到原来的稳定平衡位置，该金属体就完全恢复了原来的形状和尺寸。 当金属体受力较大，迫使原子偏离原来的稳定平衡位置，而达到邻近的稳定平衡位置，变 形力去除后，原子就不再回到其原来位置，而是停留在邻近的稳定平衡位置上，因而变形 就成为不可恢复的永久变形，这就是金属的塑性变形。 金属学研究成果表明，所有的固态金属都是晶体，各种固态金属的晶体结构并不完全 相同。工业应用的金属中，除少数具有复杂的晶体结构外，最常见的金属晶体结构有面心 立方结构﹑体心立方结构和密排六方结构。 晶体中由原子组成的平面称为晶面，由原子组成的直线称为晶向，每种晶格不同晶面 上的原子密度和不同晶向的原子间距是不同的。 单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行，最常见的方式为滑移，即晶体 一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分产生滑移，这一晶面和晶向称为滑移面和滑移 方向。一般来说，滑移面总是原子排列最密的面，滑移方向总是原子排列最密的方向。因 为沿着原子分布最密的面和方向，滑移阻力最小。一种滑移面及其面上的一个滑移方向组 成一个滑移系。每一个滑移系表示晶体在产生滑移时可能采取的空间位向。当其他条件相 同时，金属晶体的滑移系愈多，则滑移时可能出现的滑移位向愈多，塑性就愈好。一般说 来，面心立方和体心立方金属的滑移系较多，因此比密排六方金属的塑性好。 就理想的晶体结构而言，全部原子都是规则地排列在晶体的格点上，然而实际晶体总 是存在着各种缺陷，引起晶格的畸变以及原子排列的不规则，最明显的是多晶体。这些缺 陷包括位错﹑晶界﹑空位﹑间隙原子和异质原子等。研究表明，有些缺陷对金属塑性变形 有很大的影响，如晶体的滑移变形就是在剪应力的作用下通过滑移面上的位错运动进行的。 一个位错移到晶体表面形成一个原子间距的滑移量。同一个滑移面上许多位错移到晶体表 面便形成明显的滑移线。许多滑移线在一起形成滑移带。这种滑移带常可在拉伸变形后的 金属试样上观察到。 工业上用于塑性成形的金属都是多晶体，组成多晶体的各晶粒类似于单晶体，它们的 大小﹑形状﹑位向不同，晶粒之间又有晶界相连，因而多晶体的变形比单晶体要复杂得多。 多晶体的变形，就其中每个晶粒的变形来讲，不外乎滑移和孪生两种晶内变形方式。 但就总体而言，多晶体内还存在着晶粒之间的相对滑动和转动。这种晶粒之间的变形称为 晶间变形，所以多晶体的变形是晶内变形和晶间变形综合作用的结果