金屬塑性變形的不均勻性

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金屬塑性變形的不均勻性

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摘要：能對金屬進行各種各樣的加工主要是因為金屬產生了塑性變形。本文首先闡述了金屬塑性變形的相關理論，然后分析了金屬本身產生的應力，以及在塑性變形過程中產生的不均勻變形的原因，最后論述了產生這些形變的后果，以及在金屬加工工藝中為了避免出現因為這些因素的影響而導致金屬在加工的過程中出現的問題需要采取的措施。

關鍵詞：金屬；加工；塑性變形；不均勻性

一、前言

在新石器時代，人們就開始了對金屬的使用，從此之后，人們對金屬的加工和使用不斷的深入，一直到現在，人們對金屬的性質以及加工和使用都還進行著不斷的探索。金屬可以被加工主要的原因是在加工的過程中會產生塑性變形，但是在實際對金屬加工的過程中因為變形區域的應力應變不均勻而出現各種各樣的問題，下文展開具體的論述。

二、在加工過程中變形不均勻分布的原因

1、由于金屬在加工過程中與工具間的外摩擦導致

在整個金屬加工的過程中，金屬要放到加工儀器中進行加工，在這個過程中，由于金屬表面會與加工儀器表面在作用的時候產生摩擦，這樣就導致在加工金屬體內會引起變形的不均勻分布。變形的不均勻性，由于力的相對作用，產生的金屬內的應力也呈現不均勻分布的狀況。

由于應力和應變而導致金屬在各個區域的變形是不相同的，其變形總共存在三個區域，分別是在產生應力應變的過程中最易產生變形的區域，稱為易變性區；金屬不易變形的區域稱為難變形區域；而對于介于兩者之間的變形區則稱為自由變形區域。

2、由于金屬的形狀而導致

在金屬加工的過程中，由于金屬的形狀不同，對于小斷面來說，通過其單位面積的流線數目比其余部分的要多，而且對于小斷面來說，其流線分布也是不均勻的。正是因為上述原因的存在，很容易引起在金屬加工過程中產生應力分布的不均勻，從而導致形變的不均勻。

3、金屬本身的性質而導致

對于在加工過程中容易出現不均勻變形的另一個重要原因是因為金屬內部固有的化學成分存在區別，同時金屬內部的還會存在一些雜質，從而導致了金屬在加工過程中出現的不均勻變形。

4、溫度而導致

對于金屬來說，其化學性能很容易受到溫度的影響，如一些金屬在高溫的情況下化學性質就會改變。這就導致在變形的過程中金屬受到溫度的影響而出現不均勻形變。

5、由于加工的器具而導致

對于金屬的加工由于不同的用途可能選用的加工器具不同，如：平輥、孔型軋輥等。由于這些器具在加工金屬時和金屬的各個接觸面上的應力分布不均勻，這樣就會導致在加工過程中產生的形變不均勻的現象。如：對于在橢圓孔型中軋制矩形坯中進行金屬的加工，在施加力的過程中，金屬由于中部力而產生的變形要比邊緣產生的小，因此導致金屬邊緣部分的延伸率比中部要大，所以導致整個金屬在加工的過程中會產生不均勻形變。

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三、應力應變不均勻而導致變形不均勻的后果

1、在金屬內部產生附加的應力和附加的變形

應力應變不均勻導致組主要的后果就是產生附加應力，產生附加應變的原因在于：在金屬體內由于不均勻形變產生導致金屬產生變形是不均勻的，由于金屬在未破壞之前是一個完整的整體，這個整體對金屬的整個變形起到約束的作用，不允許受到不均勻應力的部分產生自由的變形。這就導致變形小的部分阻礙變形大的部位發生變形，在這樣的情況下就產生了附加應力；相反來說，變形大的部分對變形小的部分的阻礙所引起的變形是附加拉應力，這兩個力的相互作用就使金屬產生了附加形變。

2、附加應力對金屬塑形變形的影響

附加應變對于塑形變形產生的影響主要反映在以下三個方面：

首先，是導致變形抗力的提升。在金屬內部產生的應力分布不均勻的時候，相應的變形抗力增加；在這個時候物體內會產生相互平衡的附加應力，這時會導致金屬內部的變形抗力增加，變形的能量也相應的提高了。

其次，導致金屬的塑性降低。對于金屬加工來說，金屬的塑性變形是可以被加工的保證，但是由于應力的分布不均勻，就會導致金屬在加工的過程中過早的達到極限強度，一旦到達金屬的極限強度，就意味著再對金屬進行力的作用就會產生破壞，這樣來說，不均勻變形的產生會導致金屬的塑形降低。

最后，導致在整個金屬加工的過程中技術操作的復雜性上升。金屬內一旦產生的應力分布不均勻，就會使為其進行加工的工具也會產生不均勻的應力，從而導致彈性形變不是均勻的。如，在對金屬進行孔型設計的時候，如果沒有充分考慮到金屬會產生不均勻應力這個條件的話，會導致生產出來的孔型不精密。所以，在對孔型進行軋制的過程中，因為軋件的高度和寬度產生的應力和應變是不相同的，就必須要使用恰當的導位裝置來提高孔型的精確性，還能避免產生纏輥等操作事故。

四、防止出現應力應變不均勻分布的措施

從金屬加工的過程來講，是不希望出現應力和應變的不均勻分布的，所以要對其進行控制，具體的做法如下：

1、在對金屬的加工過程中，最主要的就是金屬加工的儀器，所以在對金屬加工的儀器進行設計時，要使其形狀最大限度的滿足應力應變均勻分布的要求，以來達到減少應力應變的產生。

2、上文也提到過，金屬表面和加工器具的摩擦會產生不均勻的應力和應變，所以在加工過程中要盡量保證金屬表面的光潔，減少摩擦的產生。同時還要控制在加工過程的溫度，保證對變形金屬的加熱要均勻。

3、在對金屬進行選用的時候，就要保證金屬的性質，減少因為金屬的化學成分和組織的不均勻而導致的金屬變形不均勻。

4、在金屬的加工過程中，一定要遵循相應的施工工藝流程，執行準確的技術操作規程，避免因為操作的不恰當而導致金屬內部應力應變的不均勻。

五、結束語

在金屬的加工過程中，應力應變分布的不均勻是時常存在的，其對金屬加工的影響也是不容小覷的。所以，在進行金屬工藝加工的過程中，要盡量克服因為各種因素而造成的應力應變不均勻的情況的出現，從而減少問題的發生。

參考文獻：

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