金属塑性变形的不均匀性

方志圆番禺珠江钢管有限公司

金属塑性变形的不均匀性

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摘要：能对金属进行各种各样的加工主要是因为金属产生了塑性变形。本文首先阐述了金属塑性变形的相关理论，然后分析了金属本身产生的应力，以及在塑性变形过程中产生的不均匀变形的原因，最后论述了产生这些形变的后果，以及在金属加工工艺中为了避免出现因为这些因素的影响而导致金属在加工的过程中出现的问题需要采取的措施。

关键词：金属；加工；塑性变形；不均匀性

一、前言

在新石器时代，人们就开始了对金属的使用，从此之后，人们对金属的加工和使用不断的深入，一直到现在，人们对金属的性质以及加工和使用都还进行着不断的探索。金属可以被加工主要的原因是在加工的过程中会产生塑性变形，但是在实际对金属加工的过程中因为变形区域的应力应变不均匀而出现各种各样的问题，下文展开具体的论述。

二、在加工过程中变形不均匀分布的原因

1、由于金属在加工过程中与工具间的外摩擦导致

在整个金属加工的过程中，金属要放到加工仪器中进行加工，在这个过程中，由于金属表面会与加工仪器表面在作用的时候产生摩擦，这样就导致在加工金属体内会引起变形的不均匀分布。变形的不均匀性，由于力的相对作用，产生的金属内的应力也呈现不均匀分布的状况。

由于应力和应变而导致金属在各个区域的变形是不相同的，其变形总共存在三个区域，分别是在产生应力应变的过程中最易产生变形的区域，称为易变性区；金属不易变形的区域称为难变形区域；而对于介于两者之间的变形区则称为自由变形区域。

2、由于金属的形状而导致

在金属加工的过程中，由于金属的形状不同，对于小断面来说，通过其单位面积的流线数目比其余部分的要多，而且对于小断面来说，其流线分布也是不均匀的。正是因为上述原因的存在，很容易引起在金属加工过程中产生应力分布的不均匀，从而导致形变的不均匀。

3、金属本身的性质而导致

对于在加工过程中容易出现不均匀变形的另一个重要原因是因为金属内部固有的化学成分存在区别，同时金属内部的还会存在一些杂质，从而导致了金属在加工过程中出现的不均匀变形。

4、温度而导致

对于金属来说，其化学性能很容易受到温度的影响，如一些金属在高温的情况下化学性质就会改变。这就导致在变形的过程中金属受到温度的影响而出现不均匀形变。

5、由于加工的器具而导致

对于金属的加工由于不同的用途可能选用的加工器具不同，如：平辊、孔型轧辊等。由于这些器具在加工金属时和金属的各个接触面上的应力分布不均匀，这样就会导致在加工过程中产生的形变不均匀的现象。如：对于在椭圆孔型中轧制矩形坯中进行金属的加工，在施加力的过程中，金属由于中部力而产生的变形要比边缘产生的小，因此导致金属边缘部分的延伸率比中部要大，所以导致整个金属在加工的过程中会产生不均匀形变。

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三、应力应变不均匀而导致变形不均匀的后果

1、在金属内部产生附加的应力和附加的变形

应力应变不均匀导致组主要的后果就是产生附加应力，产生附加应变的原因在于：在金属体内由于不均匀形变产生导致金属产生变形是不均匀的，由于金属在未破坏之前是一个完整的整体，这个整体对金属的整个变形起到约束的作用，不允许受到不均匀应力的部分产生自由的变形。这就导致变形小的部分阻碍变形大的部位发生变形，在这样的情况下就产生了附加应力；相反来说，变形大的部分对变形小的部分的阻碍所引起的变形是附加拉应力，这两个力的相互作用就使金属产生了附加形变。

2、附加应力对金属塑形变形的影响

附加应变对于塑形变形产生的影响主要反映在以下三个方面：

首先，是导致变形抗力的提升。在金属内部产生的应力分布不均匀的时候，相应的变形抗力增加；在这个时候物体内会产生相互平衡的附加应力，这时会导致金属内部的变形抗力增加，变形的能量也相应的提高了。

其次，导致金属的塑性降低。对于金属加工来说，金属的塑性变形是可以被加工的保证，但是由于应力的分布不均匀，就会导致金属在加工的过程中过早的达到极限强度，一旦到达金属的极限强度，就意味着再对金属进行力的作用就会产生破坏，这样来说，不均匀变形的产生会导致金属的塑形降低。

最后，导致在整个金属加工的过程中技术操作的复杂性上升。金属内一旦产生的应力分布不均匀，就会使为其进行加工的工具也会产生不均匀的应力，从而导致弹性形变不是均匀的。如，在对金属进行孔型设计的时候，如果没有充分考虑到金属会产生不均匀应力这个条件的话，会导致生产出来的孔型不精密。所以，在对孔型进行轧制的过程中，因为轧件的高度和宽度产生的应力和应变是不相同的，就必须要使用恰当的导位装置来提高孔型的精确性，还能避免产生缠辊等操作事故。

四、防止出现应力应变不均匀分布的措施

从金属加工的过程来讲，是不希望出现应力和应变的不均匀分布的，所以要对其进行控制，具体的做法如下：

1、在对金属的加工过程中，最主要的就是金属加工的仪器，所以在对金属加工的仪器进行设计时，要使其形状最大限度的满足应力应变均匀分布的要求，以来达到减少应力应变的产生。

2、上文也提到过，金属表面和加工器具的摩擦会产生不均匀的应力和应变，所以在加工过程中要尽量保证金属表面的光洁，减少摩擦的产生。同时还要控制在加工过程的温度，保证对变形金属的加热要均匀。

3、在对金属进行选用的时候，就要保证金属的性质，减少因为金属的化学成分和组织的不均匀而导致的金属变形不均匀。

4、在金属的加工过程中，一定要遵循相应的施工工艺流程，执行准确的技术操作规程，避免因为操作的不恰当而导致金属内部应力应变的不均匀。

五、结束语

在金属的加工过程中，应力应变分布的不均匀是时常存在的，其对金属加工的影响也是不容小觑的。所以，在进行金属工艺加工的过程中，要尽量克服因为各种因素而造成的应力应变不均匀的情况的出现，从而减少问题的发生。

参考文献：

[1]赵志业.金属变形与轧制理论[M].冶金工业出版社,2013.

[2]王廷溥.轧钢工艺学[M].冶金工业出版社,2015.

[3]邵峰.金属塑形变形不均匀性[J].金属工艺，2016.

[4]程蓓.金属加工过程中的不均匀形变[J].工艺流程，2013.