《金属塑性变形理论》课程授课教案（讲稿）金属学部分（绪论、第一章 金属塑性变形的物理本质、第三章 塑性加工时组织性能的变化）

课程名称：《金属塑性变形理论-金属学部分》第1周,第1讲次摘 要绪论第一节什么是塑性加工第二节塑性加工的分类授课题目（章、节）第三节塑性加工的历史第四节塑性加工的发展本讲目的要求及重点难点：【学习目的和要求】1.知识掌握金属塑性加工的基本概念和分类，在工业生产中的重要作用及地位。2.能力培养了解金属塑性加工的基本分类方法。3．教学方法课堂教学，放映轧钢现场PPT，简单问题提问，了解学生热情和学习水平【重点】金属塑性加工的必要性与效益。【难点】金属塑性加工的理论与实际的联系。内容

课程名称：《金属塑性变形理论-金属学部分》 第 1 周，第 1 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 绪论 第一节 什么是塑性加工 第二节 塑性加工的分类 第三节 塑性加工的历史 第四节 塑性加工的发展 本讲目的要求及重点难点： 【学习目的和要求】 1．知识掌握 金属塑性加工的基本概念和分类，在工业生产中的重要作用及地位。 2．能力培养 了解金属塑性加工的基本分类方法。 3．教学方法 课堂教学，放映轧钢现场 PPT，简单问题提问，了解学生热情和学习水平。 【重点】 金属塑性加工的必要性与效益。 【难点】 金属塑性加工的理论与实际的联系。 内 容

【本讲课程的引入】金属塑性加工力学是金属材料工程和材料成型及控制两个专业的主要技术基础课之一，该课程是专业必修课轧制原理的先行课，通过该课程的学习为后续的专业课程学习打基础，也可作为一门技术课程进行单独研究。今天我们来讲金属塑性加工金属学的概述及第一章的第一节内容。【本讲课程的内容】绪论1.1什么是塑性加工·塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。是指材料的永久变形能力。·弹性：材料的可恢复变形的能力·弹塑性：弹性+塑性金属铸锭或连铸坏在外力作用下使其产生塑性变形，变形后不仅能使其断面的形状和尺寸改变，而且也能改变其组织与性能。这一过程称为塑性加工（塑性成型或压力加工）。金属塑性加工的特点：·加工后组织性能得到改善和提高，经塑性成型，使其结构致密，组织改善材料利用率高，主要依靠金属在塑性状态下的体积转移来实现生产率高，可实现连续化生产精度高，精密塑性成型铸造零件★切削加工车、铣、刨、磨、钻、铰、插等机械自由锻、模锻制锻造、压力加工造拉深、弯曲、冲裁、塑性成型冲压方翻边、拉型等法、轧制★特种加工切削加工种类wwiewMaKecO0中Jd）车床上锂孔钻孔b)磨外园面a）车外翻面↑铣牛面h)铁成形面R）车成形面创平面

【本讲课程的引入】 金属塑性加工力学是金属材料工程和材料成型及控制两个专业的主要技术基础课之一， 该课程是专业必修课轧制原理的先行课，通过该课程的学习为后续的专业课程学习打基础，也可作为一门技 术课程进行单独研究。今天我们来讲金属塑性加工金属学的概述及第一章的第一节内容。 【本讲课程的内容】 绪论 1.1 什么是塑性加工 • 塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。是指材料的永久变 形能力。 • 弹性：材料的可恢复变形的能力 • 弹塑性：弹性+塑性 • 金属铸锭或连铸坯在外力作用下使其产生塑性变形，变形后不仅能使其断面的形状和尺寸改变，而且 也能改变其组织与性能。这一过程称为塑性加工（塑性成型或压力加工）。 金属塑性加工的特点： • 加工后组织性能得到改善和提高，经塑性成型，使其结构致密，组织改善 • 材料利用率高 ，主要依靠金属在塑性状态下的体积转移来实现 • 生产率高，可实现连续化生产 • 精度高，精密塑性成型 切削加工种类

1.2塑性加工的分类1)按加工时工件的受力和变形方式2)按加工时工件的温度特征1）按加工时工件的受力和变形方式组合加工变形方式组合方式锻造一轧制轧制一挤压拉拔一轧制轧制一弯曲轧制一剪切名称锻轧轧拆搓轧搜轧辑弯2）按加工时工件的温度特征·热加工(Hotforming)·冷加工(Coldforming)·温加工（Warmforming）1.3塑性加工的历史·材料的塑性加工源于人类对材料使用方式的发展下面简要回顾一下材料科学发展的里程碑材料科学发展的里程碑300.000BC—3.500BC5,500 BC天然金与铜被用作工具300,000BC与武器，开燃石，这种容易始了人类金制成工具的石头，属的使用。开始了制陶业的COPPER发展。4000BC·5000BC·金属铸造工艺.·熔炼和锤击改变了铜人们得到了他们的性能-材料开始发展需要的形状。最早的模铸件-一个铜制杖头

1.2 塑性加工的分类 1） 按加工时工件的受力和变形方式 2） 按加工时工件的温度特征 1）按加工时工件的受力和变形方式 组合加工变形方式 组 合 方 式 锻造－轧制 轧制－挤压 拉拔－轧制 轧制－弯曲 轧制－剪切 名 称 锻轧 轧挤 拔轧 辊弯 搓轧 图 例 2） 按加工时工件的温度特征 • 热加工(Hot forming) • 冷加工(Cold forming) • 温加工 (Warm forming) 1.3 塑性加工的历史 • 材料的塑性加工源于人类对材料使用方式的发展 • 下面简要回顾一下材料科学发展的里程碑 材料科学发展的里程碑 300,000 BC—3,500 BC

·3500BC·从矿石中提炼·3000BC铜-冶金业的。青铜的使用-黎明制造合金青铜：这张埃及古墓壁画是第一种合金人类冶金业的最早纪录之一:1500AD·1450BC·炼铁的需要促使·铁的发现了鼓风机与熔炉的发明·1855ADK.IR·HenryBessemer拥有·1886AD#1.0M1166-00钢铁冶炼的专利-当代·电化学方法冶炼钢铁治炼的出现。他铝-使铝成为的方法是钢铁制品性种常用金属能大大改观而成本也降低不少。HenryBessemer(1813-1898）：1950s·1939ADTURBERNT·高温合金的发展，掺·尼龙的商业发展，镍合金促进了喷气发高分子材料发展的动机的发展关键时期ONLOSTEANENCOOLEDYEAR

·1980's1960's·高温超导体，高·制作越来越温超导的革命时小的硅芯片代0.50.07micronmicronmicron金属塑性变形理论是一门基于金属塑性加工的物理学、物理-化学、金属学与力学基础上的应用技术理论。作为塑性变形理论的重要基础的塑性理论的形成与发展也经历了一百多年的历史。在此其间提出的一些经典理论与方法归列于下：法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）1864提出最大剪应力屈服准则1）M.Levv1871年，提出了应力应变增量关系Levy-Mises2）B.Saint-Venant1870，应力应变速率方程，（塑性流动方程）3）德国米塞斯（VonMises），1913，Mises屈服准则4）M.levy、H.Hencky、L.Prandtl1923，平面塑性变形的滑移线几何性质5）A.Reuss1930，弹塑性应力应变关系6）1940，H.Hencky、HGeringer、Cauchy、Rieman等，滑移线法7）1950，A.A.Mapkob、R.Hill、W.Pragar等，极值分析方法8）1970，小林史郎，C.H.Lee等，刚一塑性有限元解析法9)1.4塑性加工的发展（Development)节约资源用尽量少的原材料生产出要求的形状、尺寸、强度、塑性以及其它物理性能的产品。为此，合理利用资源选择最佳材质或通过变形与热处理相配合以改普材质、研究轻型薄壁断面和周期断面以及复合材料等高效制品的成型成为今后节约资源的重要课题。节约能源金属材料热加工所需的热能比加工所需的机械能大许多倍，所以必须节约热能。缩短工艺流程、降低加工温度、热加工变为冷加工、减少或省去中间退火、降低材料的变形抗力、提高塑性等方面的技术开发成为今后节约能源的重要课题。实现最佳的加工条件研究创造最佳的工艺条件和使工艺内容定量化以及把能实现这种条件的新技术用于新加工机械设计和老设备的挖潜改造上，并进行最优控制。【本讲课程的小结】今天主要讲了金属塑性加工课程的一些基本知识，包括：什么是塑性加工、塑性加工的分类、塑性加工的历史、塑性加工的发展等。需要大家查阅相关资料，查阅塑性加工过程中所发生的组织变化和性能变化。【本讲课程的作业】作业：1、什么是金属的塑性？什么是塑性加工？塑性加工有何特点？2、试述塑性加工的一般分类。预习：第一章金属塑性变形的物理本质

金属塑性变形理论是一门基于金属塑性加工的物理学、物理-化学、金属学与力学基础上的应用技术理论。 作为塑性变形理论的重要基础的塑性理论的形成与发展也经历了一百多年的历史。在此其间提出的一些 经典理论与方法归列于下：法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）1864 提出最大剪应力屈服准则 1）M.Levy 1871 年，提出了应力应变增量关系 Levy-Mises 2）B.Saint-Venant 1870，应力应变速率方程，（塑性流动方程） 3）德国米塞斯（Von Mises），1913，Mises 屈服准则 4）M.levy、H.Hencky、L.Prandtl 1923，平面塑性变形的滑移线几何性质 5）A.Reuss 1930，弹塑性应力应变关系 6）1940，H.Hencky、H.Geringer、Cauchy、Rieman 等，滑移线法 7）1950，A.A.Mapkob、R.Hill、W.Pragar 等，极值分析方法 8）1970，小林史郎，C.H.Lee 等，刚—塑性有限元解析法 9）. 1.4 塑性加工的发展(Development) • 节约资源 用尽量少的原材料生产出要求的形状、尺寸、强度、塑性以及其它物理性能的产品。为此，合理利用资 源选择最佳材质或通过变形与热处理相配合以改善材质、研究轻型薄壁断面和周期断面以及复合材料等高效 制品的成型成为今后节约资源的重要课题。 • 节约能源 金属材料热加工所需的热能比加工所需的机械能大许多倍，所以必须节约热能。缩短工艺流程、降低加 工温度、热加工变为冷加工、减少或省去中间退火、降低材料的变形抗力、提高塑性等方面的技术开发成为 今后节约能源的重要课题。 • 实现最佳的加工条件 研究创造最佳的工艺条件和使工艺内容定量化以及把能实现这种条件的新技术用于新加工机械设计和老 设备的挖潜改造上，并进行最优控制。 【本讲课程的小结】 今天主要讲了金属塑性加工课程的一些基本知识，包括：什么是塑性加工、 塑性加工的分类 、塑性加 工的历史、塑性加工的发展等。需要大家查阅相关资料，查阅塑性加工过程中所发生的组织变化和性能变化。 【本讲课程的作业】 作业： 1、什么是金属的塑性？什么是塑性加工？塑性加工有何特点？ 2、试述塑性加工的一般分类。 预习： 第一章 金属塑性变形的物理本质

第1周，第2讲次课程名称：《金属塑性变形金属学》摘要金属塑性变形的物理本质第一节金属的晶体结构（Crystalstructure)第二节位错理论基础(Dislocationtheory）授课题目（章、节）第三节单晶体塑性变形（Monocrystalplasticdeformation）第四节多晶体塑性变形（Multi-crystalplasticdeformation）本讲目的要求及重点难点：【目的要求】1.知识掌握1）金属的晶体结构；2）位错理论基础；3）单晶体的塑性变形机制；3）多晶体的屈服和形变时效。2.能力培养运用位错理论解释金属塑性变形的物理本质，从而了解金属塑性变形过程中所产生的各种现象。3.教学方法课堂教学，放映晶体结构、位错运动动画，简单问题提问。【重点】单晶体塑性变形机制及多晶体金属的屈服效应现象。【难点】滑移和李生的变形机理和屈服效应现象的微观机理。内容

课程名称：《金属 塑性变 形金属学 》 第 1 周，第 2 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 金属塑性变形的物理本质 第一节 金属的晶体结构(Crystal structure) 第二节 位错理论基础(Dislocation theory) 第三节 单晶体塑性变形(Monocrystal plastic deformation) 第四节 多晶体塑性变形(Multi-crystal plastic deformation) 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】 1．知识掌握 1）金属的晶体结构；2）位错理论基础；3）单晶体的塑性变形机制；3）多晶体的屈服和形变时效。 2．能力培养 运用位错理论解释金属塑性变形的物理本质，从而了解金属塑性变形过程中所产生的各种现象。 3．教学方法 课堂教学，放映晶体结构、位错运动动画，简单问题提问。 【重 点】 单晶体塑性变形机制及多晶体金属的屈服效应现象。 【难 点】 滑移和孪生的变形机理和屈服效应现象的微观机理。 内 容

【本讲课程的引入】本讲课程针对金属塑性变形过程中金属材料组织和力学性能变化所涉及的金属学知识进行系统讲解。【本讲课程的内容】第一节金属的晶体结构（Crystalstructure）1.基本概念·晶体：原子按一定的几何规律在空间作周期性排列晶格用直线将原子中心连接起来，构成的空间格子空间点阵：在空间由点排列起来的无限阵列，其中每一个点都与其它所有的点都具有相同的环境。晶胞：只包含一个阵点的六面体(a)(c)bAtomUnitCell晶界：晶粒和晶粒之间的界面(a)由中(c)晶面：晶体中，由原子组成的平面晶向：由原子组成的直线

【本讲课程的引入】 本讲课程针对金属塑性变形过程中金属材料组织和力学性能变化所涉及的金属学知识进行系统 讲解。 【本讲课程的内容】 第一节 金属的晶体结构(Crystal structure) 1. 基本概念 • 晶体 :原子按一定的几何规律在空间作周期性排列 • 晶格 :用直线将原子中心连接起来，构成的空间格子 • 空间点阵：在空间由点排列起来的无限阵列，其中每一个点都与其它所有的点都具有相同的环境。 • 晶胞：只包含一个阵点的六面体 • 晶界: 晶粒和晶粒之间的界面 • 晶面: 晶体中，由原子组成的平面 • 晶向: 由原子组成的直线

晶体结构2.面心立方：Al、Ni、Cu、-Fe(a)(c)bAtomUnitCell体心立方：Cr、V、Mo、W、a-Fe、β-Ti(a)(b)(c)AtomUnit Cell密排六方：Zn、Mg、Be、a-Ti、a-Co(a)(b)Unit CellAtom

2. 晶体结构 • 面心立方：Al、Ni、Cu、γ-Fe • 体心立方：Cr、V、Mo、W、α-Fe、β-Ti • 密排六方：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co

立方系的一些晶面指数11005品面浆(001)(010)1n11面族(n1i)(1i1)(i1l)(111)13101(1o1)(ot1)高国技1(101)o11)(110)3.实际金属的晶体结构单晶体：各方向上的原子密度不同一一各向异性多晶体：晶粒方向性互相抵消一一各向同性存在着一系列缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷

• 立方系的一些晶面指数 3. 实际金属的晶体结构 • 单晶体: 各方向上的原子密度不同——各向异性 • 多晶体: 晶粒方向性互相抵消——各向同性 存在着一系列缺陷: 点缺陷、线缺陷、面缺陷

表一些金属材料的实验屈服强度和理论屈服强度材料理论强度/实验强度理论强度实验强度/MPa(G/30)/Gpa银2.640.377X103铝2.370.783×103铜4.100.498X103镍6.703.2~7.352X103铁7.1027.53X102钼2×10211.3371.6锯1X1023.4833.3镉2.074×1030.57镁（柱面滑移）1.4739.24×10钛（柱面滑移）3.5413.73×102铍 （基面滑移）10.321.378X103铍（柱面滑移）5.2 2×10210.324．常见的缺陷·点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子。SLIP PLANEZINTERSTITUTIALVACANCYSUBSTITUTIONIMPERFECTIONSVacancySelf-interstitialatomSubstitutionalimpurityatomInterstitialimpurityatom

表 一些金属材料的实验屈服强度和理论屈服强度 材料 理论强度 （G/30)/Gpa 实验强度/MPa 理论强度/实验强度 银 铝 铜 镍 铁 钼 铌 镉 镁（柱面滑移） 钛（柱面滑移） 铍（基面滑移） 铍（柱面滑移） 2.64 2.37 4.10 6.70 7.10 11.33 3.48 2.07 1.47 3.54 10.32 10.32 0.37 0.78 0.49 3.2~7.35 27.5 71.6 33.3 0.57 39.2 13.7 1.37 5.2 7×103 3×103 8×103 2×103 3×102 2×102 1×102 4×103 4×10 3×102 8×103 2×102 4. 常见的缺陷 • 点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子