(2)硬度法。此法的基本原理是:在冷变形情况下,变形金属的硬度随变 形程度的增加而提高;从图3-20可见,中心部分的硬度最髙,接触表层的硬度 则较小,越靠近表面的中心越小。在中心部分的同一层上,靠试样中部硬度比最 外部(边部)大。这正好说明镦粗时三个区的存在 b=44.5% ZekE 图3-19各种不同变形程度下镦粗圆 3-20冷镦粗铝合金后垂 柱体的不均匀变形 面上洛氏硬度变化 硬度法是一种极粗略的定量法,因为只有那些硬化严重的金属,随变形程度 的增加,硬度才能发生显著的增长。 (3)比较晶粒法。此法的实质是根据再结晶退火后的晶粒大小,与退火前 的变形程度的关系,来判断各部位变形的大小。变形越大,再结晶后晶粒越小。 利用再结晶图,近似地得出变形体内各处的变形程度。此法也只能定性地显示变 形分布情况。对于热变形,因该过程中发生了再结晶现象,就很难判断变形的分 布 除此之外,还有示踪原子法、光塑性法、云纹法等多种型式的研究方法。 3.3.3基本应力与附加应力
（2）硬度法。此法的基本原理是：在冷变形情况下，变形金属的硬度随变 形程度的增加而提高；从图 3-20 可见，中心部分的硬度最高，接触表层的硬度 则较小，越靠近表面的中心越小。在中心部分的同一层上，靠试样中部硬度比最 外部（边部）大。这正好说明镦粗时三个区的存在。 图 3-19 各种不同变形程度下镦粗圆 图 3-20 冷镦粗铝合金后垂 直 柱体的不均匀变形 断 面上洛氏硬度变化 硬度法是一种极粗略的定量法，因为只有那些硬化严重的金属，随变形程度 的增加，硬度才能发生显著的增长。 （3）比较晶粒法。此法的实质是根据再结晶退火后的晶粒大小，与退火前 的变形程度的关系，来判断各部位变形的大小。变形越大，再结晶后晶粒越小。 利用再结晶图，近似地得出变形体内各处的变形程度。此法也只能定性地显示变 形分布情况。对于热变形，因该过程中发生了再结晶现象，就很难判断变形的分 布。 除此之外，还有示踪原子法、光塑性法、云纹法等多种型式的研究方法。 3. 3. 3 基本应力与附加应力
金属变形时体内变形分布不均匀,不但使物体外形歪扭和内部组织不均匀, 而且还使变形体内应力分布不均匀。此时,除基本应力外还产生附加应力 3.3.4残余应力 1.残余应力的来源 如前所述,残余应力是塑性变形完毕后保留在变形物体内的附加应力。 在塑性成形过程中,塑性变形的总位能是由释出位能和约束位能两部分所组成。 释出位能用来确定平衡外力作用的内力数值,而约束位能则是用来确定由塑性变 形引起的相互平衡内力的数值。因附加应力是由不均匀变形引起的相互平衡的内 力所造成,所以约束位能也同样可确定在每一变形瞬时附加应力的数值。虽然残 余应力是变形完毕后保留在物体内的附加应力,但并不是所有的约束位能都用于 形成残余应力,而是有部分位能在塑性变形中由于软化而被释放。因此,残余应 力的位能应小于在塑性变形过程中用于形成附加应力的位能。 2.变形条件对残余应力的影响 残余应力与附加应力一样,也同样受到变形条件的影响,其中主要是变形温度、 变形速度、变形程度、接触摩擦、工具和变形物体形状等等。关于这些因素的影 响,在前面讨论物体不均匀变形时亦有论述。现仅就变形温度、变形速度和变形 程度的影响作简单论述。 3.残余应力所引起的后果 (1)引起物体尺寸和形状的变化。当在变形物体内存在残余应力时,则物 体将会产生相应的弹性变形或晶格畸变。若此残余应力因某种原因消失或其平衡 遭到破坏,此相应的变形也将发生变化,引起物体尺寸和形状改变。对于对称形 的变形物体来讲,仅发生尺寸的变化,形状可保持不变。例如,当用表面层具有 拉伸残余应力和心部具有压缩残余应力的棒材坯料在车床上车成圆柱形工件时 (图3-26),切削后由于具有拉伸残余应力的表面层被车削掉,成品工件的长 度将有所增加(图3-27中虚线)。若加工件是不对称的,则物体除尺寸变化外 还可能发生形状的改变。引起残余应力的消失或减小的原因,除机械加工外还有
金属变形时体内变形分布不均匀，不但使物体外形歪扭和内部组织不均匀， 而且还使变形体内应力分布不均匀。此时，除基本应力外还产生附加应力。 3. 3. 4 残余应力 1．残余应力的来源 如前所述，残余应力是塑性变形完毕后保留在变形物体内的附加应力。 在塑性成形过程中，塑性变形的总位能是由释出位能和约束位能两部分所组成。 释出位能用来确定平衡外力作用的内力数值，而约束位能则是用来确定由塑性变 形引起的相互平衡内力的数值。因附加应力是由不均匀变形引起的相互平衡的内 力所造成，所以约束位能也同样可确定在每一变形瞬时附加应力的数值。虽然残 余应力是变形完毕后保留在物体内的附加应力，但并不是所有的约束位能都用于 形成残余应力，而是有部分位能在塑性变形中由于软化而被释放。因此，残余应 力的位能应小于在塑性变形过程中用于形成附加应力的位能。 2．变形条件对残余应力的影响 残余应力与附加应力一样，也同样受到变形条件的影响，其中主要是变形温度、 变形速度、变形程度、接触摩擦、工具和变形物体形状等等。关于这些因素的影 响，在前面讨论物体不均匀变形时亦有论述。现仅就变形温度、变形速度和变形 程度的影响作简单论述。 3．残余应力所引起的后果 （1）引起物体尺寸和形状的变化。当在变形物体内存在残余应力时，则物 体将会产生相应的弹性变形或晶格畸变。若此残余应力因某种原因消失或其平衡 遭到破坏，此相应的变形也将发生变化，引起物体尺寸和形状改变。对于对称形 的变形物体来讲，仅发生尺寸的变化，形状可保持不变。例如，当用表面层具有 拉伸残余应力和心部具有压缩残余应力的棒材坯料在车床上车成圆柱形工件时 （图 3-26），切削后由于具有拉伸残余应力的表面层被车削掉，成品工件的长 度将有所增加（图 3-27 中虚线）。若加工件是不对称的，则物体除尺寸变化外， 还可能发生形状的改变。引起残余应力的消失或减小的原因，除机械加工外还有
时间的延长等因素。有时,具有残余应力的物体在热处理过程中,或受到冲击后 也会发生尺寸和形状的变化 02030405060708090100 变形程度 六。图326变形程度和残余应力能量的关系曲线 图3-27切削具有残余力的棒材 l一第一种、第二种及第三种残余应力总能量曲线 2一第一种残余应力能量的变化曲线 3一第二种及第三种残余应力总能量的变化曲线; (2)使零件的使用寿命缩短。因残余应力本身是相互平衡的,所以当具有 残余应力的物体受载荷时,在物体内有的部分的工作应力为外力所引起的应力与 此残余应力之和,有的部分为其差,这样就会造成应力在物体内的分布不均。此 时工作应力达到材料的屈服强度时,物体将会产生塑性变形;达到材料的断裂强 度时,物体将会产生断裂,从而缩短了零件的使用寿命。 (3)降低了金属的塑性加工性能。当具有残余应力的物体继续进行塑性加 工时,由于残余应力的存在可加强物体内的应力和变形的不均匀分布,使金属的 变形抗力升高,塑性降低。 (4)降低金属的耐蚀性以及冲击韧性和疲劳强度等 4.减小或消除残余应力的措施
时间的延长等因素。有时，具有残余应力的物体在热处理过程中，或受到冲击后 也会发生尺寸和形状的变化。 图 3-26 变形程度和残余应力能量的关系曲线 图 3-27 切削具有残余力的棒材 示意图 1—第一种、第二种及第三种残余应力总能量曲线； 2—第一种残余应力能量的变化曲线； 3—第二种及第三种残余应力总能量的变化曲线； （2）使零件的使用寿命缩短。因残余应力本身是相互平衡的，所以当具有 残余应力的物体受载荷时，在物体内有的部分的工作应力为外力所引起的应力与 此残余应力之和，有的部分为其差，这样就会造成应力在物体内的分布不均。此 时工作应力达到材料的屈服强度时，物体将会产生塑性变形；达到材料的断裂强 度时，物体将会产生断裂，从而缩短了零件的使用寿命。 （3）降低了金属的塑性加工性能。当具有残余应力的物体继续进行塑性加 工时，由于残余应力的存在可加强物体内的应力和变形的不均匀分布，使金属的 变形抗力升高，塑性降低。 （4）降低金属的耐蚀性以及冲击韧性和疲劳强度等。 4．减小或消除残余应力的措施