在塑性變形過程中,金屬的流動都遵循一定的規律,而掌握這些規律,在實際生產中為確定工藝設計,指導實際操作,保證鍛件質量有著十分重要的意義。
一、切應力定律
金屬的塑性變形,只有當其內部的切應力達到一定臨界值時才會發生。這個規律稱為切應力定律。切應力的臨界值取決于材料和變形條件(指變形溫度、變形速度和變形程度一般來說,鋼的含碳量及合金含量越高,切應力臨界值越高,塑性越差。而提高變形溫度、降低變形速度、減少變形程度,則能降低切應力臨界值,使塑性變形較易進行。
二、金屬塑性變形伴隨著彈性變形定律
金屬發生塑性變形的同時,必定伴隨著彈性變形的發生,因金屬在發生塑性變形前已經發生了彈性變形。下面將通過單晶體的變形來進行分析。當單晶體滑移面上的切應力達到屈服臨界值時,塑性變形就發生了。而滑移一個距離值后,因阻力增加便停止下來,在外力繼續增大的情況下,彈性變形又隨著應力上升而增大,直到應力重新達到新的屈服臨界值,才又開始產生一定距離的滑移。金屬的塑性變形,就這樣周而復始地重復進行。
可見單晶體在塑性變形時必定有彈性變形并以突變形式進行,而對一般金屬來說,由于它們是多晶體結構,所以變形曲線為一條光滑的曲線。因此,當使金屬變形的外力撤除后,彈性變形將使工件產生回彈。故對有些工件就必須要考慮回彈對工件尺寸的影響。
三、體積不變定律
金屬的體積在塑性變形過程中,變形前的體積等于變形后的體積。這個規律稱為體積不變定律。
實際上金屬在塑性變形過程中,體積總會發生一些很小的變化。熱變形后會使金屬的密度增加,而體積稍微減小;冷變形時,由于晶體的晶內破壞和晶間破壞的現象,金屬的疏松程度增加,使體積稍有增加。這些微小的變化,在鍛造生產中可以忽略不計。因而,在工藝上計算鍛件坯料尺寸、工序尺寸及設計模具時,均可根據體積不變定律來進行計算。
四、最小阻力定律
若變形物體的質點能在不同方向移動時,則物體上的每一個質點將是向著阻力最小的方向移動。這個規律稱為最小阻力定律。定律中所說最小阻力方向就是由質點向剖面輪廓所作最短法線的方向。
根據最小阻力定律能容易地確定金屬在變形時各部分的流動方向與其流動阻力之間的關系,以便控制金屬的流向,從而有利于金屬坯料的鍛造成形和降低變形能耗,以達到提高生產效率的目的。