1.1.2 金屬軋制的內(nèi)力

在外力的作用下, 在變形體內(nèi)原子原有的平衡關(guān)系發(fā)生破壞產(chǎn)生內(nèi)力。在內(nèi)力出現(xiàn)的同時, 原子間距發(fā)生了改變, 而產(chǎn)生變形。為了平衡外力的作用, 在變形金屬的內(nèi)部產(chǎn)生的與外力相平衡的力, 叫做內(nèi)力。內(nèi)力的產(chǎn)生可由下面兩個方面引起: 

一是為平衡外力的機械作用將產(chǎn)生內(nèi)力, 這是第一種內(nèi)力。金屬試件在沒有受到外力作用時, 其原子間距為平衡間距r0, 原子處于能量最低的穩(wěn)定平衡位置, 其內(nèi)力為零。當(dāng)所加之外力使原子間距偏離平衡位置, 小于或大于r0時, 原子間就產(chǎn)生排斥的內(nèi)力或吸引的內(nèi)力與外力平衡。在哪個方向有外力存在, 在哪個方向就有與其相平衡的內(nèi)力產(chǎn)生。

二是由于金屬工件各部分變形的大小不同, 而金屬的完整性使金屬內(nèi)部產(chǎn)生阻礙這種不均勻變形的相互平衡的內(nèi)力, 稱為第二種內(nèi)力。

1.1.3 金屬軋制的應(yīng)力

在物體內(nèi), 單位面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。即應(yīng)力是內(nèi)力的強度。在數(shù)值上等于一個無限小的面積上內(nèi)力與該面積比值的極限, 即, 

實際上, 大多數(shù)情況下金屬在塑性變形時內(nèi)力的分布是不均勻的。因此, 通常用平均應(yīng)力來表示變形區(qū)內(nèi)金屬的應(yīng)力值, 平均應(yīng)力等于在某個截面積上的內(nèi)力和該面積的比值, 即: 

在變形過程中, 由外力引起的與外力相平衡的應(yīng)力, 叫做基本應(yīng)力。基本應(yīng)力的作用是使金屬物體處于應(yīng)力狀態(tài)并使金屬產(chǎn)生塑性變形。其特點是當(dāng)外力除去后, 基本應(yīng)力也隨之消失。

在變形過程中, 由于變形發(fā)展的不均勻, 而金屬的整體性又限制了這種不均勻變形的自由發(fā)展, 從而在物體內(nèi)部產(chǎn)生的自相平衡的應(yīng)力, 叫做副應(yīng)力。

副應(yīng)力有三種, 由于變形發(fā)展的不均勻, 而物體的完整性又限制這種不均勻變形的自由發(fā)展, 發(fā)生在物體內(nèi)大部分體積之間相互平衡起來的副應(yīng)力, 稱為第一類副應(yīng)力。由于物體內(nèi)部性能不均勻, 在物體內(nèi)一群晶粒與另一群晶粒之間, 這個相與另一相之間出現(xiàn)的副應(yīng)力, 稱為第二類副應(yīng)力。在一個晶粒內(nèi)部, 由于周圍晶粒的影響, 出現(xiàn)變形不均勻的情況, 這時出現(xiàn)了在晶粒內(nèi)部彼此平衡起來的副應(yīng)力, 稱為第三類副應(yīng)力。

因為副應(yīng)力是由于變形不均勻所形成的, 所以副應(yīng)力有以下特點: 

(1)由變形不均勻所引起并有限制不均勻變形自由發(fā)展的作用。

(2)在變形物體內(nèi)部自相平衡起來, 只要變形的不均勻狀態(tài)存在, 它就始終存在。變形過程完成后或除去引起變形的外力后, 它不會消失仍然殘留在變形物體內(nèi), 形成殘余應(yīng)力。

(3)因為是彼此平衡的, 所以其分布狀態(tài)必然是有“拉”就有“壓”, 兩者在量上是相等的。

金屬的塑性變形總是不均勻的, 故可認為, 任何塑性變形的物體內(nèi), 在變形的過程中皆有自相平衡的副應(yīng)力。