1.1.2 金属轧制的内力

在外力的作用下, 在变形体内原子原有的平衡关系发生破坏产生内力。在内力出现的同时, 原子间距发生了改变, 而产生变形。为了平衡外力的作用, 在变形金属的内部产生的与外力相平衡的力, 叫做内力。内力的产生可由下面两个方面引起: 

一是为平衡外力的机械作用将产生内力, 这是第一种内力。金属试件在没有受到外力作用时, 其原子间距为平衡间距r0, 原子处于能量最低的稳定平衡位置, 其内力为零。当所加之外力使原子间距偏离平衡位置, 小于或大于r0时, 原子间就产生排斥的内力或吸引的内力与外力平衡。在哪个方向有外力存在, 在哪个方向就有与其相平衡的内力产生。

二是由于金属工件各部分变形的大小不同, 而金属的完整性使金属内部产生阻碍这种不均匀变形的相互平衡的内力, 称为第二种内力。

1.1.3 金属轧制的应力

在物体内, 单位面积上的内力叫做应力。即应力是内力的强度。在数值上等于一个无限小的面积上内力与该面积比值的极限, 即, 

实际上, 大多数情况下金属在塑性变形时内力的分布是不均匀的。因此, 通常用平均应力来表示变形区内金属的应力值, 平均应力等于在某个截面积上的内力和该面积的比值, 即: 

在变形过程中, 由外力引起的与外力相平衡的应力, 叫做基本应力。基本应力的作用是使金属物体处于应力状态并使金属产生塑性变形。其特点是当外力除去后, 基本应力也随之消失。

在变形过程中, 由于变形发展的不均匀, 而金属的整体性又限制了这种不均匀变形的自由发展, 从而在物体内部产生的自相平衡的应力, 叫做副应力。

副应力有三种, 由于变形发展的不均匀, 而物体的完整性又限制这种不均匀变形的自由发展, 发生在物体内大部分体积之间相互平衡起来的副应力, 称为第一类副应力。由于物体内部性能不均匀, 在物体内一群晶粒与另一群晶粒之间, 这个相与另一相之间出现的副应力, 称为第二类副应力。在一个晶粒内部, 由于周围晶粒的影响, 出现变形不均匀的情况, 这时出现了在晶粒内部彼此平衡起来的副应力, 称为第三类副应力。

因为副应力是由于变形不均匀所形成的, 所以副应力有以下特点: 

(1)由变形不均匀所引起并有限制不均匀变形自由发展的作用。

(2)在变形物体内部自相平衡起来, 只要变形的不均匀状态存在, 它就始终存在。变形过程完成后或除去引起变形的外力后, 它不会消失仍然残留在变形物体内, 形成残余应力。

(3)因为是彼此平衡的, 所以其分布状态必然是有“拉”就有“压”, 两者在量上是相等的。

金属的塑性变形总是不均匀的, 故可认为, 任何塑性变形的物体内, 在变形的过程中皆有自相平衡的副应力。