金属在塑性加工过程中的塑性行为

5.金属在塑性加工过程中的塑性行为

５.1金属的塑性和塑性指标

５.1.1塑性的基本概念

：

金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。

塑性是金属固有的一种性质,反映材料产生塑性变形的能力。影响金属塑性的因素：

内因：化学成分、组织结构等

外因：变形温度、变形速度、应力状态等

：

柔软性反映金属的软硬程度，指金属变形抗力的大小。塑性指金属的形变能力，用断裂前的变形程度的大小衡量。二者并不总是一致的.

讨论金属在塑性加工中的软硬程度不用柔软性,而用变形抗力.

塑性:金属在产生永久变形时,伴随有组织的变化,但没有尺寸数量级超过光的波长尺寸的完整性的破坏.

粘性:物体虽也具有永久性变形,但无组织的变化和完整性的破坏.

5.1.2塑性指标及其测量方法

金属在不同变形条件下允许的极限变形量。 塑性指标与变形金属的材质和变形条件有关。

测量方法：

1）简单加载条件下塑性指标的测定2）模拟塑性加工过程塑性指标的测定

3）与应力状态无关的通用的塑性指标的确定（如：古布金的确定平均塑性法）4）绘制塑性图

)简单加条载下件塑性标的测指①定伸(tens拉in)试o验法:Δl伸延(el率noagtoi)n:δ×100=%L延率伸均匀变=形局部集+变形试样中算计度长长,越集中变比形例越小，伸越延.小定:规L10=(δ10) d或L=d5(5)δ断面缩收率f(artcoinaledrcuiont inc ros sestcoin reaa)F fφ=× 10% F 0断收缩面与率试样算计度长无关.压②缩com(rpesison)验法试压下率： H: h=×ε10% H0影响因素摩擦：、热散几、尺寸何③扭转 t(rsioon)验试法:破前断的转扭n或数扭角,转个整长上度均变匀.形2)模拟

2）模拟塑性加工过程塑性指标的测定

拟的工序相同.

:模拟塑性加工过程法测定的塑性指标.其名称与被确定塑性的该压力加工过程的名称相对应,如:轧制性、锻造性、模锻性.

：镦粗光滑圆柱体试样或沿轮廓线带切口的圆柱体试样，在二斜砧中锻造钢锭法。

：平轧辊上轧制楔形试样法和偏心轧辊上轧制矩形断面试样法。

形板坯冲压成柱形杯法。

塑性图及应用

：塑性指标与变形温度的关系曲线图。

：确定合理的热加工温度范围和应采取的变形程度。k、n、ε，

教材图５－４

正确确定变形温度和变形程度，需要相图、再结晶图、塑性图配合，即。

5.2金属的化学成分及组织对塑性的影响

5.2.1 化学成分的影响

纯金属具有较高塑性。

纯金属加入其它合金元素后成单相固溶体时也有较好塑性.若所含的元素形成化合物时，塑性降低。面心立方>体心立方>六方晶格

合金的某元素与基体金属形成固溶体时，此二元合金的塑性主要由基体元素的塑性决定，此情况也适用于三元合金。合金成分中不溶于固溶体或部分溶于固溶体中元素将形成某种成分的过剩相存在于晶内或晶界，这些过剩相对其塑性有非常大的影响。

5.2.2合金元素的影响

Fe——化学纯铁塑性高，工业纯铁不完全高塑性。

C——碳含量越高，钢的塑性越差，热加工温度范围窄。

Mn——锰钢具有高加热速度敏感性。Mn可消除或减轻S和O的有害作用，使塑性提高。

S——仅微量溶于固溶体，以FeS、MnS等硫化物形式存在于钢中。

含硫量较多，并存在有低熔点的硫的共晶体和化合物时，钢的塑性与变形温度有关。加热温度高于硫的共晶体和化合物的熔点时，由于软化或熔化使晶间联系削弱，变形时易出现红脆。

网状包围晶粒形式的硫化物降低塑性。球状硫化物使塑性提高。P——易出现冷脆。对热变形影响不大。

O——也会产生红脆。FeO、Al2O3 、SiO2,熔点低分布在晶界的共晶体，由于软化或熔化使晶间联系减弱，出现红脆。

Si——以固溶体形式存在：对塑性影响不大，含量过高，塑性下降。

以硅化物形式存在：变形温度下不溶解，使塑性下降。

Ni、W、Mo：强度↑，塑性↓Cr：塑性↓；

V：强度↑，塑性不变。含量高时，塑性↓；Al：晶界形成AlN，塑性↓

Cu：塑性↑，还原气氛中加热，塑性↓；

B：<0.02% ，塑性好，达到0.1%，塑性↓。晶界形成熔点低共晶体。

H：含量少无影响；含量多冷速快时，白点；N：含量少无影响；含量多时红脆。

稀土：塑性↑。减低气体含量；与有害杂质形成高熔点化合物抵消有害作用；含硫量降低。

5.2.3金属组织的影响

一、金属宏观组织的影响

对铸态组织：含有粗大结晶组织和组织结构的不均通常较变形组织更低的塑性。

对变形后的金属：细晶组织具有更高的塑性。 铸态金属的粗大的晶粒和横晶组织不会降低塑性。二、金属微观组织的影响

在热加工条件下具有单一的奥氏体组织，而不存在其它过剩相时，将具有较高的塑性。

有过剩相存在时,有两种情况:1)加热时熔解于固溶体中,降低塑性;2)加热过程中仍然保存下来,降低塑性.

800 ℃钢的塑性低，因为此时具有铁素体和奥氏体双相组织；钢中铁素体相越多，塑性越低。

网状碳化物对塑性有害，可通过热加工变形消除。塑性：锻钢>铸钢

原因：网状碳化物破碎且均匀分布。

碳钢的延伸率和断面收缩率与温度的关系

5.3变形的温度-速度条件对塑性的影响

随变形温度↑，塑性↑。

原因：温度↑，原子热运动的能量↑，滑移系↑，扩散性质明显的塑性变形机构（非晶机构、溶解机构等）作用↑。温度↑，软化作用↑，变形过程中产生的破坏和缺陷的恢复↑。

实际变形中，随温度变化而产生的相态和晶粒边界的变化对塑性有影响。

通常，塑性与温度的关系曲线中会出现三个脆性区：低温脆性区、中温脆性区、高温脆性区。有时不只三个脆性区。

温度对塑性影响的典型示意图

：

Ⅰ区：塑性极低。-200℃时，接近0。

原子热运动能力极低，也可能与晶粒边界的某些组织组成物的脆化有关。

Ⅱ区：蓝脆区，200~400 ℃；Ⅲ区：800~950 ℃，与相变有关。也有人认为与S有关，称之为红脆（热脆）区。

Ⅳ区：温度接近熔化温度，易过热或过烧，使晶间强度减弱，塑性↓。

变形温度对碳钢的塑性的影响

1区：100~200℃

原因：原子热振动↑。2区：700~800℃

原因：发生再结晶、扩散。3区：950~1250℃

原因：具有均匀γ组织，充

分软化。