--金屬的塑性與變形抗力

1、金屬的塑性變形抗力摘要：塑性加工時，使金屬發(fā)生塑性變形的外力，稱為變形力。金屬抵抗變形之力，稱為變形抗力。變形抗力和變形力數(shù)值相等，方向相反，一般用平均單位面積變形力表示其大小。當壓縮變形時，變形抗力即是作用于施壓工具表面的單位面積壓力，故亦稱單位流動壓力。關(guān)鍵字：塑性變形抗力1、金屬塑性的概念所謂塑性，是指金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。金屬塑性的大小，可用金屬在斷裂前產(chǎn)生的最大變形程度來表示。一般通常稱壓力加工時金屬塑性變形的限度，或塑性極限”為塑性指標2、塑性和柔軟性應(yīng)當指出，不能把塑性和柔軟性混淆起來。不能認為金屬比較軟，在塑性加工過程中就不易破裂。柔軟性

2、反映金屬的軟硬程度，它用變形抗力的大小來衡量，表示變形的難易。不要認為變形抗力小的金屬塑性就好，或是變形抗力大的金屬塑性就差。3、塑性指標表示金屬與合金塑性變形性能的主要指標有：(1)拉伸試驗時的延伸率(%FoakoL(2)沖擊試驗時的沖擊韌性(3)扭轉(zhuǎn)試驗的扭轉(zhuǎn)周數(shù)n(4)鍛造及軋制時剛出現(xiàn)裂紋瞬間的相對壓下量。(5)深沖試驗時的壓進深度，損壞前的彎折次數(shù)。4、一些因素對塑性的影響規(guī)律A化學成分的影響(1)碳隨著含碳量的增加，滲碳體的數(shù)量也增加，塑性的降低(2)磷磷一般說來是鋼中有害雜質(zhì)，磷能溶于鐵素體中，使鋼的強度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時更為嚴重，故稱為冷脆

3、。(3)硫硫是鋼中有害雜質(zhì)，它在鋼中幾乎不溶解，而與鐵形成FeS,FeS與Fe的共晶體其熔點很低，呈網(wǎng)狀分布于晶界上。當鋼在8001200c范圍內(nèi)進行塑性加工時,由于晶界處的硫化鐵共晶體塑性低或發(fā)生熔化而導(dǎo)致加工件開裂,這種現(xiàn)象稱為熱脆(或紅脆)。另外，硫化物夾雜促使鋼中帶狀組織形成，惡化冷軋板的深沖性能，降低鋼的塑性。(4)氮590c時，氮在鐵素體中的溶解度最大，約為0.42%;但在室溫時則降至0.01%以下。若將含氮量較高的鋼自高溫較快地冷卻時，會使鐵素體中的氮過飽和，并在室溫或稍高溫度下，氮將逐漸以Fe4N形式析出，造成鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性大大降低，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為時效脆

4、性。(5)氫對于某些含氫量較多的鋼種(即每100克鋼中含氫達2毫升時就能降低鋼的塑性)，熱加工后又較快冷卻，會使從固溶體析出的氫原子來不及向鋼表面擴散，而集中在晶界、缺陷和顯微空隙等處而形成氫分子(在室溫下原子氫變?yōu)榉肿託?，這些分子氫不能擴散)并產(chǎn)生相當大的應(yīng)力。在組織應(yīng)力、溫度應(yīng)力和氫析出所造成的內(nèi)應(yīng)力的共同作用下會出現(xiàn)微細裂紋，即所謂白點，該現(xiàn)象在中合金鋼中尤為嚴重。(6)銅實踐表明，鋼中含銅量達到0.15%0.30%時，鋼表面會在熱加工中龜裂。(7)硅含硅量在0.5%以上時，由于加強了形成鐵素體的趨勢，對塑性產(chǎn)生不良影響。在硅鋼中，當含硅量大于2.0%時，使鋼的塑性降低。當含硅量達到4.

5、5%時，在冷狀態(tài)下鋼已變的很脆，如果加熱到100c左右，塑性就有顯著改善。一般冷軋硅鋼片的含硅量都限定在3.5%左右。(8)鋁鋁對鋼及低合金鋼的塑性起有害作用。這可能是由于在晶界處形成氮化鋁所致。鋁作為合金元素加入鋼中是為了得到特殊性能。含鋁量較高的銘鋁合金，在冷狀態(tài)下塑性較低。B組織的影響(1)單相組織(純金屬或固溶體)比多相組織塑性好(2)晶粒細化有利于提高金屬的塑性(3)化合物雜質(zhì)呈球狀分布對塑性較好；呈片狀、網(wǎng)狀分布在晶界上時，使金屬的塑性下降。(4)經(jīng)過熱加工后的金屬比鑄態(tài)金屬的塑性高。C變形溫度對不同的鋼種塑性的影響(1)溫度對合金鋼塑性的影響將溫度對典型合金鋼塑性的影響歸納成五種

6、基本規(guī)律，如圖5-9所示。圖5-9溫度對合金鋼塑性的影響曲線1表示金屬塑性隨溫度升高而增加，溫度超過1200c以后，其塑性直線下降。大多數(shù)工業(yè)用鋼諸如各種碳素鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼都屬于這一類型。曲線2表示金屬的塑性隨溫度升高而降低，溫度超過900c以后，下降趨勢更加顯著。這一曲線只適用于少數(shù)高合金鋼，如1Cr25Ni20Si2不銹鋼屬于這一類。顯然對這種合金鋼加工非常困難。曲線3表示隨溫度升高塑性很少變化，滾動軸承鋼GCr15就屬于這種類型。曲線4表示在某一中間溫度金屬的塑性下降，而溫度更高些或較低時都有較好的塑性，工業(yè)純鐵屬于這一類。曲線5表示溫度升高至某一中間溫度時塑性較高，繼續(xù)升高溫度時塑性降

7、低，如1Cr18Ni9Ti不銹鋼就屬于這種類型。總的趨勢是隨溫度的升高，塑性是增加的。但是，在溫度升高的全過程中,在某一溫度范圍內(nèi)，塑性則是下降的，如圖5-10所示。為了便于分析說明，用I、H、田、IV表示塑性降低區(qū)，1、2、3表示塑性增高區(qū)。在塑性降低區(qū)中：I區(qū)一一鋼的塑性很低，在零下200c時塑性幾乎完全喪失，這大概是由于原子熱運動能力極低所致。II區(qū)一一位于200400c之間，此區(qū)域亦稱為蘭脆區(qū)，即在鋼材的斷裂部分呈現(xiàn)蘭色的氧化色，因此稱為蘭脆”。田區(qū)一一位于800950c之間，稱為熱脆區(qū)。此區(qū)與相變發(fā)生有關(guān)。IV區(qū)一一接近于金屬的熔化溫度，此時晶粒迅速長大，晶間強度逐漸削弱,繼續(xù)加熱有

8、可能使金屬產(chǎn)生過熱或過燒現(xiàn)象。在塑性增加區(qū)：1區(qū)一一位于100200c之間，塑性增加是由于在冷加工時原子動能增加的緣故（熱振動）2區(qū)一一位于700800c之間，由于有冉結(jié)晶和擴散過程發(fā)生，這兩個過程對塑性都有好的作用。3區(qū)一一位于9501250c的范圍內(nèi)，在此區(qū)域中沒有相變，鋼的組織是均勻一致的奧氏體。由圖5-10以定性的關(guān)系說明了由低溫至高溫碳素鋼塑性變化的過程，這對我們來說是很有參考價值的。例如熱軋時我們應(yīng)盡可能地使變形在3區(qū)溫度范圍內(nèi)進行，而冷加工的溫度則應(yīng)為1區(qū)。D變形速度的影響變形速度（表示變形的快慢程度）對塑性的影響可用圖5-11所示的曲線概括之。一般認為在目前所能達到的變形速度，

9、即變形速度不大時，隨變形速度的提高塑性降低，如圖中的實線部分所示。如果在很高速度下，隨著變形速度的提高塑性增加，如圖中的虛線部分所示。E應(yīng)力狀態(tài)的影響在進行壓力加工的應(yīng)力狀態(tài)中，壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，金屬塑性越高。反之拉應(yīng)力個數(shù)愈多、數(shù)值愈大，金屬塑性愈低。F變形狀態(tài)的影響因為壓縮變形有利于塑性的發(fā)揮，而延伸變形則相反。所以主變形圖中壓縮分量越多，對充分發(fā)揮金屬的塑性越有利。G不連續(xù)變形的影響實驗結(jié)果表明，在不連續(xù)變形（或多次變形）的情況下，可以提高金屬的塑性。這是由于不連續(xù)的變形，每次的變形量小，產(chǎn)生的應(yīng)力小，不容易超過金屬的塑性極限；同時，在各次變形的間隙時間內(nèi)，可以發(fā)生軟化過程，使得

10、金屬的塑性在一定程度上得到恢復(fù)。H尺寸（體積）因素的影響實踐證明，隨著金屬體積的增大，金屬的塑性有所降低。I變形不均勻的影響由于接觸面上摩擦作用，被加工金屬性能的不均勻、工具形狀和坯料形狀的不一致等原因造成的變形不均勻，使得在金屬內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，其中的附加拉應(yīng)力會促使裂紋產(chǎn)生，降低金屬的塑性。5、提高塑性的途徑(1)控制金屬的化學成分，即將對塑性有害的元素含量降到最下限，加入適量有利于塑性提高的元素。(2)控制金屬的組織結(jié)構(gòu)。盡可能在單相區(qū)內(nèi)進行壓力加工，采取適當工藝措施，使組織結(jié)構(gòu)均勻，形成細小晶粒，對鑄態(tài)組織的成分偏析、組織不均勻應(yīng)采用合適的工藝來加以改善。(3)采用合適的變形溫度-速度

11、制度。其原則是使塑性變形在高塑性區(qū)內(nèi)進行，對熱加工來說應(yīng)保證在加工過程中再結(jié)晶得以充分進行。當然，對某些特殊的加工過程，如控制軋制，有的要在未再結(jié)晶區(qū)進行軋制。(4)選擇合適的變形力學狀態(tài)。在生產(chǎn)過程中，對某些塑性較低的金屬，應(yīng)選用具有強烈三向壓應(yīng)力狀態(tài)的加工方式，并限制附加拉應(yīng)力的出現(xiàn)。(5)降低接觸面上的摩擦，減小變形的不均勻性，減小金屬內(nèi)部產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力提高金屬的塑性。金屬變形抗力(1)靜變形抗力：度量物體重中抵抗變形能力的力學指標稱為變形抗力，一s通常以單向拉伸實驗時的屈服極限值來表示，因此又稱為靜變形抗力。(2)真實變形抗力：在一定變形溫度、變形速度和變形程度下的變形抗力指標，稱為

12、真實變形抗力，制表示。2、金屬硬度的概念硬度實際上反映了金屬材料的塑性變形抗力大小。3、一些因素對鋼變形抗力的影響規(guī)律A化學成分的影響(1)碳鋼中的碳和磷的影響隨著含碳量的增加，滲碳體的數(shù)量也就增加，變形抗力提高更大。磷能溶于鐵素體中，使得鋼的強度、硬度顯著提高，鋼的變形抗力增加。(2)合金元素的影響合金元素加入鋼中使變形抗力提高。B顯微組織的影響一般情況時，晶粒越細小，變形抗力越大；單相組織比多相組織的變形抗力要低；晶粒體積相同時，晶粒細長者較等軸晶粒結(jié)構(gòu)的變形抗力為大；晶粒尺寸不均勻時，又較均勻晶粒結(jié)構(gòu)時為大；金屬中的夾雜物對變形抗力也有影響，在一般情況下，夾雜物會使變形抗力升高；鋼中有第

13、二相時，變形抗力也會相應(yīng)提高。C變形溫度的影響鋼的變形抗力和溫度的關(guān)系如下：如1200c時變形抗力為1.0則1100c時變形抗力為2.71000c時變形抗力為4.0800c時變形抗力為6.7常溫時變形抗力為20D變形速度對變形抗力的影響熱變形時變形速度增加，變形抗力增加顯著；而冷變形時變形速度增加，變形抗力增加不大。E變形程度對變形抗力的影響冷狀態(tài)時，隨變形程度的增加，變形抗力顯著提高。在熱狀態(tài)下變形抗力與變形程度具有如下關(guān)系：變形程度在20%30%以下，隨變形程度的增加，變形抗力增加比較顯著，當變形程度較高時，隨變形程度增加，變形抗力增加緩慢。F應(yīng)力狀態(tài)對變形抗力的影響同號應(yīng)力圖示比異號應(yīng)力

14、圖示的變形抗力大。4、熱軋時真實變形抗力的確定熱軋時的真實變形抗力根據(jù)變形時的溫度、平均變形速度和變形程度的值，由實驗方法得到的變形抗力曲線來確定。圖5-15為不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形抗力曲線。圖中的各條喘是在不同變形溫度下，壓下率為30%時的變形抗力隨平均變形速度變化的曲線。在知道某個軋制道次的平均變形速度和軋制溫度后，可由曲線找出e=30%時的變形抗力，對于其他的變形程度可按圖5-15中左上角的修正曲線，由實際變形程度找出修正系數(shù)Co這樣該道次的變形抗力為仃邛=C，bp。式中仃邛30壓下率為30%時的變形抗力；C與實際壓下率有關(guān)的修正系數(shù)。rnnuniiiiuniTmnirIIIH叫AdiIIIII1MnnTTILT!Eh"圖5-15不銹鋼1Cr18Ni9Ti的變形溫度、變形速度對變形抗力的影響e=30%)5、冷軋時的真實變形抗力的確定冷軋時的真實變形抗力由各個鋼種的加工硬化曲線，根據(jù)該道次的平均總壓下率來確定。冷軋時以退火帶坯為原料，要在一個軋程內(nèi)軋制幾道后才退火。一個軋程內(nèi)各道次的加工硬化被積累起來。而且每道次從變形區(qū)入口到出口的變形程度都是逐漸變化的，因而變形抗力也隨之變化。一般用以