金属塑性理论基础-可锻性及其影响因素

《材料成形技术基础》—影响金属塑性成形的因素及条件一、影响金属塑性变形的内在因素（一）化学成分纯金属的塑性成形性较合金的好。

钢的含碳量对钢的塑性成形性影响很大，对于碳质量分数小于0.15%的低碳钢，主要以铁素体为主（含珠光体量很少），其塑性较好。

随着碳质量分数的增加，钢中的珠光体量也逐渐增多，甚至出现硬而脆的网状渗碳体，使钢的塑性下降，塑性成形性也越来越差。

合金元素会形成合金碳化物，形成硬化相，使钢的塑性变形抗力增大，塑性下降，通常合金元素含量越高，钢的塑性成形性能也越差。

杂质元素磷会使钢出现冷脆性，硫使钢出现热脆性，降低钢的塑性成形性能。

（二）金属组织纯金属及单相固溶体的合金塑性成形性能较好；钢中有碳化物和多相组织时，塑性成形性能变差；具有均匀细小等轴晶粒的金属，其塑性成形性能比晶粒粗大的柱状晶粒好；网状二次渗碳体，钢的塑性将大大下降。

二、影响金属塑性变形的加工条件（一）变形温度温度升高，塑性提高，塑性成形性能得到改善。

变形温度升高到再结晶温度以上时，加工硬化不断被再结晶软化消除，金属的塑性成形性能进一步提高。

过热：加热温度过高，会使晶粒急剧长大，导致金属塑性减小，塑性成形性能下降，这种现象称为“过热”。

过烧：如果加热温度接近熔点，会使晶界氧化甚至熔化，导致金属的塑性变形能力完全消失，这种现象称为“过烧”，坯料如果过烧将报废。

（二）变形速度变形速度：单位时间内变形程度的大小。

变形速度的增大，金属在冷变形时的冷变形强化趋于严重；当变形速度很大时，热能来不及散发，会使变形金属的温度升高，这种现象称为“热效应”，它有利于金属的塑性提高，变形抗力下降，塑性变形能力变好。

图2-5所示是变形速度与塑性的关系。

问题：在锻压加工塑性较差的合金钢或大截面锻件时，都应采用较小的变形速度，若变形速度过快会出现变形不均匀，造成局部变形过大而产生裂纹。

图2-5 变形速度与塑性的关系（三）应力状态实践证明，在三向应力状态下，压应力的数目越多，则其塑性越好；拉应力的数目越多，则其塑性越差。

1、何为冷变形、热变形和温变形？冷变形：温度低于回复温度，变形过程只有加工硬化无回复和再结晶。

热变形：温度在再结晶温度以上，变形产生的加工硬化被再结晶抵消，变形后具有再结晶等轴晶粒组织，而无加工硬化痕迹。

温变形：金属材料在高于回复温度但低于再结晶开始温度的温度范围内进行的塑性变形过程。

2、简述金属的可锻性及其影响因素。

可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。

它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。

可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。

(1)内在因素(a)化学成分:不同化学成分的金属其可锻性不同；(b)合金组织:金属内部组织结构不同，其可锻性差别很大。

(2)外在因素(a)变形温度:系指金属从开始锻造到锻造终止的温度范围。

温度过高:过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。

温度过低：变形抗力↑－难锻，开裂(b)变形速度:变形速度即单位时间内的变形程度(c)应力状态:金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质（压应力或拉应力）不同。

3、自由锻和模锻的定义及其特点是什么？自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。

1、自由锻锻件的精度不高，形状简单，其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于单件、小批量生产。

2、对于大型机特大型锻件的制造，自由锻仍是唯一有效的方法。

3、自由锻对锻工的技术水平要求高，劳动条件差，生产效率低。

模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。

模锻具有如下特点：(1)生产效率高。

劳动强度低。

(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。

(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。

(4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。

影响金属塑性、强度的因素
一.金属组织对塑性的影响
纯金属及固溶体具有较高的塑性（如纯铁、奥氏体钢），化合物和紧缩性很差（如高速钢）。

铸造组织由于是由粗大组织状结晶组成，合金成分分布不均匀，内部缺陷多，塑性较低。

冷变形后，塑性也有所降低。

二．化学成分对金属性能的影响
碳（C）:含碳量增加，钢的硬度升高，塑性及韧性降低。

当含碳量小于0.8%时，钢的强度随含碳量增加而提高；当含碳量大于0.8%时，钢的强度反而随含碳量的增加而降低。

硅（Si）:在普通碳钢中，硅含量不超过0.5%时，对机械性能影响不大；当硅含量继续增加时，钢的强度指标（特别是屈服强度）有明显提高，但塑性及韧性降低。

锰（Mn）:在一般碳钢中，锰含量在0.7%以下，对钢的性能影响不大。

含锰量增加到1~2%时，可使强度提高，塑性降低，可锻性变差。

钨（W）：单一钨含量的结构钢，其性能与碳钢相比无多大改善，当钨与其他元素合用时，可细化晶粒，降低回火死刑，从而提高钢的强度。

高合金钨钢（高速钢）由于含有大量共晶碳化物，其塑性低。

钼（Mo）：在高速钢中加入钼可提高耐磨性、回火硬度；在不锈钢中有助于提高钢的抗蚀性，还有助于提高钢的高温强度。

钒（V）:钒在钢中能形成高硬度的碳化物，提高钢的耐磨性。

但钒含量过高则使钢的锻造性变差。

钛（Ti）:钛在钢中可细化晶粒，，一定程度上可提高钢的强度。

当钢中钛含量超过0.05%时，其轧制状态的塑性和韧性均将降低。

经过热加工的含钛钢其塑性及韧性有明显的方向性。

钛也可提高钢的高温强度。

铬（Cr）:铬在一定含量内可提高钢的强度和硬度。

金属塑性成形理论基础可锻性及其影响因素1.金属的可锻性。

可锻性是指金属材料受压力加工而产生塑性变形的工艺性能，反映了金属材料获得优质锻件的难易程度。

2.可锻性的衡量塑 性变形抗力金属的可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。

金属的塑性高，变形抗力小，变形时不易开裂，且变形中所消耗的能量也少。

这样的金属可锻性良好；反之，可锻性差。

2.可锻性的衡量1）塑性及塑性指标：是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏其完整性的能力。

%10000⨯-=L L L k δ%10000⨯-=A A A k ψ伸长率断面收缩率0L k L 0A FF LkA2）变形抗力：是指在一定的加载条件下、一定的变形温度下和一定的变形速度下，引起材料发生塑性变形的单位变形力。

2.可锻性的衡量1）塑性及塑性指标：是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏其完整性的能力。

%10000⨯-=A A A k ψ伸长率断面收缩率%10000⨯-=L L L k δ3 金属可锻性影响因素在三向压应力状态，表现较高的塑性和较大的变形抗力； 在两向压应力和一向拉应状态时，表现出较低的塑性和较小的变形抗力。

(1)单相组织比多相组织塑性好，变形抗力也低。

(2)含有较多碳化物的合金， 可锻性差(3)铸态和粗晶组织可锻性差在一定温度范围内，随着变形温度的提高，可锻性提高。

一般变形速度区中，随着速度的增加，塑性下降，可锻性变差。

在高速变形区，随变形速度的增加，，可锻性反而变好。

5）应力状态的影响1）化学成分的影响2）组织的影响3）变形温度的影响4）变形速度的影响(1)纯金属的可锻性比合金的可锻性好；(2)合金成分越复杂，可锻性越差3 金属可锻性影响因素1）化学成分的影响钢中碳含量越高，塑性越差；纯金属的可锻性比合金的可锻性好；2）组织的影响单相组织比多相组织塑性好，变形抗力也低；含有较多碳化物的合金，可锻性差；铸态和粗晶组织可锻性差。

3）变形温度的影响提高加热温度有利于提高锻件的塑性、降低变形抗力。

金属的塑性名词解释金属是一类具有良好导电性和导热性的物质，常见于自然界及人工合成材料中。

而金属的塑性，则是指金属在外力作用下，能够发生可逆形变的性质。

金属的塑性是金属材料广泛应用于工程和制造领域的重要特性之一。

1. 塑性的定义和特点在材料科学中，塑性是指材料在外力作用下能够在不断施加压力的情况下产生形变，并在去除外力后保持永久形变的能力。

金属的塑性是由金属的晶体结构和原子的排列所决定的。

金属晶体的原子对于应力有很强的耐力，可在外力作用下，通过滑移和重排等微观过程发生塑性变形。

相对于其他材料，金属材料具有较高的塑性，这使得金属制品可以通过冷加工、热加工等工艺方式来获得所需形状。

2. 塑性与金属工艺金属的塑性为金属工艺提供了重要的基础条件。

无论是锻造、拉伸、挤压还是压铸、锋锅等金属成型工艺，都依赖于金属的塑性特性。

例如，金属锻造是通过对金属材料施加压力使其塑性变形，来形成所需形状的工艺。

挤压则是指将金属材料放置在挤压机中，通过外力作用将材料压入模具中，从而获得具有中空或复杂横截面的塑性变形零件。

可见，金属的塑性在各种金属工艺中发挥着重要的作用。

3. 影响金属塑性的因素金属塑性受多种因素的影响，下面将介绍其中几个主要因素。

a) 温度：金属的塑性随温度变化而变化。

一般来说，金属的塑性随温度的升高而增加。

温度的变化会影响金属晶体内原子的活动性和间距，从而影响金属的塑性。

b) 结晶度：金属的晶粒度和结晶度对金属的塑性有着重要的影响。

较小的晶粒和高结晶度的金属具有更好的塑性。

c) 合金化：添加适量的合金元素，如镍、钢、铝等可以显著提高金属的塑性。

这是因为合金元素的添加可以改变金属结晶格局，增强晶界的弹性变形能力，从而提高了金属的塑性。

4. 应用前景金属的塑性使得金属材料成为各行各业广泛应用的基础材料。

例如，汽车、飞机、火箭等交通工具的结构部件，以及建筑物的支撑结构往往使用金属材料，这是因为金属的塑性能够满足这些部件在复杂应力条件下的要求。

一、金属的锻造性能锻造性能是金属材料在压力加工时成形的难易程度。

1 . 可锻性的衡量指标1）塑性：材料的塑性越好，其可锻性越好。

2）变形抗力：材料的变形抗力越小，其可锻性越好。

2 . 影响可锻性的因素( 1）金属的本质( 2）变形条件（1）材料本质的影响材料本质方面的影响因素有化学成分和组织等。

1)化学成分一般情况下，纯金属的塑性成形性优于合金，合金中合金元素含量越多，塑性成形性越差。

钢中碳含量、合金元素含量越多，塑性成形性越差。

硫易使钢产生热脆，磷易使钢产生冷脆，都会使钢的塑性成形性降低。

2)金属组织同样的化学成分，固溶体组织的塑性成形性优于机械混合物；细晶组织的塑性成形性优于粗晶组织；热成形组织的塑性成形性优于冷成形组织和铸态组织。

（2）变形条件的影响1)变形温度一般说来，随着变形温度的提高，金属的塑性成形性提高T温越高，材料的可锻性越好。

如45钢室温ζb＝600MPa δ＝20％800℃ζb＝50MPa δ＝60％1200℃ζb＝20MPa δ＝80％这是由于原子的热运动增强，有利于滑移变形和再结晶。

但过高的变形温度会使金属的加热缺陷和烧损增多。

锻造温度范围始锻温度：开始锻造的温度叫始锻温度。

在不出现过热和过烧的前提下提高始锻温度可使金属的塑性提高，变形抗力下降，有利于锻压成形。

碳钢比AE线低200C°左右过热、过烧缺陷终锻温度：停止锻造的温度叫终锻温度。

终锻温度过高，则在随后的冷却过程中晶粒将继续长大，得到粗大晶粒组织，终锻温度太低，则再结晶困难，加工硬化现象严重2) 应变速率：应变速率，是应变相对于时间的变化率（单位为S-1）。

应变速率增加，加工硬化，不易被消除，金属塑性成形性变差。

高于εc时，变形能转化的热能使金属温度上升，金属塑性成形性变好。

3) 应力状态：压应力有利于防止裂纹的产生和扩展，压应力个数越多、数值越大，金属的塑性就越好。

三向压应力—塑性最好、变形抗力最大。

三向拉应力—塑性最差、变形抗力最大。