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《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。
一、加工硬化加工硬化指经过塑性变形后，金属内部的组织结构和物理力学性能发生改变，其塑性、韧性下降，强度、硬度增加，继续变形的力提高的现象。
微观上，加工硬化与金属内部的位错滑移、位错交割、位错塞积、交滑移以及晶粒的破碎与变化等有关。
加工硬化的后果： 强度提高，增加设备吨位；塑性下降，降低变形程度，增加变形工序和中间退火工序；强化金属材料（不能热处理的），提高金属零件的强度，改善冷塑性加工的工艺性能。
附：金属的结构：单晶体结构（体心立方、面心立方、密排六方） 实际多晶体结构（点缺陷、线缺陷、面缺陷） 单晶体的塑性变形机构：滑移，挛生 位错理论的基本概念：位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错运动与增值 多晶体冷塑性变形的微观机理：晶界、晶粒位向、晶内变形、晶间变形、变形不均匀性、 变形后组织与性能的改变 有关基本内容参阅金属学及热处理 二、金属的塑性与塑性指标金属的塑性：指固体金属在外力的作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。
注：塑性是一种状态、而不是一种性质 塑性的影响因素：（各因素具体的影响没详细） 内部因素：晶格类型、化学成分、晶相组织； 外部因素：变形温度、变形速度、受力状态 附：塑性指标三、金属受外力而变形，抵抗变形的力—变形抗力 变形的难易程度 单位流动应力 变形抗力的影响因素： 化学成分、组织结构、变形温度 变形速度、变形程度、应力状态四、金属的超塑性—金属材料在一定的内部条件（金属的组织状态）和外部条件（变形温度、变形速度）下变形体现出的极高的塑性，延伸率达δ＝100％～2000％。
, m ＝0.3~1.0超塑性结构超塑性（微细晶粒超塑性） 动态超塑性（相变超塑性）超塑性的影响因素：组织结构（晶粒度5 ~ 10μm ） 变形温度（0.5 ~ 0.7T m ）、变形速度（10-4 ~ 10-1 min-1） 五、塑性力学的基本假设：1.变形体连续2.变形体均质和各向同性3.变形体静力平衡4.体积力和体积变形不计 六、主应力、应力状态特征方程（在课本上） 1、应力特征方程的解是唯一的；2、对于给定的应力状态，应力不变量也具有唯一性；3、应力第一不变量J1反映变形体体积变形的大小，与塑性变形无关；J3也与塑性变形无关；J2与塑性变00100%h l l l δ-=⨯ 延伸率−00100%hA A A φ-−=⨯断缩面收率 00100%h C H H H ε-−=⨯压缩变形程度()()()()()()()()22222222222212322311616x y y z z x xy yz zx x y y z z x xy yz zx J σσσσσστττσσσσσστττσσσσσσ⎡⎤''''''=-++-++⎣⎦⎡⎤=-+-+-+++⎢⎥⎣⎦⎡⎤=-+-+-⎣'⎦10x y z J σσσ'''+'=+=形有关；4、应力不变量不随坐标而改变，是确定点的应力状态异同的判据。
金属塑性及其影响因素从生产工艺角度出发，总是希望变形金属具有高的塑性，随着科学技术的发展，有越来越多的低塑性、高强度材料需要进行塑性成型，以适应生产的需要。
塑性是材料力学性能中的一项重要指标，测定某一材料合不合格，对其塑性有严格的标准规定。
人们往往只认识到材料力学性能中强度这一项，而对塑性没有足够的重视。
然而在生产实际中，从各种机械零件到巨大的船舶、桥梁、容器等在使用过程中都有不少因塑性不够而发生脆断的例子。
因此研究如何提高金属塑性的问题无疑具有重要意义。
1金属塑性和塑性指标所谓塑性，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。
为了衡量金属塑性的高低，需要有一种数量上的指标，称为塑性指标。
塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法来测定，如拉伸、墩粗和扭转实验等。
通常情况我们用拉伸实验测定金属的塑性指标，对应于拉伸实验的塑性指标，用延伸率a表示。
a的数值由下式确定:一Lo)/Lo x100%δ=(Lk一拉伸试样原始标距间长度式中:Lk一拉伸试样破断后标距间的长度Lk对应于不同材料，对其塑性有不同的标准规定，如标准铃轧扭钢筋》(JG3046一1998)中规定冷轧扭钢筋的延伸率8应符合吕I。
)4.5%;标准伽筋混凝土用热轧光圆钢脚(GB13013一91)中规定钢筋的延伸率吕应符合吕5)25%。
因此严格测定材料的塑性对判定材料是否符合标准要求起着重要的作用，并且塑性指标对于正确拟定产品加工工艺具有重要的参考价值。
那么，什么影响着金属塑性的高低呢?影响金属塑性高低的主要因素有两方面，一方面是内因，即金属本身的化学成分、组织等;另一方面是外因，即变形时的外部条件，如变形温度、变形速度等。
下面将对这两方面因素是如何影响金属塑性的高低做具体分析。
2化学成分和组织对金属塑性的影响金属本身的化学成分和组织对塑性的影响非常明显，但也很复杂。
现以钢(碳钢和合金钢)为主要对象，分析其化学成分和组织对金属塑性的影响。
《塑性力学及成形原理》知识点汇总第一章绪论1.塑性的基本概念2.了解塑性成形的特点第二章金属塑性变形的物理基础1.塑性和柔软性的区别和联系2.塑性指标的表示方法和测量方法3.磷、硫、氮、氢、氧等杂质元素对金属塑性的影响4.变形温度对塑性的影响；超低温脆区、蓝脆区、热脆区、高温脆区的温度范围补充扩展：1.随着变形程度的增加，金属的强度硬度增加，而塑性韧性降低的现象称为:加工硬化2.塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，通过拉伸试验可以的两个塑性指标为:伸长率和断面收缩率3.影响金属塑性的因素主要有:化学成分和组织、变形温度、应变速率、应力状态（变形力学条件）4.晶粒度对于塑性的影响为:晶粒越细小，金属的塑性越好5.应力状态对于塑性的影响可描述为（静水压力越大）：主应力状态下压应力个数越多，数值越大时，金属的塑性越好6.通过试验方法绘制的塑性一一温度曲线，成为塑性图第三章金属塑性变形的力学基础第一节应力分析1.塑性力学的基本假设2.应力的概念和点的应力状态表示方法3.张量的基本性质4.应力张量的分解；应力球张量和应力偏张量的物理意义；应力偏张量与应变的关系5.主应力的概念和计算；主应力简图的画法J =O +O +O公式（3-14）应力张量不变量的计算J =-9 O +o o +O O ）+T 2 +T 2 +T 2 ...................................................... 2兀y y z z兀冲yz小J =OOO + 2T T T - （OT 2 +o T 2 +O T 2 ） 3 兀 y z xy yz zx x yz y zx z xy公式(3-15)应力状态特征方程o 3 - J o 2 - J a -J = 01 2 3(当已知一个面上的应力为主应力时，另外两个主应力可以采用简便计算公式(3-35)・・・・・・・・ 的形式计算)6 .主切应力和最大切应力的概念计算公式(3-25)最大切应力T = 1(o -o ) max 2 max min7 .等效应力的概念、特点和计算主轴坐标系中公式(3-31) o =上T 1 =上 J(o -o )2 + (o -o )2 + (o -o )2 = J3J' ：2 8弋 2 1 2 ............................. 2 3 3 1 ， 2任意坐标系中公式(3-31a) o =工《(o -o )2 + (o -o )2 + (o -o )2 + 6(T 2 +T 2 +T 2) ............................................... 2 2 * 兀 ' ' z z x xy yz. zx8 .单元体应力的标注；应力莫尔圆的基本概念、画法和微分面的标注 9 .应力平衡微分方程 第二节应变分析1 .塑性变形时的应变张量和应变偏张量的关系及其原因2 .应变张量的分解，应变球张量和应变偏张量的物理意义3 .对数应变的定义、计算和特点，对数应变与相对线应变的关系4 .主应变简图的画法5 .体积不变条件公式(3-55)用线应变0=8 +8 +8 = 0 ；用对数应变(主轴坐标系中)e +G +e = 0 xy z ..........................1 (2)36 .小应变几何方程S u1 ,S u S v.8 =—；丫 二Y =-(——+ x S x xy yx2 S y S x 公式(3-66) 8 S v =—；Y 二Y 1 ,S v S 叭 =-(—+ ——)• ••••••• yS y yz zy2 S z S yS w1 ,S w S 8 =-；Y 二Y =一(——z S z zx xz2 S x S z第三节 平面问题和轴对称问题1.平面应变状态的应力特点；纯切应力状态的应力特点、单元体及莫尔圆公式（3-86） o =o =十（o +o ） =o..................... z2213 m第四节屈服准则 1 .四种材料的真实应力应变曲线 2 .屈雷斯加屈服准则 公式（3-96） T =乙=K ・・・・・・・・ - max 2 3.米塞斯屈服准则 公式(3-101) (o —o )2 + (o —o )2 + (o —o )2 + 6(T 2 +T 2 +T 2) = 2o 2 = 6K 2.................................................. 无 y y z z 无盯 yz zxs(o —o )2 + (o —o )2 + (o —o )2 = 2o 2 = 6K 24 .两个屈服准则的相同点和差别点5 . o 1-orBo s ,表达式中的系数p 的取值范围 第五节塑性变形时应力应变关系 1 .塑性变形时应力应变关系特点 2 .应变增量的概念，增量理论 公式（3-125） d £ =o 、d 九• • •••••••IJ IJ公式（3-129） d £ =丝［o - 1（o +o ）］ ； d y =3竺T ........................ x o x 2y zxy2 o xy d £ = =[o - -(o +o)]； y o y 2 x z d yyz 人 d £「1 /d £ = =[o --(o z o z 2x+o y )l ；,3 d £dy = 一 =T zx 2o zx 3.比例加载的定义及比例加载须满足的条件 第六节塑性变形时应力应变关系 1.真实应力应变曲线的类型第四章金属塑性成形中的摩擦1.塑性成形时摩擦的特点和分类；摩擦机理有哪些？影响摩擦系数的主要因素2.两个摩擦条件的表达式3.塑性成形中对润滑剂的要求；塑性成形时常用的润滑方法第五章塑性成形件质量的定性分析1.塑性成形件中的产生裂纹的两个方面2.晶粒度的概念；影响晶粒大小的主要因素及细化晶粒的主要途径3.塑性成形件中折叠的特征第六章滑移线场理论简介1.滑移线与滑移线场的基本概念；滑移线的方向角和正、负号的确定2.平面应变应力莫尔圆中应力的计算；o = o —K sin 23公式（7-1） o =o + K sin23................ y mT = K cos 233.滑移线的主要特性；亨盖应力方程公式（7-5） o —o = ±2K3................ ma mb ab4.塑性区的应力边界条件；滑移线场的建立练习题一、应力-2 0 0 -1、绘制o ij= 0 4 -1的单元体和应力莫尔圆，并标注微分面。
塑性变形的影响因数金属在室温下的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。
加工硬化塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发塑性变形力学原理生交割，位错的运动受到阻碍，使金属产生加工硬化。
加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。
内应力塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力。
残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。
各向异性金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。
各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。
当变形量很大(如70％或更大)而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。
沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。
当金属在热态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金属仍有各向异性。
再结晶和回复经过冷变形的金属，如加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现新的晶核，并成长为新的晶粒，这种现象称为再结晶。
经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起的加工硬化、残余应力等都会完全消除。
再结晶温度通常以经一小时保温完成再结晶的温度为金属的再结晶温度。
各种金属的再结晶温度，按绝对温度(K)计大约相当于该金属熔点的40～50％。
低碳钢的再结晶温度约460℃。
当变形程度较小时,在再结晶过程中，尤其是当温度偏高时，再结晶的晶粒特别粗大。
