第17讲变形抗力影响因素

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论述碳素钢变形抗力、塑性的影响因素摘要：从金属成形工艺的角度出发，我们总希望变形的金属和合金具有高的塑性和低的变形抗力。

随着生产的发展，出现了许多低塑性、高强度的新材料，需要采用相应的新工艺进行加工。

因此研究金属的塑性和变形抗力，是一个十分重要的问题。

本文的目的在于阐明塑性和变形抗力的概念，讨论各种因素对它们的影响。

关键词：合金碳钢塑性变形抗力前言碳钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。

世界各工业国家，在努力增加低合金高强度钢和合金钢产量的同时，也非常注意改进碳素钢质量，扩大品种和使用范围。

目前碳钢的产量在各国钢总产量中的比重，约保持在80%左右，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业，而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用。

因此研究碳钢的影响因素，提高碳钢的质量有着重要的意义。

本文主要论述碳钢变形抗力、塑性的影响因素，通过对影响因素内因、外因的分析，从而保证碳钢的质量，提高碳钢的性能。

一．塑性<一>塑性的概念塑性：金属在外力作用下产生永久变形而不被破坏其完整性的能力塑性反映了材料产生塑性变形的能力；塑性不是一成不变的，同一种材料，在不同的变形条件下，会反映出不同的塑性。

<二>影响金属塑性的因素内因：化学成分、组织状态。

外因：变形温度、变形速度、应力状态。

1.内因<1>化学成分的影响在碳钢中，Fe和C是基本元素。

在合金钢中，除Fe和C外还含有合金元素，常见的合金元素有Si、Mn、Ni、W、Mo、V、Co、Ti等。

此外由于矿石的加工等方面的原因，在各类钢中还含有一些杂质，如P、S、N、H、O等。

一般的影响规律是随着碳和杂质含量的增加，金属的塑性降低。

碳碳对碳钢的性能影响最大，碳能固溶于铁形成铁素体和奥氏体，它们都具有良好的塑性和较低的变形抗力。

当碳的含量超过铁的溶碳能力时，多余的碳便与铁形成化合物Fe3C，即形成渗碳体。

2.2金属的塑性与变形抗力金属的塑性的概念及测定方法金属塑之所以能进行压力加工主要是由于金属具有塑性这一特点。

所谓塑性，是指金属在外力作用下，能够稳定的产生不可恢复的永久变形而不破坏其完整性的能力。

金属塑性的大小用其在断裂前产生的最大变形程度来表示，一般通常称压力加工时金属塑性变形的限度，或“塑性极限”为塑性指标。

应当指出，不能把塑性和柔软性混淆起来。

不能认为金属比较软，在塑性加工过程中就不易破裂。

柔软性反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易，不能认为变形抗力小的金属塑性就好，或是变形抗力大的金属塑性就差。

金属的塑性不仅受金属内在的化学成分与组织结构的影响，也和外在的变性条件有密切的关系。

对于研究金属塑性的目的，在于选择合适的变形方法，确定合理的变形温度、速度条件以及采用的最大变形量，以便使低塑性难变形金属能顺利实现成形过程。

表示金属塑性变形性能的主要指标有：a、拉伸试验时的延伸率（δ％）与断面收缩率（％）；b、冲击试验时的冲击韧性аk；c、扭转试验的扭转周数n；d、锻造及轧制时刚出现裂纹瞬间的压下量；e、深冲试验时的压进深度，损坏前的弯折次数。

影响塑性的因素及提高塑性的途径1、化学成分的影响金属的塑性直接决定于它的化学成分。

纯金属的塑性最好，若其中另外含有一种或几种元素，其塑性将随各种元素的种类和含量而变化。

例如：（1）碳素钢中随碳含量的增加，塑性相应降低。

（2）磷磷引起钢的冷脆。

（3）硫、氧引起钢的热脆（或火红脆）。

（4）氮造成钢的实效脆性。

（5）氢在钢中造成白点。

（6）镍含量在5%以下时能改善钢在热加工时的强度和塑性，而含量超过9%就会降低钢热加工时的塑性。

（7）铬是铁素体形成元素，一定的含铬量下会出现铁素体过剩相，使材料塑性降低。

（8）钨、钼、钒都是碳化物形成元素，且碳化物极为稳定；能阻止奥氏体在加热时的晶粒长大，使钢对过热的敏感性变小。

图2-5 合金元素对铁素体伸长率和韧性的影响2、组织对塑性的影响钢的化学成分一定而组织不同时，塑性也有很大差别。

影响碳钢的变形抗力和塑性的因素分析影响碳钢的变形抗力和塑性的因素分析一、金属的塑性与变形抗力1.1金属之所以能进行压力加工主要是由于金属具有塑性这一特点。

所谓塑性，是指金属在外力作用下，能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力。

金属塑性的大小，可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。

一般通常称压力加工时金属塑性变形的限度，或“塑性极限”为塑性指标。

应当指出，不能把塑性和柔软性混淆起来。

不能认为金属比较软，在塑性加工过程中就不易破裂。

柔软性反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易。

不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或是变形抗力大的金属塑性就差。

例如：室温下奥氏体不锈钢的塑性很好，能经受很大的变形而不破坏，但它的变形抗力却非常大；工业纯铁的变形抗力很低，柔软性很好，对于过热和过烧的金属与合金来说，其塑性很小，甚至完全失去塑性变形的能力，而变形抗力也很小；也有些金属塑性很高而变形抗力又小，如室温下的铅等。

金属的塑性不仅受金属内在的化学成分与组织结构的影响，也和外在的变形条件有密切关系。

同一金属或合金，由于变形条件不同，可能表现有不同的塑性，甚至由塑性物体变为脆性物体，或由脆性物体转变为塑性物体。

例如受单位拉伸的大理石是脆性物体，但在较强的平均应力下压缩时，却能产生明显的塑性变形而不破坏。

对金属与合金塑性的研究，是压力加工理论与实践的重要课题之一。

研究的目的在于选择合适的变形方法，确定合理的变形温度、速度条件以及采用的最大变形量，以便使低塑性难变形的金属与合金能顺利实现成型过程。

1.2金属塑性的测定方法由于变形力条件对金属的塑性有很大影响，所以目前还没有一种实验方法能测出可表示所有压力加工方式下金属塑性的指标。

为了正确选择变形温度、速度条件和最大变形量，必须测定金属在不同条件下允许的极限变形量—塑性指标。

每种实验方法测定的塑性指标，虽然只能表明金属在该变形过程中所具有的塑性，但也不应否定一般测定方法的应用价值，因为这些实验可以得到相对的和可比较的塑性指标。

金属塑性变形抗力计算的意义及方法摘要：变形抗力作为材料的一种特性，反映了热变形过程中显微组织变化情况，因此，如果金属塑性变形中的变形抗力能够准确地测量出来，那么伴随变形过程的显微组织变化，就能够通过变形抗力的变化而预报出来。

从而能够在变形后不进行性能测试的情况下，预测工件的力学性能。

本文着重介绍金属塑性变形抗力及其计算的意义及方法。

关键词：塑性变形抗力；变形抗力；计算方法；意义金属材料的变形抗力是指金属在一定的变形条件下进行塑性变形时，在单位横截面积上抵抗此变形的能力。

变形抗力是表征金属和合金压力加工性能的一个基本量。

变形抗力的研究起步很早，由于实验条件有限，20世纪40年代以前属于研究的萌芽阶段，20世纪40年代以后随着热模拟技术的应用对变形抗力的研究才有了很大的进步。

1 变形抗力的测定方法简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布1.1 拉伸试验法：/pl P F ε= ()0ln /l l ε=1.2 压缩试验法：/pc P F ε= ()0ln /h h ε=1.3 扭转试验法： 圆柱体试样4032Mr d τπ=⋅ 空心管试样02M F d τ=平2 影响变形抗力的主要因素2.1金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响2.1.1化学成分对塑性变形抗力的影响对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形抗力也大。

同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。

合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显著影响。

原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；2）形成化合物；3）形成第二相组织，使变形抗力增加。

2.1.2组织对塑性变形抗力的影响1）基体金属原子间结合力大，变形抗力大。

单相组织合金含量越高，S σ越大。

原因：晶格畸变。

单相组织变形抗力大于多相组织。

硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则S σ高。

2）第二相越细、分布越均匀、数量越多，则S σ越高。

质点阻碍滑移。

3）晶粒直径越大，变形抗力越大。