材料成型原理..ppt

第四节 影响塑性和变形抗力的因素 一、塑性、塑性指标和塑性图 塑性：金属在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 1、塑性反映了材料产生塑性变形的能力； 2、塑性不是固定不变的，同一种材料，在不同的变形条件下，会表现出不同的塑性。 3、影响金属塑性的因素主要有两方面： 1）内因：金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等； 2）外因：变形时外部条件，如变形温度和受力状况等。 塑性指标： 为衡量金属塑性的高低而确定的数量上的指标，一般以金属材料开始发生破坏时的塑性变形量来表示。 常用的塑性指标： 拉伸试验伸长率δ(％) 断面收缩率Ψ（％） 拉伸试验 塑性指标还可以用镦粗实验和扭转试验测定。 镦粗试验（试样的高度为直径的1.5倍）中，以出现第一条裂纹时的变形程度为塑性指标： 塑性图： 在不同的变形速度下，以不同温度下的各种塑性指标（ 、 、 、 、αk等）为纵坐标、以温度为横坐标绘制成的函数曲线。 二、对塑性的影响因素 （一）化学成分和合金成分对金属塑性的影响 金属的塑性随其纯度的提高而增加，如98％的纯铝伸长率为30 ％ ， 99.96％的纯铝伸长率为45％ 产生脆化现象，使冷热变形都非常困难。如碳钢中： P——冷脆 S——热脆 N——时效脆性 H——氢脆 杂质的存在状态、分布情况和形状不同，对塑性的影响也不同；如：Pb、S、Sn等 不溶于金属 ————— 降低金属塑性 溶于金属 ————— 塑性变化不大 杂质元素之间相互作用对金属的塑性产生影响。 硫 +Fe —— FeS（熔点1190℃ ），热脆 +Mn —— MnS （熔点1600℃ ），塑性提高 合金元素特性、数量、元素之间的相互作用及分布等对金属的塑性产生影响。?????? 碳：形成单相固溶体（fcc）——铁素体和奥氏体——有较好 的塑性； 形成脆性过剩相——渗碳体——塑性降低。 铬、钨、钼、钛、钒：形成硬而脆的碳化物——塑性下降。 钛、钒：形成高度弥散的碳化物细小颗粒——对塑性影响不 大。 注：对冷加工用钢而言，含碳量应尽量低。 下面以碳钢为例，分析碳及杂质元素（P、 S、 N、 H、 o）对塑性的影响 1、碳　碳对碳钢性能的影响最大 1）碳能固溶于铁，形成铁素体和奥氏体，它们具有良好的塑性。 2）当铁中的碳含量超过其溶碳能力时，多余的碳便以渗碳体Fe3C形式出现，它具有很高的硬度，而塑性几乎为零。 含碳量越高，渗碳体的数量越多，金属的塑性也越差。 2、磷 钢中有害杂质，在钢中有很大的溶解度，易溶于铁素体，使钢的塑性降低，在低温时更为严重，这种现象称为冷脆性。 此外，磷具有极大的偏析倾向，能促使奥氏体晶粒长大。 3、硫 钢中有害物质，主要与铁形成FeS，与其它元素形成硫化物。 硫化物及其共晶体（ Fe-FeS ），通常分布于晶界上，在钢的锻造温度范围内会发生变形开裂，即“热脆”现象。 在钢中加入适量锰，生成MnS，硫化锰及其共晶体的熔点高于钢的锻、轧温度，不会产生热脆性，从而消除硫的危害。 4、氮 在钢中主要以氮化物Fe4N形式存在。当含量较小时，对钢的塑性影响较小；当含量增加时，钢的塑性下降。 当含氮量较高的钢从高温快冷至低温时，α铁被过饱和，随后以Fe4N形式析出，使钢的塑性、韧性大大下降，这种现象称为时效脆性。 5、氢 钢中溶氢，会使钢的塑性、韧性下降，造成所谓“氢脆” （白点） 。 6、氧 在钢中溶解度很小，主要以氧化物的形式出现，降低钢的塑性。与其它夹杂物形成共晶体，分布于晶界处，造成钢的热脆性。 7、其它元素：主要是降低钢的塑性，提高变形抗力 （二）组织状态对金属塑性的影响 晶格类型的影响 面心立方——12个滑移系，同一滑移面上3个滑移方向，塑性最好，如铝、铜和镍等。 体心立方——12个滑移系，同一滑移面上2个滑移方向，塑性较好，如钒、钨、钼等。 密排六方——3个滑移系，塑性最差，如镁、锌、钙等。 晶粒度的影响 晶粒度越小，越均匀，塑性越高。 相组成的影响 单相组织塑性好；多相组织塑性差（晶界、晶内；硬相、软相） 。 （三）变形温度对金属塑性的影响 对大多数金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。 1）发生回复与再结晶，消除了加工硬化。