材料成型金屬學(xué)ch05 金屬在塑性加工過(guò)程中的塑性行為課件

5.金屬在塑性加工過(guò)程中的塑性行為５.1金屬的塑性和塑性指標(biāo)５.1.1塑性的基本概念塑性：金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。塑性是金屬固有的一種性質(zhì),反映材料產(chǎn)生塑性變形的能力。

影響金屬塑性的因素：內(nèi)因：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)等外因：變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)等塑性與柔軟性的區(qū)別：柔軟性反映金屬的軟硬程度，指金屬變形抗力的大小。塑性指金屬的形變能力，用斷裂前的變形程度的大小衡量。二者并不總是一致的.討論金屬在塑性加工中的軟硬程度不用柔軟性,而用變形抗力.塑性與粘性的區(qū)別：塑性:金屬在產(chǎn)生永久變形時(shí),伴隨有組織的變化,但沒(méi)有尺寸數(shù)量級(jí)超過(guò)光的波長(zhǎng)尺寸的完整性的破壞.粘性:物體雖也具有永久性變形,但無(wú)組織的變化和完整性的破壞.1）簡(jiǎn)單加載條件下塑性指標(biāo)的測(cè)定①拉伸（tension)試驗(yàn)法:延伸率(elongation):

延伸率=均勻變形+局部集中變形試樣計(jì)算長(zhǎng)度越長(zhǎng),集中變形比例越小，延伸越小.規(guī)定:L=10d（δ10)或L=5d(δ5)斷面收縮率(fractionalreductionincrosssectionarea)

斷面收縮率與試樣計(jì)算長(zhǎng)度無(wú)關(guān).②壓縮(compression)試驗(yàn)法:壓下率：

影響因素：摩擦、散熱、幾何尺寸③扭轉(zhuǎn)(torsion)試驗(yàn)法:破斷前的扭轉(zhuǎn)數(shù)n或扭轉(zhuǎn)角,整個(gè)長(zhǎng)度上均勻變形．2）模擬塑性加工過(guò)程塑性指標(biāo)的測(cè)定條件:基本應(yīng)力狀態(tài)圖示與所模擬的塑性加工過(guò)程或所模擬的工序相同.工藝塑性指標(biāo):模擬塑性加工過(guò)程法測(cè)定的塑性指標(biāo).其名稱與被確定塑性的該壓力加工過(guò)程的名稱相對(duì)應(yīng),如:軋制性、鍛造性、模鍛性.確定材料鍛造鋼錠法：鐓粗光滑圓柱體試樣或沿輪廓線帶切口的圓柱體試樣，在二斜砧中鍛造鋼錠法。確定縱軋時(shí)材料的軋制性法：平軋輥上軋制楔形試樣法和偏心軋輥上軋制矩形斷面試樣法。確定板料沖壓性的方法：杯突試驗(yàn)法，錐形杯深延法及圓形板坯沖壓成柱形杯法。塑性圖及應(yīng)用塑性圖：塑性指標(biāo)與變形溫度的關(guān)系曲線圖。作用：確定合理的熱加工溫度范圍和應(yīng)采取的變形程度。塑性圖中常用塑性指標(biāo)：δ、ψ、αk、n、ε，教材圖５－４正確確定變形溫度和變形程度，需要相圖、再結(jié)晶圖、塑性圖配合，即三圖定溫。5.2金屬的化學(xué)成分及組織對(duì)塑性的影響純金屬具有較高塑性。純金屬加入其它合金元素后成單相固溶體時(shí)也有較好塑性.若所含的元素形成化合物時(shí)，塑性降低。面心立方>體心立方>六方晶格合金的某元素與基體金屬形成固溶體時(shí)，此二元合金的塑性主要由基體元素的塑性決定，此情況也適用于三元合金。合金成分中不溶于固溶體或部分溶于固溶體中元素將形成某種成分的過(guò)剩相存在于晶內(nèi)或晶界，這些過(guò)剩相對(duì)其塑性有非常大的影響。5.2.1化學(xué)成分的影響Ni、W、Mo：強(qiáng)度↑，塑性↓Cr：塑性↓；V：強(qiáng)度↑，塑性不變。含量高時(shí)，塑性↓；Al：晶界形成AlN，塑性↓Cu：塑性↑，還原氣氛中加熱，塑性↓；B：<0.02%，塑性好，達(dá)到0.1%，塑性↓。晶界形成熔點(diǎn)低共晶體。H：含量少無(wú)影響；含量多冷速快時(shí)，白點(diǎn)；N：含量少無(wú)影響；含量多時(shí)紅脆。稀土：塑性↑。減低氣體含量；與有害雜質(zhì)形成高熔點(diǎn)化合物抵消有害作用；含硫量降低。碳鋼的延伸率和斷面收縮率與溫度的關(guān)系800℃鋼的塑性低，因?yàn)榇藭r(shí)具有鐵素體和奧氏體雙相組織；鋼中鐵素體相越多，塑性越低。網(wǎng)狀碳化物對(duì)塑性有害，可通過(guò)熱加工變形消除。塑性：鍛鋼>鑄鋼原因：網(wǎng)狀碳化物破碎且均勻分布。溫度對(duì)塑性影響的典型示意圖變形溫度對(duì)碳鋼的塑性的影響四個(gè)低塑性區(qū)：Ⅰ區(qū)：塑性極低。-200℃時(shí)，接近0。原子熱運(yùn)動(dòng)能力極低，也可能與晶粒邊界的某些組織組成物的脆化有關(guān)。Ⅱ區(qū)：藍(lán)脆區(qū)，200~400℃；Ⅲ區(qū)：800~950℃，與相變有關(guān)。也有人認(rèn)為與S有關(guān)，稱之為紅脆（熱脆）區(qū)。Ⅳ區(qū)：溫度接近熔化溫度，易過(guò)熱或過(guò)燒，使晶間強(qiáng)度減弱，塑性↓。三個(gè)高塑性區(qū)：

1區(qū)：100~200℃

原因：原子熱振動(dòng)↑。

2區(qū)：700~800℃

原因：發(fā)生再結(jié)晶、擴(kuò)散。

3區(qū)：950~1250℃

原因：具有均勻γ組織，充分軟化。

完全硬化條件下變形速度對(duì)塑性的影響：隨變形速度的升高，塑性降低。在非常低的變形速度下，塑性降低。

第一次上升：隨變形速度↑，晶粒邊界上的粘性流動(dòng)消失，變形抗力↑，滑移開(kāi)始作用，塑性↑。

繼續(xù)提高變形速度，塑性又開(kāi)始下降：隨變形速度↑，變形抗力升高，達(dá)到相應(yīng)于更小變形程度下的斷裂抗力之值。

第二次上升：熱效應(yīng)起作用，溫度↑，變形抗力下降。

第二次下降：熱效應(yīng)極大，把金屬加熱到出現(xiàn)液相或大大降低其晶間物質(zhì)的強(qiáng)度。

粘性流動(dòng)時(shí)變形速度對(duì)塑性的影響中溫塑性變形（溫變形）：上限：開(kāi)始再結(jié)晶溫度?；舅苄宰冃螜C(jī)構(gòu)：晶內(nèi)滑移。bcc：塑性好，但變形速度↑時(shí)，塑性↓；fcc、hcp：由于相變，規(guī)律不同。形變時(shí)效：變形抗力↑，塑性↓。（鋼的蘭脆：400℃金屬的硬化和塑性降低與析出化合物的高彌散質(zhì)點(diǎn)有關(guān)，↑變形速度，彌散硬化來(lái)不及形成，塑性不會(huì)↓。↑變形溫度，塑性無(wú)影響。高溫塑性變形（熱變形）↑變形溫度，塑性↑。

紅脆：0.5~0.8Tm，晶間斷裂，塑性↓。一般含較多O、N、H、C等夾雜。成因：各種化合物在晶界上的偏析。夾雜偏析：擴(kuò)散產(chǎn)生紅脆；易熔化合物偏析：晶界熔化、晶界強(qiáng)度↓；脆性化合物：（難熔金屬和合金）阻礙晶界滑移，晶界連續(xù)變形遭破壞，導(dǎo)致晶間斷裂。變形速度↑，抑制紅脆；抑制了控制晶間破壞的熱活化擴(kuò)散過(guò)程，減少晶間變形對(duì)總變形的貢獻(xiàn)。5.4.2變形狀態(tài)的影響主變形圖中壓縮分量越多,對(duì)充分發(fā)揮金屬的塑性越有利.主變形圖排序:二壓一拉>一壓一二拉一壓原因:實(shí)際變形物體中的缺陷:如氣孔、夾雜、縮孔、空洞等.二拉一壓時(shí),向兩個(gè)方向擴(kuò)大暴露弱點(diǎn),但二壓一拉下,可成為線缺陷,使危害減小.變形物體內(nèi)變形狀態(tài)均勻分布時(shí),則因避免不均勻變形的出現(xiàn),使金屬的塑性提高.雖然三向壓最有利于發(fā)揮塑性,但會(huì)使單位變形力增加,因此,選擇加工方法時(shí)應(yīng)視具體條件而定.5.5其它因素對(duì)塑性的影響分散變形：↑塑性；原因：每次變形量小，遠(yuǎn)低于塑性指標(biāo)，因此，產(chǎn)生應(yīng)力小，不足以引起斷裂。變形間隙中的軟化，↑塑性。尺寸因素：隨物體體積↑，塑性↓，達(dá)到一定值后不變。