第五章--金属的塑性与变形抗力详解.doc

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金属的塑性变形抗力 摘要:塑性加工时,使金属发生塑性变形的外力,称为变形力。金属抵抗变形之力,称为变形抗力。变形抗力和变形力数值相等,方向相反,一般用平均单位面积变形力表示其大小。当压缩变形时,变形抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力,故亦称单位流动压力。 关键字:塑性 变形抗力 1、金属塑性的概念 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 2、塑性和柔软性 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。 3、塑性指标 表示金属与合金塑性变形性能的主要指标有: (1)拉伸试验时的延伸率(δ)与断面收缩率(ψ)。 (2)冲击试验时的冲击韧性αk。 (3)扭转试验的扭转周数n。 (4)锻造及轧制时刚出现裂纹瞬间的相对压下量。 (5)深冲试验时的压进深度,损坏前的弯折次数。 4、一些因素对塑性的影响规律 A 化学成分的影响 (1)碳 随着含碳量的增加,渗碳体的数量也增加,塑性的降低 (2)磷 磷一般说来是钢中有害杂质,磷能溶于铁素体中,使钢的强度、硬度增加,但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重,故称为冷脆。 (3)硫 硫是钢中有害杂质,它在钢中几乎不溶解,而与铁形成FeS,FeS与Fe的共晶体其熔点很低,呈网状分布于晶界上。当钢在800~1200℃范围内进行塑性加工时,由于晶界处的硫化铁共晶体塑性低或发生熔化而导致加工件开裂,这种现象称为热脆(或红脆)。另外,硫化物夹杂促使钢中带状组织形成,恶化冷轧板的深冲性能,降低钢的塑性。 (4)氮 590℃时,氮在铁素体中的溶解度最大,约为0.42%;但在室温时则降至0.01%以下。若将含氮量较高的钢自高温较快地冷却时,会使铁素体中的氮??饱和,并在室温或稍高温度下,氮将逐渐以Fe4N形式析出,造成钢的强度、硬度提高,塑性、韧性大大降低,使钢变脆,这种现象称为时效脆性。 (5)氢 对于某些含氢量较多的钢种(即每100克钢中含氢达2毫升时就能降低钢的塑性),热加工后又较快冷却,会使从固溶体析出的氢原子来不及向钢表面扩散,而集中在晶界、缺陷和显微空隙等处而形成氢分子(在室温下原子氢变为分子氢,这些分子氢不能扩散)并产生相当大的应力。在组织应力、温度应力和氢析出所造成的内应力的共同作用下会出现微细裂纹,即所谓白点,该现象在中合金钢中尤为严重。 (6)铜 实践表明,钢中含铜量达到0.15%~0.30%时,钢表面会在热加工中龟裂。 (7)硅 含硅量在0.5%以上时,由于加强了形成铁素体的趋势,对塑性产生不良影响。在硅钢中,当含硅量大于2.0%时,使钢的塑性降低。当含硅量达到4.5%时,在冷状态下钢已变的很脆,如果加热到100℃左右,塑性就有显著改善。一般冷轧硅钢片的含硅量都限定在3.5%左右。 (8)铝 铝对钢及低合金钢的塑性起有害作用。这可能是由于在晶界处形成氮化铝所致。铝作为合金元素加入钢中是为了得到特殊性能。含铝量较高的铬铝合金,在冷状态下塑性较低。 B 组织的影响 (1)单相组织(纯金属或固溶体)比多相组织塑性好 (2)晶粒细化有利于提高金属的塑性 (3)化合物杂质呈球状分布对塑性较好;呈片状、网状分布在晶界上时,使金属的塑性下降。 (4)经过热加工后的金属比铸态金属的塑性高。 C 变形温度对不同的钢种塑性的影响 (1)温度对合金钢塑性的影响 将温度对典型合金钢塑性的影响归纳成五种基本规律,如图5-9所示。图5-9 温度对合金钢塑性的影响 曲线1 表示金属塑性随温度升高而增加,温度超过1200℃以后,其塑性直线下降。大多数工业用钢诸如各种碳素钢与合金结构钢都属于这一类型。 曲线2 表示金属的塑性随温度升高而降低,温度超过900℃以后,下降趋势更加显著。这一曲线只适用于少数高合金钢,如1Cr25Ni20Si2不锈钢属于这一类。显然对这种合金钢加工非常困难。 曲线3 表示随温度升高塑性很少变化,滚动轴承钢GCr15就属于这种类型。 曲线4 表示在某一中间温度金属的塑性下降,而温度更高些或较低时都有较好的塑性,工业纯铁属于这一类。 曲线5 表示温度升高至某—中间温度时塑性较高,继续升高温度时塑性降低,如1Cr18Ni9 Ti不锈钢就属于这种类型。 图5-9 温度对合金钢塑性的影 (2)温度对碳素钢塑性的影响规律 总的趋势是随温度的升高,塑性是增加的。但是,在温度升高的全过程

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