材料成型金属学ch05 金属在塑性加工过程中的塑性行为课件

5.金属在塑性加工过程中的塑性行为５.1金属的塑性和塑性指标５.1.1塑性的基本概念塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性是金属固有的一种性质,反映材料产生塑性变形的能力。

影响金属塑性的因素：内因：化学成分、组织结构等外因：变形温度、变形速度、应力状态等塑性与柔软性的区别：柔软性反映金属的软硬程度，指金属变形抗力的大小。塑性指金属的形变能力，用断裂前的变形程度的大小衡量。二者并不总是一致的.讨论金属在塑性加工中的软硬程度不用柔软性,而用变形抗力.塑性与粘性的区别：塑性:金属在产生永久变形时,伴随有组织的变化,但没有尺寸数量级超过光的波长尺寸的完整性的破坏.粘性:物体虽也具有永久性变形,但无组织的变化和完整性的破坏.1）简单加载条件下塑性指标的测定①拉伸（tension)试验法:延伸率(elongation):

延伸率=均匀变形+局部集中变形试样计算长度越长,集中变形比例越小，延伸越小.规定:L=10d（δ10)或L=5d(δ5)断面收缩率(fractionalreductionincrosssectionarea)

断面收缩率与试样计算长度无关.②压缩(compression)试验法:压下率：

影响因素：摩擦、散热、几何尺寸③扭转(torsion)试验法:破断前的扭转数n或扭转角,整个长度上均匀变形．2）模拟塑性加工过程塑性指标的测定条件:基本应力状态图示与所模拟的塑性加工过程或所模拟的工序相同.工艺塑性指标:模拟塑性加工过程法测定的塑性指标.其名称与被确定塑性的该压力加工过程的名称相对应,如:轧制性、锻造性、模锻性.确定材料锻造钢锭法：镦粗光滑圆柱体试样或沿轮廓线带切口的圆柱体试样，在二斜砧中锻造钢锭法。确定纵轧时材料的轧制性法：平轧辊上轧制楔形试样法和偏心轧辊上轧制矩形断面试样法。确定板料冲压性的方法：杯突试验法，锥形杯深延法及圆形板坯冲压成柱形杯法。塑性图及应用塑性图：塑性指标与变形温度的关系曲线图。作用：确定合理的热加工温度范围和应采取的变形程度。塑性图中常用塑性指标：δ、ψ、αk、n、ε，教材图５－４正确确定变形温度和变形程度，需要相图、再结晶图、塑性图配合，即三图定温。5.2金属的化学成分及组织对塑性的影响纯金属具有较高塑性。纯金属加入其它合金元素后成单相固溶体时也有较好塑性.若所含的元素形成化合物时，塑性降低。面心立方>体心立方>六方晶格合金的某元素与基体金属形成固溶体时，此二元合金的塑性主要由基体元素的塑性决定，此情况也适用于三元合金。合金成分中不溶于固溶体或部分溶于固溶体中元素将形成某种成分的过剩相存在于晶内或晶界，这些过剩相对其塑性有非常大的影响。5.2.1化学成分的影响Ni、W、Mo：强度↑，塑性↓Cr：塑性↓；V：强度↑，塑性不变。含量高时，塑性↓；Al：晶界形成AlN，塑性↓Cu：塑性↑，还原气氛中加热，塑性↓；B：<0.02%，塑性好，达到0.1%，塑性↓。晶界形成熔点低共晶体。H：含量少无影响；含量多冷速快时，白点；N：含量少无影响；含量多时红脆。稀土：塑性↑。减低气体含量；与有害杂质形成高熔点化合物抵消有害作用；含硫量降低。碳钢的延伸率和断面收缩率与温度的关系800℃钢的塑性低，因为此时具有铁素体和奥氏体双相组织；钢中铁素体相越多，塑性越低。网状碳化物对塑性有害，可通过热加工变形消除。塑性：锻钢>铸钢原因：网状碳化物破碎且均匀分布。温度对塑性影响的典型示意图变形温度对碳钢的塑性的影响四个低塑性区：Ⅰ区：塑性极低。-200℃时，接近0。原子热运动能力极低，也可能与晶粒边界的某些组织组成物的脆化有关。Ⅱ区：蓝脆区，200~400℃；Ⅲ区：800~950℃，与相变有关。也有人认为与S有关，称之为红脆（热脆）区。Ⅳ区：温度接近熔化温度，易过热或过烧，使晶间强度减弱，塑性↓。三个高塑性区：

1区：100~200℃

原因：原子热振动↑。

2区：700~800℃

原因：发生再结晶、扩散。

3区：950~1250℃

原因：具有均匀γ组织，充分软化。

完全硬化条件下变形速度对塑性的影响：随变形速度的升高，塑性降低。在非常低的变形速度下，塑性降低。

第一次上升：随变形速度↑，晶粒边界上的粘性流动消失，变形抗力↑，滑移开始作用，塑性↑。

继续提高变形速度，塑性又开始下降：随变形速度↑，变形抗力升高，达到相应于更小变形程度下的断裂抗力之值。

第二次上升：热效应起作用，温度↑，变形抗力下降。

第二次下降：热效应极大，把金属加热到出现液相或大大降低其晶间物质的强度。

粘性流动时变形速度对塑性的影响中温塑性变形（温变形）：上限：开始再结晶温度。基本塑性变形机构：晶内滑移。bcc：塑性好，但变形速度↑时，塑性↓；fcc、hcp：由于相变，规律不同。形变时效：变形抗力↑，塑性↓。（钢的兰脆：400℃金属的硬化和塑性降低与析出化合物的高弥散质点有关，↑变形速度，弥散硬化来不及形成，塑性不会↓。↑变形温度，塑性无影响。高温塑性变形（热变形）↑变形温度，塑性↑。

红脆：0.5~0.8Tm，晶间断裂，塑性↓。一般含较多O、N、H、C等夹杂。成因：各种化合物在晶界上的偏析。夹杂偏析：扩散产生红脆；易熔化合物偏析：晶界熔化、晶界强度↓；脆性化合物：（难熔金属和合金）阻碍晶界滑移，晶界连续变形遭破坏，导致晶间断裂。变形速度↑，抑制红脆；抑制了控制晶间破坏的热活化扩散过程，减少晶间变形对总变形的贡献。5.4.2变形状态的影响主变形图中压缩分量越多,对充分发挥金属的塑性越有利.主变形图排序:二压一拉>一压一二拉一压原因:实际变形物体中的缺陷:如气孔、夹杂、缩孔、空洞等.二拉一压时,向两个方向扩大暴露弱点,但二压一拉下,可成为线缺陷,使危害减小.变形物体内变形状态均匀分布时,则因避免不均匀变形的出现,使金属的塑性提高.虽然三向压最有利于发挥塑性,但会使单位变形力增加,因此,选择加工方法时应视具体条件而定.5.5其它因素对塑性的影响分散变形：↑塑性；原因：每次变形量小，远低于塑性指标，因此，产生应力小，不足以引起断裂。变形间隙中的软化，↑塑性。尺寸因素：随物体体积↑，塑性↓，达到一定值后不变。