金属的塑性变形抗力教学资料
第九章 金属塑性变形抗力
第十一章金属的塑性和变形抗力从金属成形工艺的角度出发，我们总希望变形的金属或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，需要采取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。
本章的目的在于阐明金属塑性和变形抗力的概念，讨论各种因素对它们的影响。
1. 塑性、塑性指标、塑性图和变形抗力的概念所谓塑性，是指固体材料在外力作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。
人们常常容易把金属的塑性和硬度看作成反比的关系，即认为凡是硬度高的金属其塑性就差。
当然，有些金属是这样的，但并非都是如此，例如下列金属的情况：Fe HB＝80 ψ＝80％Ni HB＝60 ψ＝60％Mg HB＝8 ψ＝3％Sb HB＝30 ψ＝0％可见Fe、Ni 不但硬度高，塑性也很好；而Mg、Sb 虽然硬度低，但塑性也很差。
塑性是和硬度无关的一种性能。
同样，人们也常把塑性和材料的变形抗力对立起来，认为变形抗力高塑性就低，变形抗力低塑性就高，这也是和事实不符合的。
例如奥氏体不锈钢在室温下可以经受很大的变形而不破坏，既这种钢具有很高的塑性，但是使它变形却需要很大的压力，即同时它有很高的变形抗力。
可见，塑性和变形抗力是两个独立的指标。
为了衡量金属塑性的高低，需要一种数量上的指标来表示，称塑性指标。
塑性指标是以金属材料开始破坏时的塑性变形量来表示。
常用的塑性指标是拉伸试验时的延伸率δ和断面缩小率ψ，δ和ψ由下式确定：式中l0、F0——试样的原始标距长度和原始横截面积；lK、FK——试样断裂后标距长度和试样断裂处最小横截面积。
实际上，这两个指标只能表示材料在单向拉伸条件下的塑性变形能力，金属的塑性指标除了用拉伸试验之外，还可以用镦粗试验、扭转试验等来测定。
镦粗试验由于比较接近锻压加工的变形方式，是经常采用的一种方法。
试件做成圆柱体，高度H。
为直径D。
的l.5 倍(例如D0＝20mm，H0＝20mm)。
2012金属的塑性变形抗力解析
不同变形温度和变形速度下，含C量对碳钢变形抗力的影响 －－静压缩，……－动压缩
氮：高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小，以致于不 会引起热变形抗力显著改变，但氮可以通过如氮化铝或氮 化钛等氮化物的形成而引起奥氏体晶粒细化，从而影响热 变形抗力。
置换式固溶元素：在置换型合金中使用的元素通过固溶强 化、沉淀硬化和晶粒细化来达到强化目的，其强化方式同 钢在室温下的强化方式相类似。Mn、Si、Cr、Ni。 复合添加:变形抗力提高。
单向拉伸：
r pl
pl __单向拉伸应力
•同一金属材料,在一定变形温度、变形速度和变形程度下，以 单向压缩（或拉伸）时的屈服应力（σS）的大小度量其变形抗 力。 •当屈服点不明显时，常以相对残余变形为0.2%时的应力σ0.2作 为屈服应力（变形抗力）。
4.1.2 变形抗力的测定方法
ln
l0
优点：变形较均匀，其不均匀变形程度比压缩变形小得多。 缺点：均匀变形程度小，一般≤20~30%
2.压缩试验法
应力状态：单向压缩；变形抗力为： pc
P F
式中，P—压缩时变形金属所承受的压力； F—试样在承受P力作用时所具有的横断面积。
h0 试样由高度h0压缩到h时，所产生的变形为： ln h
条件：简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布 1. 拉伸试验法：
2. 压缩试验法
3. 扭转试验法
1.拉伸试验法：
试样：圆柱体，应力状态：单向拉伸，并均匀分布。所测出的 拉应力即为变形抗力:
pl
P F
式中，F—测定时试样的横断面积；P—作用在F上的力。
拉伸过程中的变形分布：均匀。当将试样的l0长度均匀拉伸至l 时，其变形为： l
5金属的塑性与变形抗力-新解析
塑性指标与变形温度关系的曲线图，称之为塑性 图。
(2)用途 1）由热拉伸、热扭转等机械性能试验法测绘的 塑性图，可确定变形温度范围；
2）由顶锻和楔形轧制的塑性图，不仅可以确定 变形温度范围，还可以分别确定自由锻造和轧制时的 许用最大变形量。
W18Cr4V高速钢的塑性图
GHl30合金塑性图
5.2 影响塑性的因素及提高塑性的途径
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； 过热和过烧的金属与合金，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；
（5）经过热加工后的金属比铸态金属的塑性高
2 、 化学成分的影响
（1）铁、硫、锰
化学纯铁具有很高的塑性，工业纯铁在9000C左 右时，塑性突然下降。 硫是钢中有害杂质，易产生“红脆”现象
锰可提高钢的塑性，但锰钢对过热的敏感性强， 在加热过程中晶粒容易粗大，使钢的塑性降低。
各种硫化物和共晶体熔点
（2）碳
碳在碳钢中含碳量越高，塑性越差，热加工温 度范围越窄。当C<1.4%时，有很好的塑性。 （3）镍 镍能提高钢的强度和塑性，减慢钢在加热时晶粒 的长大。 （4）铬
铬能使钢的塑性和导热性降低。
（5）钨、钼、钒
都能使塑性降低。
（6）硅、铝
在奥氏体钢中，Si>0.5%时，对塑性不利， Si>2.0%时,钢的塑性降低， Si>4.5%时，在冷状态下 塑性很差。 铝对钢的塑性有害。
3 、 铸造组织的影响
铸坯的塑性低、性能不均匀。 造成原因： （1）铸态材料的密度较低，因为在接近铸锭的头部 和轴心部分，分布有宏观和微观的孔隙，沸腾钢钢锭 有皮下气泡。 （2）用一般方法熔炼的钢锭，经常发现有害杂 质（如硫、磷等）的很大偏析，特别是在铸锭的头部 和轴心部分。
金 属 塑 性 和 变 形 抗 力 的测 定
σ-
1
此时所测得的平均单位压力p 即为平面变形抗力K 值。
实际上，即使润滑良好，还是存在轻微摩擦，所以应对上面的K 值加以修正，即 1
fl h
p fl K h
e =
⨯
-
式中，f 为摩擦系数。
考虑轻微摩擦时，f ＝ 0.02～0.04。
三、实验设备和材料
(1) 材料试验机。
(2)刻线打点机。
(3)平面变形压缩装置 (4)千分尺、游标卡尺
(5)Q235标准试样各一个，100mmx4Ommx6mm 铝试样4块。
四、实验方法和步骤
(1) 用卡尺和千分尺测定好标准试样尺寸，并标好计算长度。
(2) 在刻线打点机上将标准试样计算长度分距划线。
(3)准备好材料试验机，将记录纸和笔装好备用。
(4)夹好标准试样，进行拉申实验，注意分段加载，并记录载荷值。
(5)根据拉伸曲线计算出相应试样0.2σ的，及伸长率已填人表1内。
第三章 金属的塑性变形
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系: T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
金属熔点越高, T再也越高.
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
影响再结晶退火后晶粒度的因素
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、单晶体的塑性变形 分析单晶体的塑性变形，实际上就是分析 晶内变形。 单晶体塑性变形的主要方式有滑移和孪晶。 根据晶体结构 理论，任何一块单 晶体都包含有若干 不同方向的晶面。
外 力 在 晶 面 上 的 分 解 切 应 力 作 用 下 的 变 形 锌 单 晶 的 拉 伸 照 片
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
第四节
金属的热加工
• 一、冷加工与热加工的区别
• 在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温
度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷 加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。
轧制
模锻
拉拔
• 如 Fe 的再结晶温度为451℃，其在400℃ 以下的加 工仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为-71℃，则其 在室温下的加工为热加工。 • 热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化 所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种冷变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 再结晶也是一个晶核形成 和长大的过程，但不是相 变过程，再结晶前后新旧 晶粒的晶格类型和成分完 全相同。
金属塑性变形机制-讲义
金属塑性成形理论基础（一）金属塑性变形机制参考讲义前言金属塑性加工是利用金属的塑性，在外力的作用下，通过模具(或工具)使简单形状的坯料成形为所需形状和尺寸的工件(或毛坯)的技术。
它也被称之为塑性成形或压力加工。
金属塑性加工方法主要包括锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等几种类型。
为何采用塑性成形技术？⏹金属经过塑性成形后能改善其组织结构和力学性能。
铸造组织经过热塑性变形后由于金属的变形和再结晶，会使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、缩松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
因此铸件的力学性能低于同材质的锻件的力学性能。
⏹塑性成形能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。
什么是塑性变形？当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，金属就会产生变形。
当外力停止作用后，金属的变形并不消失。
这种变形称为塑性变形。
（当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子间距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去除后，原子还能恢复到原来的状态；如果外力较大，这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后，有一部分变化就不能恢复了，金属就发生了塑性变形。
作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间的结合力被打破，那么金属就断了。
）塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。
塑性不仅与材料本身的性质有关，还与变形有方式和变形条件有关。
材料的塑性不是固定不变的，不同的材料在同一变形条件下会有不同的塑性，而同一材料，在不同的变形条件下，会表现不同的塑性。
塑性是反映金属的变形能力，是金属的一咱重要的加工性能。
塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。
金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。
第1章金属的塑性第3节-影响塑性的因素
σ1σ2 大 气 压
卡尔曼仪器
（a）大理石；（b）红砂石；
脆性材料的各向压缩曲线
20
变形抗力是一个与应力状态有关的量。例如，假设棒材挤
压与拉拔的变形量一样，但变形力肯定不一样。从主应力图
与主应变图上可知，挤压力为 1 ，拉拔抗力也为 3 ，由 Tresca屈服准则:
1－ 3＝ s
21
应变状态：压缩应变有利于塑性的发挥，拉伸应变 对塑性不利。
合 金 号 L4
LD2
LY11 LY11
11~16
11~16 31
150
150 65
294~315
340~350 308
18
变形温度、变形速度对塑性和变形抗力的影响应统一考虑， 通常称为温度-速度条件。
19
五、应力状态的影响
1
冲头 试样
试验腔室 液体注入口
—轴向压力；
2 —侧向压力
σ1σ2 大 气 压
2
材料的性质(内因)
加工条件(外因)
一、化学成分的影响
1.杂质的影响
一般而言，金属的塑性是随纯度的提高而增加的
例1. 纯铝：纯度99.96%，延伸率45% 98%，延伸率30% 例2. 化学纯铁具有非常大的塑性，但工业纯铁，例 如阿姆克铁，其塑性却不完全如此。铸态的阿姆克 铁在1000℃左右，塑性急剧下降。 例3. 铁中的杂质：磷—→冷脆性；
17
五、变形速度的影响
变形速度对塑性的影响，实质上是加工硬化和变形热效应的 共同作用。 热效应：金属在塑性变形时塑性变形能转化为热能的现象。 温度效应：塑性变形过程中，因金属发热而促使温度升高的效应
铝合金冷挤压时因热效应所增加的温度 挤压系数 11 挤压速度 （毫米/秒） 150 金属温度 ℃ 158~195
金属的塑性变形
五、金属变形程度
常用锻造比表示 Y=F0/F F0表示变形前面积 F表示变形后面积
钢锭Y=2-3 合金钢Y=3-4 高速钢Y=5-12
六、冷、热变形比较
热变形特点：
（1）均匀、细化晶粒 （2）消除加工硬化
（3）高温、塑性好 （4）氧化严重
（5）精度差
（6）设备贵，维修费高
冷变形特点：
（1）不加热
（2）精度、表面质量好
单晶体的滑移
多晶体
二、冷变形后的金属组织与性能 塑Байду номын сангаас变形后：
（1）产生纤维组织，引起各向异性 （2）晶格扭曲 （3）晶粒间产生碎晶 使金属的强度、硬度增加，塑性、韧性 下降，即加工硬化。增加滑移阻力，使金 属形变强化
1．纤维组织 2．加工硬化 3．残余内应力
2．加工硬化（形变硬化、冷作硬化）
（3）硬度、强度高 （4）材料有方向性
（5）设备贵，存在残余应力，易产生裂纹。
§1-2 锻前加热与锻后冷却
一、锻造前加热目的及方法
目的: 提高金属塑性,降低变形抗力.易于锻造成形 并获得好的锻后组织.
按加热热源不同可分为:
1.火焰加热，燃料来源方便,炉子修造简单,加热费 用低适应范围广。用于各种大、中、小型坯料的加热。 劳动条件差，加热速度慢，加热质量难于控制。
§1-1 金属的塑性变形
压力加工：在外力作用下，使金属产生塑性变形，获得一定几 何形状、尺寸和力学性能毛坯，原材料或零件的加工方法。压 力加工有自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。
一、塑性变形实质 1、单晶体塑性变形 （1）当无外力，晶格正常排列。 （2）外力作用使原子离开平衡位置，晶格变形。 （3）当剪应力足够大，沿晶面移动一个或几个原子距离。 2、多晶体塑性变形 多晶体是多个位向不同变形总和。特点： （1）变形过程复杂。 （2）变形抗力比单晶体大的多。
金属材料的塑性变形
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3
2.孪生
在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪晶面）和晶 向（挛晶方向）相对于另一部分所发生的切变称为孪生。
孪生与滑移的区别是： 1）孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度极快。 2）发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶带或孪晶。 3）孪晶中每层原子沿孪生方向的相对位移距离是原子间距的分数。
⑶形变织构的产生 当变形量很大（70%以上）时，会使绝大部分 晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。择优取
向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。
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3.2.3 塑性变形产生的残余应力
残余应力: 金属表层与心部的变形量不同会形成表层与心部之间的
宏观内应力； 晶粒彼此之间或晶内不同区域之间的变形不均匀会形成
⑴纤维组织形成 金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形 量的增加晶粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。
当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被 拉长，形成所谓纤维组织。
变形前后晶粒形状变化示意图
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⑵亚结构形成 金属经大量的塑性变形后，大量的位错聚集在 局部地区，将原晶粒分割成许多位向略有差异的小晶块，即亚晶粒。
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3.1.2 多晶体的塑性变形
1.晶粒取向对塑性变形的影响
在多晶体中，各个晶粒内原 子排列的位向不一致，这样 不同晶粒的滑移系的取向就 会不同。
作用在不同晶粒滑移系 上的分切应力会有差别，分 切应力最大的那些晶粒最先 开始滑移。多晶体金属的塑 性变形将会在不同晶粒中逐 批发生.
金属的塑性与变形抗力资料
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。
第五章金属的塑性与变形抗力
第五章⾦属的塑性与变形抗⼒第五章⾦属的塑性与变形抗⼒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%L L l -=δ%00F F F -=ψ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，会使铁素体中的氮过饱和，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。
2010金属的塑性变形抗力
ln
l0
优点：变形较均匀，其不均匀变形程度比压缩变形小得多。 缺点：均匀变形程度小，一般≤20~30%
2.压缩试验法
应力状态：单向压缩；变形抗力为： pc
P F
式中，P—压缩时变形金属所承受的压力； F—试样在承受P力作用时所具有的横断面积。
h0 试样由高度h0压缩到h时，所产生的变形为： ln h
挤压>拉拔
C.U.帕特涅尔拉伸试验：加以220MPa的径向应力可使变形抗
力和塑性明显升高。
静水压力：
金属的变形抗力在很大程度上取决于静水压力.静水压力
从0增加到5000MPa时,变形抗力可增加一倍.
静水压力有明显影响的情况：
1）金属合金中的已有组织或在塑性变形过程中发生的组织 转变有脆性倾向。 2）金属合金的流变行为与粘-塑性体行为相一致。（在一定 温度-速度条件下，特别是在温度接近熔点且变形速度不 大时）。
不同变形温度和变形速度下，含C量对碳钢变形抗力的影响 －－静压缩，……－动压缩
氮：高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小，以致于不 会引起热变形抗力显著改变，但氮可以通过如氮化铝或氮 化钛等氮化物的形成而引起奥氏体晶粒细化，从而影响热 变形抗力。
臵换式固溶元素：在臵换型合金中使用的元素通过固溶强 化、沉淀硬化和晶粒细化来达到强化目的，其强化方式同 钢在室温下的强化方式相类似。Mn、Si、Cr、Ni。 复合添加:变形抗力提高。
◆屈服强度与晶粒直径的关系
s 0 K yd
1 2
1-Al; 2-钢；3-Ni; 4-碳钢（0.05C); 5-碳钢（0.2%C）； 6-Mo
4.3应力状态对塑性变形抗力的影响
变形抗力：
金属塑性变形理论 变形抗力影响因素PPT学习教案
• 剪切机构(基本塑性机构)特性的变化。
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不同温度下钢的拉伸曲线
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镉与锌的真应力曲线
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• 总的来看，对于从0到1的相对温度区间的整个间隔内都 没有物理－化学变化的合金，其硬度、强度极限、屈服极 限、变形抗力等的对数值随。 对于每一次
变态a，温ln度TP系kz 数Tln可k P由z
下
式确
定：
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• 对于每一温度变态，库尔纳科夫定律可以写成如 下的近似形式：
Pt
P ea(tz t) tz
Ptz e A
Ptz 1
A
A2 2
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• 在0.7～0.95相对温度
Pt2——温度t2时上述各塑性变形抗力的特征值； a——温度系数。
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• 如果合金的变形抗力对数直线的进程在从0到1的
相对温度区间有n次变化，那么该合金在此温度区
间就将有n十1次变态。每一次温度变态都可用该
改变态的温度系数a，对应变态开始温度Tk的开始
变形抗力Pk和对应变态终了温度Tz的终了变形抗
• 塑性机构的扩散性质越明显，塑性变形速度滞后于弹性变形的效应就表现 得越强烈。因为自扩散过程需要时间来实现。因此，非晶塑性机构在这方 面应显示出最大的效应。
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• 假设，以稍低于声速的速度拉伸方杆，经过非常小的时间其长 度增加50％，并在此变形条件下和时间间隔内，所设定的变形 速度只能保证变形物体具有5％的残余延伸。这样，方杆将具有 45％的弹性变形和5％的塑性变形。因此，在方杆内产生的应 力便可用相当于45％弹性变形的纵坐标aa‘来确定。若增加此 产生50％延伸的变形时间，即减小拉伸速度，使在变形物体内 具有更大的残余延伸，例如30％，那么，在方杆中的应力数值 便可用相当于30％弹性延伸的纵坐标bb’来确定，等等。
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4.4温度对塑性变形抗力的影响
温度升高，变形抗力降低的原因： 1)软化效应 2)某种物理-化学转变的发生 3)其它塑性变形机构的参与
1)软化效应：发生了回复和再结晶
不同变形温度和变形速度下，含C量对碳钢变形抗力的影响 －－静压缩，……－动压缩
氮：高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小，以致于不 会引起热变形抗力显著改变，但氮可以通过如氮化铝或氮 化钛等氮化物的形成而引起奥氏体晶粒细化，从而影响热 变形抗力。
置换式固溶元素：在置换型合金中使用的元素通过固溶强 化、沉淀硬化和晶粒细化来达到强化目的，其强化方式同 钢在室温下的强化方式相类似。Mn、Si、Cr、Ni。
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σS增加。
间隙固溶强化
C、N等溶质原子嵌 入α-Fe晶格的八面体 间隙中,使晶格产生不 对称正方性畸变造成 强化效应.铁基体屈服 强度随间隙原子含量 增加而变大.
铁的屈服应力和含C量的关系
碳：在较低温度下随钢中含碳量的增加,钢的变形抗力升 高,温度升高时影响变弱.低温时影响远大于高温时.
变形抗力的数学表达式：
单向拉伸： r pl
__单p l 向拉伸应力
•同一金属材料,在一定变形温度、变形速度和变形程度下，以 单向压缩（或拉伸）时的屈服应力（σS）的大小度量其变形抗 力。 •当屈服点不明显时，常以相对残余变形为0.2%时的应力σ0.2作 为屈服应力（变形抗力）。
4.1.2 变形抗力的测定方法
数据换算到另外变形状态有困难，且在大变形时，纯剪切遭到 破坏等原因，未广泛应用。
4.2金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的 影响
4.2.1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
能够实现塑性变形的应力强度。 变形抗力与变形力数值相等,方向相反. 不同金属材料变形抗力不同.
金属塑性加工过程都是复杂的应力状态，同一金属材料， 变形抗力比单向应力状态大得多。
实际测试的变形抗力P= σS +q σS-材料在单向应力状态下的屈服应力 q –反映材料受力状态（工具与变形物体外表面接触摩擦） 所引起的附加抗力值。
时，其变形为：
ln l l0
优点：变形较均匀，其不均匀变形程度比压缩变形小得多。
缺点：均匀变形程度小，一般≤20~30%
2.压缩试验法
应力状态：单向压缩；变形抗力承受的压力；
F—试样在承受P力作用时所具有的横断面积。
试样由高度h0压缩到h时，所产生的变形为：
3.晶粒大小：d↓,变形抗力↑。
4.夹杂物的存在：变形抗力↑。合金变形抗力>纯金属。
◆屈服强度与晶粒直径的关系
1
s 0 Kyd 2
1-Al; 2-钢；3-Ni; 4-碳钢（0.05C); 5-碳钢（0.2%C）； 6-Mo
4.3应力状态对塑性变形抗力的影响
变形抗力： 挤压>轧制； 孔型中轧制>平辊轧制； 模锻>平锤头锻造；
复合添加:变形抗力提高。
4.2.2组织对塑性变形抗力的影响
1. 基体金属 原子间结合力大，σS大。 2.单相组织和多相组织 单相：合金含量越高，σS越大。原因：晶格畸变。 单相σS<多相： 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
σS高。 第二相越细、分布越均匀、数量越多，则σS越高。 原因：质点阻碍滑移。 例：退火时第二相聚集为较大颗粒；淬火时弥散分布在基体上。
条件：简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布 1. 拉伸试验法： 2. 压缩试验法 3. 扭转试验法
1.拉伸试验法：
试样：圆柱体，应力状态：单向拉伸，并均匀分布。所测出的 拉应力即为变形抗力:
pl
P F
式中，F—测定时试样的横断面积；P—作用在F上的力。
拉伸过程中的变形分布：均匀。当将试样的l0长度均匀拉伸至l
应力状态：纯剪切。但此应力状态的分布不均匀：
32 M
d
4 0
r
式中，d0—圆柱体试样工作部分的直径；r—所测点至试样轴线的距离。
变形中τ随r的变化不呈线性关系，而是取决于函数τ（γ）的复 杂规律变化。为降低不均匀性，可取空心管试样
2M F0d 平
式中， F0—环的面积（试样断面积）；d平—环平均直径。
2012金属的塑性变形抗力
4.1塑性变形抗力的基本概念及测定方法
4.1.1塑性变形抗力的基本概念
变形力:塑性加工时,使金属发生塑性变形的外力. 变形抗力：
金属抵抗变形力之力. 材料在一定温度、速度和变形程度条件下，保持原有状
态而抵抗塑性变形的能力。 在所设定的变形条件下，所研究的变形物体或其单元体
压应力状态越强，变形抗力越大。
挤压应力状态：三向压 拉拔应力状态：一拉二压 挤压>拉拔
C.U.帕特涅尔拉伸试验：加以220MPa的径向应力可使变形 抗力和塑性明显升高。
静水压力：
金属的变形抗力在很大程度上取决于静水压力.静水压力 从0增加到5000MPa时,变形抗力可增加一倍.
静水压力有明显影响的情况：
ln
h0 h
优点：能产生更大变形
缺点：与拉伸相比，变形更不均匀，由于接触摩擦，实测 值稍偏高。
消除或减小接触摩擦对变形的影响可采取的措施：
1）试样端部涂润滑剂，加柔软垫片等； 2）适当增大H/d值，但不能使H/d>2~2.5，否则压缩过程中试样易弯
曲而使压缩不稳定。
3.扭转试验法
在圆柱体试样的两端加以大小相等、方向相反的转矩M，在此 作用下试样产生扭转角φ。在试验中测定φ值。
1）金属合金中的已有组织或在塑性变形过程中发生的组织 转变有脆性倾向。
2）金属合金的流变行为与粘-塑性体行为相一致。（在一定 温度-速度条件下，特别是在温度接近熔点且变形速度不 大时）。
静水压力的作用：
使金属变得致密,消除可能产生的完整性的破坏,既提高金 属塑性,又提高变形抗力.金属越倾向于脆性状态,静水压力 的影响越显著；