金属的塑性基本概念
材料成型工艺基础金属塑性成形
材料成型工艺基础：金属塑性成形1. 引言金属塑性成形是制造业中常见的一种材料成型工艺。
通过对金属材料施加力量，使其在一定的温度和应变条件下发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的制品。
这种成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
本文将介绍金属塑性成形的基本概念、工艺流程以及常见的金属塑性成形方法。
2. 基本概念2.1 金属塑性成形的定义金属塑性成形是指将金属材料通过施加力量，在一定的温度和应变条件下，使其发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的工艺过程。
2.2 塑性变形的基本概念塑性变形是指材料在一定的应力作用下，在超过其屈服点之后发生的可逆性变形。
在这种变形中，金属材料的原子结构会发生改变，从而改变了材料的形状和尺寸。
3. 工艺流程金属塑性成形的工艺流程主要包括以下几个步骤：3.1 原材料准备在金属塑性成形工艺中，首先需要准备好所需的金属原材料。
原材料的选择需要满足产品的要求，包括材料的强度、韧性、耐蚀性等。
3.2 材料加热在金属塑性成形之前，通常需要将金属材料进行加热。
加热可以使金属材料达到一定的塑性状态，更容易发生塑性变形。
加热的温度和时间需要根据不同的金属材料和成形要求进行调整。
3.3 成型工艺金属塑性成形的成型工艺包括以下几种常见方法：3.3.1 锻造锻造是一种利用压力将金属材料塑性变形成形的方法。
在锻造过程中，金属材料会经过压缩、拉伸、冷却等多个步骤，最终得到所需的形状。
3.3.2 拉伸拉伸是将金属材料放在拉伸机上，通过施加力量使其发生塑性变形的方法。
通过拉伸可以改变金属材料的形状和尺寸。
3.3.3 深冲深冲是将金属材料放在冲压机上，通过模具对材料进行冲压，使其发生塑性变形的方法。
通过调整模具的形状和尺寸，可以得到不同形状和尺寸的制品。
3.4 后处理在金属塑性成形完成之后，通常需要进行一些后处理工艺。
包括去除表面的氧化物、清洗、退火等。
后处理的目的是提高产品的表面质量和性能。
4. 常见的金属塑性成形方法4.1 冷镦成形冷镦成形是一种将金属材料通过冷镦机进行挤压、拉伸、弯曲等操作，使其发生塑性变形的方法。
金属塑性成形原理教学设计
金属塑性成形原理教学设计一、引言金属塑性成形是金属材料加工中最常用的方法之一。
它通过施加外界力，使金属材料在不断变形、延展的过程中改变其形状和尺寸。
金属塑性成形具有高效、经济、精确等优点，在制造业中得到广泛应用。
因此，金属塑性成形原理的教学设计对于培养学生的实际操作能力和工程思维具有重要意义。
二、教学目标1. 了解金属塑性成形的基本原理；2. 掌握金属塑性成形的常见方法和工艺；3. 理解金属塑性成形的应用范围及其在现代制造业中的重要性；4. 培养学生的实际操作能力和工程思维。
三、教学内容1. 金属塑性成形原理的概述- 金属塑性成形的定义和基本概念- 金属塑性成形的分类和特点- 金属塑性成形的工作原理2. 金属塑性成形的常见方法和工艺- 锻造- 拉伸- 冲压- 深冲- 挤压3. 金属塑性成形的应用范围及其在现代制造业中的重要性- 汽车工业- 电子工业- 机械制造业- 轨道交通设备制造业等四、教学方法1. 讲授法：通过讲解金属塑性成形原理的概念、分类、特点和工作原理，使学生对金属塑性成形有一个全面的了解。
2. 案例分析法：通过分析实际案例，让学生理解金属塑性成形在不同行业中的应用和重要性。
3. 实践操作：设置实验环节，让学生亲自进行金属塑性成形的操作，提高他们的实际动手能力。
4. 讨论交流：组织学生进行小组讨论，让他们就金属塑性成形的原理、方法、应用等方面展开深入的交流与思考。
五、教学评价1. 学习笔记：要求学生对金属塑性成形原理进行详细的记录和总结。
2. 实验报告：要求学生编写实验报告，描述实验过程、结果和体会。
3. 期末考试：考核学生对金属塑性成形原理的理解和掌握程度。
六、教学资源教材：金属塑性成形原理教材、参考书籍和学术论文等。
实验设备：金属塑性成形实验设备、模具、测量工具等。
七、教学计划第一章金属塑性成形原理的概述1.1 金属塑性成形的定义和基本概念1.2 金属塑性成形的分类和特点1.3 金属塑性成形的工作原理第二章金属塑性成形的常见方法和工艺2.1 锻造2.2 拉伸2.3 冲压2.4 深冲2.5 挤压第三章金属塑性成形的应用范围及其在现代制造业中的重要性 3.1 汽车工业3.2 电子工业3.3 机械制造业3.4 轨道交通设备制造业等第四章实验操作和讨论交流4.1 实验操作4.2 小组讨论第五章教学评价和教学总结5.1 学习笔记5.2 实验报告5.3 期末考试八、教学反思通过金属塑性成形原理教学设计，学生能够全面了解金属塑性成形的基本原理、常见方法和工艺，掌握其应用范围和在现代制造业中的重要性。
金属塑性成形课件
2023-11-06•金属塑性成形概述•金属塑性成形工艺•金属塑性成形设备•金属塑性成形技术的发展趋势•金属塑性成形过程中的缺陷与质量控制目•金属塑性成形实例分析录01金属塑性成形概述金属塑性成形是一种使金属材料发生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和性能的加工方法。
金属塑性成形广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子等领域，是一种重要的材料加工技术。
金属塑性成形的定义金属塑性成形可以制造出复杂形状的零件，并且能够获得较高的精度和表面质量。
与切削加工相比，金属塑性成形具有更高的材料利用率和更低的能耗。
金属塑性成形过程中材料的变形是均匀的，因此可以避免应力集中和裂纹等缺陷。
金属塑性成形的特点03金属塑性成形的基本原理包括应力状态、屈服准则、塑性流动规律等。
金属塑性成形的基本原理01金属塑性成形的原理是基于金属的塑性变形规律，即在外力作用下，金属材料会发生形状和尺寸的变化。
02在金属塑性成形过程中，材料的变形受到应力状态、变形温度、变形速度等因素的影响。
02金属塑性成形工艺自由锻工艺自由锻是利用冲击力或静压力使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义特点流程应用自由锻具有较大的灵活性，可以生产形状各异的锻件，但生产效率较低，适用于单件或小批量生产。
自由锻的流程包括坯料准备、加热、变形和锻后冷却。
自由锻主要用于大型锻件和难变形材料的加工，如轴、轮毂、法兰等。
模锻工艺模锻是利用模具使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义模锻具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具制造成本较高。
特点模锻的流程包括坯料准备、加热、放入模具、变形、锻后冷却和修整。
流程模锻广泛应用于中小型锻件的生产，如齿轮、轴套、法兰等。
应用板料冲压工艺板料冲压是利用冲压机将金属板料变形，并施加外力将其冲制成所需形状和尺寸的加工方法。
定义板料冲压具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具对材料的厚度和硬度有一定要求。
第1章金属塑性成形的力学基础
§1.6 点的应变状态
指围绕该点截取的无限小单元体的各棱长及棱间 夹角的变化情况。
可表示为张量形式：
ij xxy
.
y
.
.
xz yz z
( i, j = x, y, z )
应变张量（strain tensor）也可进行与应力张 量类似的分析。
§1.7 应变增量
全量应变与增量应变的概念 前面所讨论的应变是反映单元体在某一变 形过程终了时的变形大小，称作全量应变 增量应变张量
➢ 为引起形状改变的偏应力张量(deviatoric stress tensor)， 为引起体积改变的球张量(spherical stress tensor)（静水 压力）。
➢ 与应力张量类似，偏应力张量也存在相应的不变量：
I1'
' x
' y
' z
1'
' 2
' 3
0
I
' 2
1'
' 2
' '
23
3'
这组截面的方向余弦为：
1
lx ly lz 3
54o44'
正应力
8
1 3
(1
2
3)
1 3
I1
剪应力
8
1 3
(1 2 )2 ( 2 3)2 ( 3 1)2
总应力
P8
2 8
2 8
八面体上的正应力与塑性变形无关，剪应力与塑性变形有
关。
八面体应力的求解思路：
ij (i, j x, y, z) 1, 2, 3 8,8 I1, I2
几个基本概念
金属的塑性变形
在某些特定条件下，金属晶体的一部分相对于另一部分沿一定轴进 行镜像对称的移动，形成孪晶。
扩散机制
金属在高温下，原子扩散能力增强，通过原子间的相互移动实现塑 性变形。
应力-应变关系与曲线分析
应力-应变关系
描述金属在塑性变形过程中所受应力 与产生的应变之间的关系。应力是单 位面积上的内力，应变是物体形状或 体积的改变程度。
热处理工艺改进
退火处理
通过退火处理可以消除金属材料内部的残余应力，改善其组织结 构和力学性能，从而提高其塑性变形能力。
正火处理
正火处理可以使金属材料获得细化的晶粒和均匀的组织，提高其 强度和塑性。
回火处理
回火处理可以消除淬火应力，稳定金属材料的组织和性能，进一 步提高其塑性变形能力。
微观组织调控手段
热处理工艺对塑性影响
01
退火处理
退火处理可以消除金属内部的残余应力，改善组织结构，提高其塑性。
例如，冷加工后的金属经过退火处理，可以恢复其塑性和韧性。
02
正火处理
正火处理可以使金属获得细化的晶粒和均匀的组织，从而提高其塑性和
韧性。正火处理常用于改善中碳钢的切削性能和力学性能。
03
淬火处理
淬火处理可以使金属获得马氏体组织，提高其硬度和强度，但会降低其
金属的塑性变形
目 录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属塑性变形过程中的组织结构演变 • 影响金属塑性变形能力因素探讨 • 金属塑性变形实验方法及技术应用 • 提高金属材料塑性变形能力策略探讨 • 总结：金属塑性变形研究意义与未来发展趋势
塑性变形基本概念与
01
原理
塑性变形定义及特点
塑性变形定义
利用电子显微镜的高分辨率和 高放大倍数，观察金属的微观 组织和结构缺陷，如位错、层 错、孪晶等。这些信息有助于 深入了解金属的塑性变形机制 和强化机制。
金属板材塑性成形的极限分析
金属板材塑性成形的极限分析一、金属板材塑性成形的基本概念与重要性金属板材塑性成形是一种利用金属材料的塑性变形能力，通过外力作用使其发生形状变化的加工技术。
这种技术广泛应用于汽车、航空航天、家电制造等多个领域，对于提高材料利用率、降低成本、提升产品性能具有重要意义。
1.1 金属板材塑性成形的基本定义塑性成形是指在一定的温度和压力条件下，金属板材在塑性状态下发生形变，最终形成所需形状和尺寸的过程。
这一过程涉及到材料的力学行为、变形机理以及加工工艺等多个方面。
1.2 金属板材塑性成形的重要性金属板材塑性成形技术是现代制造业的基石之一。
它不仅能够提高材料的成形精度和生产效率，还能有效降低生产成本，满足现代工业对高性能、轻量化产品的需求。
二、金属板材塑性成形的关键技术与工艺金属板材塑性成形包含多种关键技术与工艺，这些技术与工艺直接影响成形质量、生产效率和成本。
2.1 金属板材的塑性变形机理金属板材的塑性变形机理是塑性成形的基础。
它涉及到材料内部的微观结构变化，如位错运动、晶粒变形等。
了解这些机理有助于优化成形工艺，提高成形质量。
2.2 塑性成形的主要工艺方法塑性成形的主要工艺方法包括轧制、拉伸、冲压、弯曲等。
每种方法都有其特定的应用场景和优势，选择合适的工艺方法对于保证成形效果至关重要。
2.3 塑性成形过程中的缺陷控制在塑性成形过程中，可能会出现裂纹、起皱、回弹等缺陷。
有效的缺陷控制技术可以显著提高成形件的质量和可靠性。
2.4 塑性成形工艺的数值模拟随着计算机技术的发展，数值模拟已成为塑性成形工艺设计的重要工具。
通过模拟可以预测成形过程中的应力、应变分布，优化工艺参数。
三、金属板材塑性成形的极限分析与应用极限分析是研究金属板材在塑性成形过程中达到极限状态的条件和行为，对于提高成形工艺的安全性和可靠性具有重要意义。
3.1 极限分析的理论基础极限分析的理论基础包括材料力学、塑性力学和断裂力学等。
这些理论为分析金属板材在成形过程中的应力、应变状态提供了科学依据。
12塑性与屈服准则
一 塑性指标
事实上，这两个指标只能表示在单向拉伸条件下的塑性变形的能力。 这两个指标越高，说明材料的塑性越好。试样拉伸时，在缩颈开始 前，材料承受单向拉应力，缩颈出现以后，缩颈处处于三向拉应力 状态。上述两个指标反映的是材料在单向拉应力状态下的均匀变形 阶段和三向拉应力状态下的缩颈阶段的塑性总和。由于伸长率的大 小与试样原始标距长度有关，而断面缩减率的大小与试样原始标距 无关，因此，在塑性材料中，用Ψ(%)作为塑性指标更为合理。 2 压缩试验 将圆柱体试样在压力机或落锤上进行镦粗，试样 的高度一般是直径D0的1.5倍，用试样侧表面出现的第一条裂 纹时的压缩程度ε c作为塑性指标，即 H k H 0 100% 。
c
H0
式中Hk为试样侧表面出现第一条裂纹时的高度。 3 扭转试验 在专门的扭转试验机上进行，材料的塑性指标用 试样破断前的扭转角或扭转圈数表示。
一 塑性指标
如果以不同变形速度、不同温度时得到的各种塑性指标（δ 、ψ 、ε 、 ak、ζb 等）为纵坐标、以温度为横坐标绘制成曲线图，称为塑性图。图 1所示为碳钢的塑性图。一张完整的塑性图，应给出压缩时的变形程度ε、 拉伸时的强度极限ζb、延伸率δ、断面缩减率ψ、扭转时扭转角或转数， 以及冲击韧性ak等力学性能指标与温度的关系， 它是拟定金属塑性加工 工艺规范，如选择变形温度、变形速度、变形程度等的重要依据。使用 塑性图时，应注意图中塑性指标对应的变形条件，使实验条件尽量与塑 性加工时的变形条件相近。 金属在发生塑性变形时，产生 抵抗变形的能力，称为变形抗力， 一般用接触面上平均单位面积变 形力表示。如压缩时，变形抗力 为作用于工具表面的单位面积压 力，亦称单位流动压力，通常用P表示。
第十二章
塑性与屈服 准则
金属塑性成形原理第三章金属塑性成形的力学基础第四节屈服准则
则，这个圆柱面就称为主应力空间中的米塞斯屈服表面。
屈雷斯加六角柱面
N
σ3
I1
I J
HGF
K
0
E
L
A
B
D C
σ1
C1
主应力空间中的屈服表面
屈服表面的几何
米塞斯圆柱面 意义：若主应力
空间中的一点应
力状态矢量的端
点位于屈服表面，
σ2
则该点处于塑性
状态；若位于屈
服表面内部，则
该点处于弹性状
态。
2、两向应力状态下的屈服轨迹
真实应力－应变曲线及某些简化形式
（1）理想弹性材料——图a,b,d （2）理想塑性材料——图b,c
（3）弹塑性材料
理想弹塑性材料-图b 弹塑性硬化材料-图d
（4）刚塑性材料
理想刚塑性材料-图c 刚塑性硬化材料-图e
s
1、实际金属材料在比例极限以下——理想弹性 一般金属材料是理想弹性材料
2、金属在慢速热变形时——接近理想塑性材料 3、金属在冷变形时——弹塑性硬化材料 4、金属在冷变形屈服平台部分——接近理想塑性
引等倾线ON l m n 1 3
在ON上任一点 1 2 3 m
过P点引直线 PM ON
OM表示应力球张量，MP表示 应力偏张量
矢量
OP OM MP
σ1
MP OP 2 OM 2
σ3 σ3
0
σ1
N
P M
2
3
s
σ2
主应力空间
σ3
OP
2
12
2 2
2 3
N
σ3
P
M
OM 1l 2m 3n
屈雷斯加屈服准则 未考虑中间应力 使用不方便
5金属的塑性与变形抗力-新解析
1区——位于100～200℃之间，塑性增加是由于在 冷变形时原子动能增加的缘故（热振动）。 2区——位于700～800℃之间，由于有再结晶和扩 散过程发生，这两个过程对塑性都有好的作用。
3区——位于950～1250℃的范围内，在此区域中 没有相变，钢的组织是均匀一致的奥氏体。
热轧时应尽可能地使变形在3区温度范围内进 行，而冷加工的温度则应为1区。
s k k kt 0
0的获得条件 ：t=1000°C; =0.1 =10s-1
5.4 影响变形抗力的主要因素
一、化学成分和显微组织的影响 1、化学成分的影响
（1）碳
在较低的温度下随着钢中含碳量的增加，钢的变 形抗力升高。温度升高时其影响减弱。
在不同变形温度和变形速度下含碳量对碳钢变形抗力的影响 （实线为静压缩，虚线为动压缩）
三向压应力状态图最好，两压一拉次之，三向拉应 力最坏。 其影响原因归纳如下：
（1）三向压应力状态能遏止晶间相对移动，使晶间 变形困难。
（2）三向压应力状态能促使由塑性变形和其它原因 而破坏了的晶内和晶间联系得到修复。 （3）三向压应力状态能完全或局部地消除变形体内 数量很少的某些夹杂物甚至液相对塑性不良的影响； （4）三向压应力状态可以完全抵消或大大降低由不 均匀变形而引起的附加拉力，使附加拉应力所造成的 破坏作用减轻。
变形速度对碳钢变形抗力的影响 压下率：-50％；-10％；-2％
四、 变形程度对变形抗力的影响
大致可分三个方面： 金属的自然性质 变形的温度、速度条件 变形的力学条件
一、 金属的自然性质对塑性的影响
1、组织状态的影响
（1）纯金属有最好的塑性
（2）单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织塑性 好 （3）晶粒细化有利于提高金属的塑性
材料加工原理第5章-材料加工的力学基础
9个应力分量中只有6个 是互 相 独 立 的 ， 它们组 成对称的应力张量。
x yx zx
xy y zy
xz yz z
作用在 x 面上 作用在 y 面上 作用在 z 面上 作用方向为 z 作用方向为 y 作用方向为 x
（14-13）
其中
J1 x y z
2 2 2 J 2 ( x y y z z x ) xy yz zx 2 2 2 J 3 x y z 2 xy yz zx ( x yz y zx z xy )
金属塑性成形的主要方法
应用：
轧制、挤压、拉拔 —— 金属型材、板材、管材、线材等； 自由锻、模锻 —— 承受重载的机械零件，如机器主轴、 重要齿轮、连杆等； 板料冲压 —— 汽车制造、电器、仪表及日用品。
金属塑性成形基本假设
由于金属塑性成形非常复杂，数学与力学的处理 非常困难，因此需要做一些假设和近似处理：
例题解答
对于 ij
1
同理，对于
J1
2 ij
J1 a b 0 a b
a 0 b 0 0 0 J2 ab 0 b 0 0 0 a
a 0 0
ab ab 0 ab 2 2 a b a b ab 0 0 2 0 2 J2 2 a b ab 0 a b a b 0 0 2 2 2
利用应力张量的三个不变量，可以判别应力状态的异同。
例 题
试判断以下两个应力张量是否表示同一应力状态？
a 0 0 1 ij 0 b 0 0 0 0
金属塑性成形原理---第二章_金属塑性变形的物理基础
位错的攀移
❖ 螺型位错无攀移
❖ 正攀移——正刃型位错位错线上移
负刃型位错位错线下移
编辑课件
位错的交割
❖ 两根刃型位错线都在各自的滑移面上移动，
则在相遇后交截分别形成各界，形成割阶后
仍分别在各自的平面内运动。
❖ 刃型位错和螺型位错交割时，在各自的位错
线上形成刃型割阶，位错线也能继续滑移。
❖ 螺型位错和螺型位错交割时，相交后形成的
❖ 假设：理想晶体两排原子相距为a，同排原子间距
为b。原子在平衡位置时，能量处于最低的位置。
在外力τ作用下，原子偏离平衡位置时，能量上升，
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以上。
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
三种晶胞的晶格结构
编辑课件
一、塑性变形机理
实际金属的晶体结构
❖ 单晶体:各方向上的原子密度不同——各向
异性
❖ 多晶体:晶粒方向性互相抵消——各向同性
❖ 塑性成形所用的金属材料绝大多数为多晶
体，其变形过程比单晶体复杂的多。
编辑课件
多晶体塑性变形的分类
加工中，会使变形力显著增
加，对成形工件和模具都有
III．抛物线硬化阶段：
一定的损害作用；但利用金
与位错的交滑移过程有关，
θ3
随应变增加而降低，应力应变
属加工硬化的性质，对材料
曲线变为抛物线。
进行预处理，会使其力学性
能提高
编辑课件
2.2 金属热态下的塑性变形
金属塑性成形课件
液压成形可以提高锻件精度、降低成本、减少模具制造时间，适用于生产大型、 复杂形状的锻件。但需要使用专门的液压设备和液态介质，成本较高。
粉末冶金
粉末冶金基本工艺
粉末冶金是将金属粉末作为原料，通过压制、烧结等工艺制 成具有一定形状和性能的制品。
粉末冶金特点
粉末冶金可以生产出高精度、高密度、高性能的制品，适用 于生产复杂形状的零件。但生产周期长、成本高，且对于大 型零件来说存在一定的局限性。
制品翘曲
优化坯料加热和模具设计，改善制品冷 却条件，减少翘曲变形。
工艺优化与改进方法
优化工艺参数
引进新工艺
通过试验和模拟等方法，确定最佳的工艺参 数组合，提高产品质量和生产效率。
积极推广新工艺，提高生产效率和产品质量 ，降低生产成本。
自动化与智能化
持续改进
引入自动化和智能化设备，提高生产过程的 稳定性和效率，降低人为因素对产品质量的 影响。
03
针对不同的产品要求，灵活调整工艺参数
模具设计
1
根据产品要求和工艺方案，进行模具设计计算
2
确定模具的结构形式、材料、尺寸和精度要求 等
3
对模具进行强度、刚度和稳定性等方面的校核
计算机辅助工艺设计
01
利用计算机辅助工艺设计软件，进行工艺模拟和优化
02
根据模拟结果，对工艺方案、工艺参数和模具等进行调整和优
3
非晶合金材料
具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀等优点，是 制造精密部件的理想材料。
高精度与高效率成形技术
精密塑性成形技术
采用高精度模具、精确控制成形工艺参数等方法，使金属坯料达到高精度、 高化工艺流程、采用多工位成形、高速压制等手段，提高生产效率，降 低生产成本。
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§5. 1 金属的塑性 §5. 2 金属多晶体塑性变形的主要机制 §5. 3 影响金属塑性的因素 §5. 4 金属的超塑性
§5. 1 金属的塑性
5. 1. 1 塑性的基本概念 5. 1. 2 塑性指标及其测量方法 5. 1. 3 塑性状态图及其应用
5. 1. 1 塑性的基本概念
➢ 什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
➢ 锻锤下加工，在350℃左右有突变，变形温度应选 择在400~450℃。
➢ 工件形状比较复杂，变形时易发生应力集中，应 根据αK曲线来判定。从图中可知，在相变点270℃ 附近突然降低，因此，锻造或冲压时的工作温度 应在250℃以下进行为佳。
§5. 2 金属多晶体塑性变形的 主要机制
5. 2. 1 多晶体变形的特点 5. 2. 2 多晶体的塑性变形机构 5. 2. 3 合金的塑性变形 5. 2. 4 变形机构图
➢ 塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
➢ 铅---------------塑性好，变形抗力小
➢ 不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 ➢ 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
➢ 结论：塑性与柔软性不是同一概念
为什么要研究金属的塑性？
压缩试验法
简单加载条件下，压缩试验法测定的塑 性指标用下式确定：
H0 Hh 100%
H0
式中： ——压下率； H0——试样原始高度； Hh——试样压缩后，在侧表面出现第一条 裂纹时的 高度
扭转试验法
对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好，
可将扭转数换作为剪切变形（ γ ） 。
R n
30L0
式中：R——试样工作段的半径； L0——试样工作段的长度； n——试样破坏前的总转数。
轧制模拟试验法
在平辊间轧制楔形试件， 用偏心轧辊轧制矩形试样，
找出试样上产生第一条可见 裂纹时的临界压下量作为轧 制过程的塑性指标。
5. 1. 3 塑性状态图及其应用
➢ 概念：表示金属塑性指标与变形 温度及加载方式的关系曲 线图形，简称塑性图。
➢ 应用：合理选择加工方法 制定冷热变形工艺
确定MB5合金加工工艺规程的原 则和方法
MB5属变形镁合金，主要成分为： Al 5. 5 ~ 7. 0% Mn 0. 15 ~ 0. 5% Zn 0. 5 ~ 1. 5%
确定MB5镁合金热加工工艺步骤
➢ 根据产品确定加工方式（慢速、快速等） ➢ 根据相图确定合金的相组成 ➢ 根据塑性图确定热变形温度范围
2．变形速度
塑
性
Ⅰ
Ⅱ
变形速度，1/秒 图5-18 变形速度对塑性的影响
表5-1 铝合金冷挤压时因热效应所增加的温度
合金号 L4
挤压系数 11
挤压速度 （毫米/秒）
150
金属温度 ℃
158~195
LD2
11~16
150
294~315
LY11
11~16
150
340~350
LY11
31
65
308
3．变形程度
5．变形状态
图5-24 主变形图对金属中缺陷形状的影响
（a）未变形的情况；（b）经两向压缩—向延伸变形后的情况； （c）经—向压缩两向延伸Βιβλιοθήκη 的情况6．尺寸因素1
力学
性能
2
体积
图5-25 变形物体体积对力学性能的影响 1—塑性； 2—变形抗力； 3—临界体积点
5. 3. 3 提高金属塑性的主要途径
蠕变
温度，℃
理论位剪错切滑应移力 位错蠕变
弹性区
（N扩ab散ar流ro蠕变变）
图5-9 变形机制图（a）纯银和（b）锗给出不同 变形机制起控制作用的应力-温度区间，两种材料的晶粒尺寸都是
32μm 以10-8/s的应变速率来确定弹性边界
§5. 3 影响金属塑性的因素
5. 3. 1 影响塑性的内部因素 5. 3. 2 影响金属塑性的外部因素 5. 3. 3 提高金属塑性的主要途径
5. 2. 1 多晶体变形的特点
1．变形不均匀
图5-4 多晶体塑性变形的竹节现象
（a）变形前 （b）变形后
图5-5 多晶体塑性变形的不均匀性
2．晶界的作用及晶粒大小的影响
在
2mm 内的 延伸 率，
%
晶粒5 晶粒4 晶粒3
晶粒2
晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量
塑性指标的测量方法
➢ 拉伸试验法 ➢ 压缩试验法 ➢ 扭转试验法 ➢ 轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0
F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
σ1-σ2 大 气压
σ1-σ2 大 气压
图5-20 脆性材料的各向压缩曲线
（a）大理石；（b）红砂石；—轴向压力；—侧向压力
4．应力状态
静水压力对提高金属塑性的良好影响
σ1-σ2
大
σ1-σ2
大
气
气
压
压
图5-20 脆性材料的各向压缩曲线 （a）大理石；（b）红砂石； 1 —轴向压力； 2 —侧向压力
➢ 探索塑性变化规律 ➢ 寻求改善塑性途径 ➢ 选择合理加工方法 ➢ 确定最佳工艺制度 ➢ 提高产品质量
5. 1. 2 塑性指标及其测量方法
➢塑性指标的测量方法 ➢塑性指标
塑性指标
概 念： 金属在破坏前产生的最大变 形程度，即极限变形量。
表示方法： 断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角（或扭转数） 弯曲次数
5. 3. 1 影响塑性的内部因素
1．化学成分 （1）杂质 （2）合金元素对塑性的影响 2．组织结构
5. 3. 2 影响金属塑性的外部因素
1 ．变形温度
塑 性 指 标
温度，°K
图5-14 温度对塑性影响的典型曲线
塑 性
温度，℃
图5-15 碳钢的塑性随温度变化图
纯铝
无氧铜
图5-16 几种铝合金及铜合金的塑性图
根据相图确定合金的相组成
温 度 ℃
图5-2 Mg-Al二元系状态图
从二元相图上获取的信息
➢
T＞530℃，合金为液相
➢
T＜270℃，合金为＋两相组织
➢ 270℃＜ T＜530℃，合金为单一的 相
铝含量对镁合金力学性能的影响
δ% σb， 公斤/毫米2
HB 公斤/毫米2
图5-3 镁合金中铝含量对合金机械性能的影响
3．非晶机构
非晶机构是指在一定的变形温度和 速度条件下，多晶体中的原子非同步 的连续的在应力场和热激活的作用下， 发生定向迁移的过程。
5. 2. 3 合金的塑性变形
1．单相固溶体合金的变形 2．多相合金的变形
5. 2. 4 变形机构图
温度，℃
理论剪切应力
-位错滑移
-位错蠕变
扩散蠕变
蠕变
Nabarro
提高塑性的主要途径有以下几个方面： (1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成
分和组织的均匀性； (2)采用合适的变形温度—速度制度； (3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的
不均匀性，尽量造成均匀的变形状态； (4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。
5. 2. 2 多晶体的塑性变形机构
1．晶粒的转动与移动
图5-7 晶粒的转动
2．溶解——沉积机构
该机构的实质是一相晶体的原子迅速而飞 跃式的转移到另一相的晶体中去。 保证两相有较大的相互溶解度外，还必须 具备下列条件 : （1）随着温度的变化或原有相晶体表面大 小及曲率的变化，伴随有最大的溶解度改 变。 ( 2）变形时，应具备足够高的温度条件。
根据塑性图确定热变形温度范围
试验温度，℃
图5-1 MB5合金的塑性图
αk —冲击韧性； εM —慢力作用下的最大压缩率， εC —冲击
力作用下的最大压缩率； φ —断面收缩率， α0 —弯曲角度
从塑性图上获取的信息
➢ 慢速加工，温度为350~400℃时,φ值和εM都有最大
值，不论轧制或挤压，都可在此温度范围内以较 慢的速度加工。