第6章 变形抗力

关于真应力的变化，可从图6－3示出的在不同温度条 件下，用拉伸方法所测出的镉与锌的加工硬化曲线中 看出。随着温度的升高，硬化减小； 从一定温度开始，硬化曲线平行于横坐标轴，金属不 再继续硬化。 在高温条件下，即使变形不大，金属也有强烈的硬化。 其大小取决于屈服应力与出现细颈时应力间的差异。 当注意，在坐标轴上对应出现细颈的一点，甚至在高 温下也不与坐标原点相重合。
图6－1 在不同变形温度和变形速度条件下 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）
硅：钢中含硅对塑性变形抗力有明显的影响。用硅使钢合 金化时，可使钢的变形抗力有较大的提高。例如，含硅量 为1.5％~2.0％的结构钢（55Si2 60Si2）在一般的热加工条 件下，其变形抗力比中碳钢约高出20％~25％。含硅量高 达5％~6％以上时，热加工较为困难。
第六章 金属的变形抗力
§6.1 基本概念及测定方法 §6.2 影响塑性变形抗力的主要因素 §6.3 加工硬化曲线 §6.4 变形抗力的计算
基本知识点：变形抗力及其测定方法、影响 变形抗力的主要因素、加工硬化曲线、变形 抗力的计算。 重点：变形抗力及其测定方法、影响变形抗 力的主要因素、加工硬化曲线。 难点：影响变形抗力的主要因素、加工硬化 曲线。
总的来看，对于从0到1.0Tm整个温度区间内都没有物理－化学变化的 金属，其变形抗力的对数值随温度的变化呈线性关系（图6－4，a）。
铬：对含铬为0.7％~1.0％的铬钢来讲，影响其变形抗力的 主要不是铬，而是钢中的含碳量。这些钢的变形抗力仅比 具有相应含碳量的碳钢高5％~10％。对高碳铬钢GCr6~ GCr15（含铬量0.45％~1.65％），其变形抗力虽稍高于碳 钢，但影响变形抗力的也主要是碳。
镍：镍在钢中可使变形抗力稍有提高。但对25NiA、30 NiA和13 Ni2A等钢来讲，其变形抗力与碳钢相差不大。当含镍量较高时， 例如Ni25~ Ni28，其变形抗力与碳钢相比有很大的差别。
P
F
根据金属在变形过程中的体积不变条件，可得：
F
F0
l0 l
假设，在试样标距的工作部分内金属的变形也是均
匀分布的。所以，此时变形物体的真实变形ε应为
ln l
l0
P为试样在拉伸某瞬间所承受的拉力，F、l分别为
在该拉伸瞬间试样工作部分的实际横断面积和长度，
F0、l0分别为拉伸试样工作部分的原始横断面积和
在钢中同时加入几种合金元素，例如同时加入铬和镍，这时钢中 的碳、铬和镍对变形抗力都要产生影响。Cr18Ni9Ti钢的变形抗 力比碳钢高50%。
金属的变形抗力与其显微组织有密切的关系。晶粒大小就是其中 的一个重要因素。晶粒越细小，变形抗力越大。金属中的夹杂物 对变形抗力也有影响。在一般的情况下，夹杂物会使变形抗力升 高。钢中有第二相时，变形抗力也会相应提高。
4.1 基本概念及测定方法
金属的塑性变形抗力是指金属在一定的变形条 件下进行塑性变形时于单位横截面积上抵抗此 变形的力。 为排除复杂应力状态的影响，变形抗力通常用 单向应力状态（单向拉伸、单向压缩）下所测 定的流动应力来度量。有的书称此应力为真实 变形抗力。
实际塑性加工时，如轧制、锻压、挤压、拉拔等，多数是 在三向或两向应力状态下进行的。因此，对同一种加工金 属材料，在主作用力方向上的单位变形力在数值上一般要 比单向应力状态下所测定的变形抗力为大。
其关系可用下式表示:
测定方法
测定金属塑性变形抗力的基本方法有拉伸法、压缩法和 扭转法。其中，最常用的前两种方法。 拉伸法 在拉伸实验中通常使用的是圆柱体试样。并认为在拉伸 过程中在试样出现细颈以前，在其标距内工作部分的应 力状态为均匀分布的单向拉应力状态。这时，所测出的 拉应力σ便为变形物体在此变形条件下的变形抗力。
随着温度的升高，硬化减小的总效应决定于以下 方面：
回复和再结晶的软化作用； 随温度的升高，新的塑性变形机制的参与作用； 剪切机制（基本塑性变形机制）特性的改变。
图6－2 低碳钢在不同温度下 的拉伸曲线
图6－3 镉与锌的真应力曲线
拉伸试样结果表明，变形抗力随温度的 变化有两种情况。一类金属（如铜）是 随温度的升高，变形抗力指标下降；另 一类金属是，例如钢，其变形抗力随温 度的变化比较复杂。从图中6－2中看出， 加热至100℃时，屈服延伸减小，与其 相应的应力也减小。在400℃附近屈服 延伸消失。
压缩法
§6.2 影响塑性形抗力的主要因素
1 化学成分和显微组织的影响 碳：在较低的温度下随着钢中含碳量的增加，钢的塑性 变形抗力升高。温度升高时其影响减弱。图6－1示出， 在不同变形温度和变形速度条件下，压下率为30％时含 碳量对变形抗力的影响。可见，低温时的影响比高温时 大得多。 锰：由于钢中含锰量的增多，可使钢成为中锰钢和高锰 钢。其中中锰结构钢（15Mn~50Mn）的变形抗力稍 高于具有相同含碳量的碳钢，而高锰钢（Mn12）有更 高的变形抗力。
长度。
在实验中，根据P和l变化，按公式便可算出其相应的变形 抗力和变形程度的变化。在此所得出的是平均变形抗力和 平均变形程度。因为实验时在试样中的每个晶粒处所呈现 的应力和变形都可能有所差别。
拉伸法所测出的变形抗力比较精确，且方法简单。但实验 时的变形程度一般不应大于20％~30％，否则实验时拉伸 试样会出现细颈，造成在细颈处呈现三向拉应力状态和应 力状态的分布不均。倘若必须计算此刻的变形抗力时，则 必须对所测出的应力加以修正。
2 变形温度的影响
从绝对零度到熔点Tm的整个温度区间可分为三个温度区间：①0~0.3Tm 为完全硬化温度区间；②0.3~0.7Tm为部分软化温度区间；③0.7~1.0Tm 为完全软化温度区间。在不同温度区间内变形抗力不同。 在0.3Tm温度以下，基本的塑性变形机制为滑移、孪生和晶间脆化机制。 当温度高于0.3Tm时，非晶机制的作用开始变得明显。之后，溶解－沉 积机制和晶界上的粘性流动机制等也都参与作用。此时，晶间脆化、孪 生等机制的作用会消失或几乎消失。随温度的升高，剪切机制，甚至晶 块间机制也会有明显地改变其特征，其力学现象变得不明显，开始显示 出滑移的扩散特性。