影响碳钢变形抗力、塑性的因素

论文目录

绪论 (3)

1.金属塑性的基本概念 (3)

2.影响塑性的因素及提高塑性的途径 (3)

2.1金属的自然性质（内在） (3)

2.2变形温度对塑性的影响 (6)

2.3变形速度的影响 (6)

2.4变形力学条件对塑性的影响 (6)

2.5其他因素对塑性的影响 (7)

2.6提高塑性的途径 (8)

3变形抗力 (8)

3.1变形抗力的几个概念 (8)

3.2影响变形抗力的因素 (8)

3.3热轧时的真实变形抗力 (11)

3.4降低变形抗力常用的工艺措施 (11)

影响碳钢变形抗力、塑性的因素

摘要：金属的塑性与变形抗力对金属的加工和金属的质量等问题有着很重要的影响。本文阐述了影响塑性的几个因素及提高塑性的途径，影响变形抗力的因素以及降低变形抗力常用的工艺措施。

关键词：塑性变形抗力三向压应力热轧

绪论

21世纪世界钢铁工业发展的一个显著特点是钢材市场竞争愈演愈烈，竞争的焦点是钢材的质量逐步提高而成本降低。随着社会的发展，对钢材的质量要求越来越高，然而金属的质量问题是无法避免的，如金属加工时塑性较低，容易断裂；金属变形抗力大，不易加工。因此，本文针对如何提高金属的塑性和降低变形抗力的常用工艺措施进行了分析。

1、金属塑性的基本概念

金属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。

应当指出，不把塑性塑性和柔软性混淆起来。不能认为金属比较软，在塑型加工过程中就不易破裂。柔软性反应金属的软硬程度，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；对于过热或过烧的金属与合金来说，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；也有些金属塑性很高而变形抗力又小，如室温下的铅等。

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，也和外在的变形条件有密切关系。同一金属或合金，由于变形条件不同，可能表现有不同的塑性，甚至由塑性物体变为脆性物体，或由脆性物体转变为塑性物体。例如受单向拉伸的大理石是脆性物体，但在较强的平均应力下压缩时，却能产生明显的塑性变形而不破坏。对金属与合金塑性的研究，是压力加工理论与实践上的重要课

题之一。研究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的金属与合金能顺利实现成型过程。

2、影响塑性的因素及提高塑性的途径

2.1 金属的自然性质（内在）

金属的自然性质即化学成分和组织状态对塑性的影响。实际上这方面的问题很复杂，至今人们对这方面的了解还不全面。下面以钢为研究对象，分析化学成分和组织对塑性的影响。

2.1.1 化学成分的影响

在碳钢中，Fe和C是基本元素。在合金钢中，除Fe和C外还含有合金元素，常见的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Co、Ti等。此外由于矿石和加工等方面的原因，在各类钢中还含有一些杂质，如P、S、N、H、O等。一般的影响规律是随着碳和杂质含量的增加，金属的塑性降低。

A 碳

碳对碳钢的性能影响最大，碳能固溶于铁形成铁素体和

奥氏体，它们都具有良好的塑性和较低的变形抗力。当碳的

含量超过铁的溶碳能力时，多余的碳便于铁形成化合物

Fe3C，该化合物称为渗碳体。渗碳体具有很高的硬度而塑性

几乎为零，使碳钢的塑性降低，抗力提高。随着含碳量的增

加，渗碳体的数量也增加，塑性的降低与变形抗力的提高就

更明显，如图1所示。对于冷成形的碳钢，含碳量应较低；

在热成形时，虽然碳能全部溶于奥氏体中，但碳含量越高，

碳钢的熔化温度越低，热加工的温度范围也越窄，奥氏体晶

粒长大的倾向也越大，再结晶速度也越慢，这些对热成形都

是不利的。

B 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。一般希望冷脆转变温度低于工件的工作温度，以免发生冷脆。冷脆对在高寒地带和其他低温条件下工作的结构件具有严重的危害性。此外，磷具有极大的图1 碳含量对碳钢力学性能的影响

偏析倾向，这会使局部含磷量增高，造成该区域为冷脆的发源地。

在某些情况下，磷也起有益作用，如增加耐蚀性，提高磁性，减少叠轧薄板黏结等。钢材中的炮弹钢就是在钢中有意多添加磷，让钢含磷量高，使炮弹在爆炸的时候尽量炸出多的弹片，增加炮弹的杀伤力。

C 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。图2说明硫对低碳钢塑性的影响。但当钢中含有足够数量的锰便可消除硫的有害作用。锰和硫有较强的亲和力，在钢中加入锰就可以形成硫化锰而取代易引起红脆性的硫化铁等。锰的硫化物熔点较高（见表1），并且它在钢中不是以网状包围晶粒，而是以球状形式存在，从而使钢的塑性提高。

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。

图2 硫对低碳钢塑性的影响

表1 各种硫化物和共晶体熔点

D 氮

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。

E 氢

氢在钢中的溶解度随温度降低而降低。在组织应力、温度应力和氢析出所造成的的内应力的共同作用下会出现微细裂纹，即所谓白点，该现象在合金钢中尤为严重。所以，在实际生产中，容易出现白点的钢种的连铸坯原则上不能采用热送热装，要等连铸坯中的氢原子充分地向钢表面扩散后，才能送往加热炉加热，轧制。

F 氧

氧在铁素体中溶解度很小，主要是以一些夹杂物形式存在。这些夹杂物以杂乱、零散的点状分布于晶界上。氧在钢中不论形成固溶体还是夹杂物，都使塑性降低，以夹杂物形式存在尤为严重。

G 铜

一般认为，含铜钢表面的铁在加热过程中先进行氧化，使该出的浓度逐渐增加，当加热温度超过富铜相的熔点时，表面的富铜相便发生熔化，渗入金属内部晶粒边界，削弱了晶粒间的联系，在外力作用下便发生龟裂。钢中的碳和某些杂质元素如锡和硫等，都会助长钢的龟裂。这样，为提高含铜钢的塑性，关键在于防止表面氧化，为此，应尽量缩短在高温下的加热时间，适当降低加热温度。

H 硅

硅在钢中大部分溶于铁素体，是铁素体强化，特别是能显著地提高弹性极限。此外，由于硅钢促使石墨化，加热时脱碳比较严重。

I 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。

2.1.2 组织的影响

钢的化学成分一定而组织不同时，塑性也有很大差别。

（1）单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织塑性好。多相组织由于各相性能不同而使变形不均匀，使基本相往往被另一相机械地分割，导致塑性降低。这时第二相的性质、形状、大小、数量和分布将起重要作用。若金属内两相变形性能相近，金属的塑性为两相的平均值；当两相性能差别很大时，一相的塑性很好而另一相硬而脆，则变形主要在塑性好的相内进行，另一相对变形起阻