第1章金属的塑性第3节-影响塑性的因素
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一般金属有 1-2个脆性区
温度对塑性影响的典型曲线
温度，K
13
其塑性随温度而变化的曲线图，称为塑性图。塑性图表明了该金属 最有利的加工温度范围，是拟定热变形规程的必备资料之一
纯铝
无氧铜
几种铝合金及铜合金的塑性图
14
塑 性
塑 性
温度，℃
碳钢的塑性随温度变化图
在370~420℃的温度范围内进 行热轧时，不但塑性较好，而 且变形抗力也较小
化，三向压应力更大，导致变形抗力增大。
24
摩擦力的分析要点
塑性加工过程中摩擦的特点 a. 伴随有变形金属的塑性流动 b. 各处摩擦力方向可能不同 c. 接触面上压强高 d. 真实接触面积大 e. 不断有新的摩擦面产生
举例： 1.两相黄铜（Cu-Zn合金）中，若 相（软相）以细针状分 布于 晶粒的基体中，则有较大的塑性；若 相以细小圆 形夹杂物形态析出，则黄铜的塑性较低。 2.钢中的碳化物，呈板状渗碳体，则加工性能不好，当 经过球化热处理使其呈球状分布时，则提高了塑性
11
三、变形温度的影响
温度升高：
（1）回复再结晶
15
变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形
和流动的差异。变形首先发生在那些变形抗力最小的 部分。一般，在同一变形物体中高温部分的变形抗力 低，低温部分的变形抗力。
轧制前使两者的 温度不同，可减 小弯曲程度
16
四、变形程度的影响
伴随加工硬化过程和回复再结晶过程 无论在室温或高温条件下，只要回复和再结晶过 程来不及进行，则随着变形程度的增加必然产生加工 硬化，使变形抗力增大，通常变形程度在30％以下时， 变形抗力增加显著。当变形程度较大时，变形抗力增 加缓慢，这是因为变形程度的进一步增加，晶格崎变 能增加，促进了回复与再结晶过程的发生与发展，也 使变形热效应增加。
第一章 第3节 影响塑性变形的因素
1
可锻性——常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺 性能来表示。
塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整 性的能力。变形抗力是指金属对变形的抵抗力。 ➣化学成分的影响 ➣组织结构的影响 ➣变形温度的影响 ➣变形程度的影响 ➣变形速度的影响 ➣应力状态的影响 ➣接触摩擦等的影响
22
偏心轴
坯料
锤头
在包套内压缩
高速精锻机
平砧拔长圆形截面坯料时的变形区和 横向应力的分布
型砧拔长
23
六、摩擦因素
摩擦影响的实质：由于摩擦力的作用，在一定程度上 改变了金属的流动特性并使应力分 布受到影响。
实际变形抗力还受接触摩擦影响，一般摩擦力愈大， 实际变形抗力愈大。实际上摩擦的存在使应力状态发生变
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
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；
HB,×
10 20
公 60 斤 毫 40米
HB, /
2
80 60 10 40 20 0 10
MPa
10 10
MPa
10
0
20 2 4
5
0 2 4 6 8 Zn, %
6 8 Al, %
10 12
0
Mg-Al-Zn系变形镁合金中的铝、锌含量对塑性和强度有影响 5
P
亚共析钢
a 共析钢
过共析钢
铁碳合金相图
硫—→热脆性； 碳、氮—→时效脆性； 3) 氢—→氢脆现象，白点(细小裂纹
钢铁材料
4
2.合金元素的影响
一般而言，合金元素对塑性的影响程度取决于 合金元素的特性、加入数量和元素间的相互作 用。
50 40 30 10 80 0 25 20 15 100
δ, %, σb, × MPa
δ, %, σb, ×
金属和合金的性质取决于结构，即取决于原子间的 结合方式和原子在空间排布情况。当原子的排布方式发
生变化时，即发生了相变，则抗力也会发生一定的变化.
10
单组织和多组织
当合金为单相组织时，单相固溶体中合金元素含量愈高，变形抗 力则愈高，这是晶格崎变的后果，当合金为多相组织时，第二相 的性质、大小、形状、数量与分布状况对变形抗力都有影响。 一般而言，硬而脆的第二相在基本相晶粒内呈颗粒状弥散分布， 合金的抗力就高。第二相越细，分布越均匀，数量越多，则变形 抗力越高。
Fe3C
6
7
二、组织结构的影响
晶粒大小 结构变化 单组织和多组织
8
晶粒大小
金属和合金的晶粒愈细，同一体积内的晶界愈多。在室温下由 于晶界强度高于晶内，所以金属和合金的变形抗力就高。
晶粒度级别 晶粒度级别越高，晶粒越细。工业中常用的细晶粒是7-8 级，晶粒尺寸为0.022mm左右
9
结构变化
（2）多相组织变为单相组织，滑移系可能增多
（3)晶界的临界剪切应力降低，使晶界滑动容易进行
(4)原子热振动加剧，晶格中的原子处于一种不稳定状态，产 生热塑性（扩散塑性） 几乎所有金属与合金的变形抗力都随温度升高而降低。但是对于 那些随温度变化产生物理－化学变化和相变的金属与合金，则存
在例外。
12
塑 性 指 标 低温脆性区、中温脆性区 高温脆性区
一般金属有 1-2个脆性区
温度对塑性影响的典型曲线
温度，K
13
其塑性随温度而变化的曲线图，称为塑性图。塑性图表明了该金属 最有利的加工温度范围，是拟定热变形规程的必备资料之一
纯铝
无氧铜
几种铝合金及铜合金的塑性图
14
塑 性
塑 性
温度，℃
碳钢的塑性随温度变化图
在370~420℃的温度范围内进 行热轧时，不但塑性较好，而 且变形抗力也较小
化，三向压应力更大，导致变形抗力增大。
24
摩擦力的分析要点
塑性加工过程中摩擦的特点 a. 伴随有变形金属的塑性流动 b. 各处摩擦力方向可能不同 c. 接触面上压强高 d. 真实接触面积大 e. 不断有新的摩擦面产生
举例： 1.两相黄铜（Cu-Zn合金）中，若 相（软相）以细针状分 布于 晶粒的基体中，则有较大的塑性；若 相以细小圆 形夹杂物形态析出，则黄铜的塑性较低。 2.钢中的碳化物，呈板状渗碳体，则加工性能不好，当 经过球化热处理使其呈球状分布时，则提高了塑性
11
三、变形温度的影响
温度升高：
（1）回复再结晶
15
变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形
和流动的差异。变形首先发生在那些变形抗力最小的 部分。一般，在同一变形物体中高温部分的变形抗力 低，低温部分的变形抗力。
轧制前使两者的 温度不同，可减 小弯曲程度
16
四、变形程度的影响
伴随加工硬化过程和回复再结晶过程 无论在室温或高温条件下，只要回复和再结晶过 程来不及进行，则随着变形程度的增加必然产生加工 硬化，使变形抗力增大，通常变形程度在30％以下时， 变形抗力增加显著。当变形程度较大时，变形抗力增 加缓慢，这是因为变形程度的进一步增加，晶格崎变 能增加，促进了回复与再结晶过程的发生与发展，也 使变形热效应增加。
第一章 第3节 影响塑性变形的因素
1
可锻性——常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺 性能来表示。
塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整 性的能力。变形抗力是指金属对变形的抵抗力。 ➣化学成分的影响 ➣组织结构的影响 ➣变形温度的影响 ➣变形程度的影响 ➣变形速度的影响 ➣应力状态的影响 ➣接触摩擦等的影响
22
偏心轴
坯料
锤头
在包套内压缩
高速精锻机
平砧拔长圆形截面坯料时的变形区和 横向应力的分布
型砧拔长
23
六、摩擦因素
摩擦影响的实质：由于摩擦力的作用，在一定程度上 改变了金属的流动特性并使应力分 布受到影响。
实际变形抗力还受接触摩擦影响，一般摩擦力愈大， 实际变形抗力愈大。实际上摩擦的存在使应力状态发生变
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
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；
HB,×
10 20
公 60 斤 毫 40米
HB, /
2
80 60 10 40 20 0 10
MPa
10 10
MPa
10
0
20 2 4
5
0 2 4 6 8 Zn, %
6 8 Al, %
10 12
0
Mg-Al-Zn系变形镁合金中的铝、锌含量对塑性和强度有影响 5
P
亚共析钢
a 共析钢
过共析钢
铁碳合金相图
硫—→热脆性； 碳、氮—→时效脆性； 3) 氢—→氢脆现象，白点(细小裂纹
钢铁材料
4
2.合金元素的影响
一般而言，合金元素对塑性的影响程度取决于 合金元素的特性、加入数量和元素间的相互作 用。
50 40 30 10 80 0 25 20 15 100
δ, %, σb, × MPa
δ, %, σb, ×
金属和合金的性质取决于结构，即取决于原子间的 结合方式和原子在空间排布情况。当原子的排布方式发
生变化时，即发生了相变，则抗力也会发生一定的变化.
10
单组织和多组织
当合金为单相组织时，单相固溶体中合金元素含量愈高，变形抗 力则愈高，这是晶格崎变的后果，当合金为多相组织时，第二相 的性质、大小、形状、数量与分布状况对变形抗力都有影响。 一般而言，硬而脆的第二相在基本相晶粒内呈颗粒状弥散分布， 合金的抗力就高。第二相越细，分布越均匀，数量越多，则变形 抗力越高。
Fe3C
6
7
二、组织结构的影响
晶粒大小 结构变化 单组织和多组织
8
晶粒大小
金属和合金的晶粒愈细，同一体积内的晶界愈多。在室温下由 于晶界强度高于晶内，所以金属和合金的变形抗力就高。
晶粒度级别 晶粒度级别越高，晶粒越细。工业中常用的细晶粒是7-8 级，晶粒尺寸为0.022mm左右
9
结构变化
（2）多相组织变为单相组织，滑移系可能增多
（3)晶界的临界剪切应力降低，使晶界滑动容易进行
(4)原子热振动加剧，晶格中的原子处于一种不稳定状态，产 生热塑性（扩散塑性） 几乎所有金属与合金的变形抗力都随温度升高而降低。但是对于 那些随温度变化产生物理－化学变化和相变的金属与合金，则存
在例外。
12
塑 性 指 标 低温脆性区、中温脆性区 高温脆性区