材料成型原理
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• 晶粒度的影响 晶粒度越小，越均匀，塑性越高。
• 相组成的影响 单相组织塑性好；多相组织塑性差（晶界、
晶内；硬相、软相） 。
• 铸造组织的影响 铸造组织具有粗大的柱
状晶粒，具有偏析、夹杂、 气泡、疏松等缺陷，因而塑 性较差。
（三）变形温度对金属塑性的影响
• 对大多数金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。
6、氧 在钢中溶解度很小，主要以氧化物的形式出现， 降低钢的塑性。与其它夹杂物形成共晶体，分布于晶 界处，造成钢的热脆性。
7、其它元素：主要是降低钢的塑性，提高变形抗力
合金元素对铁素体伸长率和韧性的影响
（二）组织状态对金属塑性的影响
• 晶格类型的影响 面心立方——12个滑移系，同一滑移面上3个滑移方向， 塑性最好，如铝、铜和镍等。 体心立方——12个滑移系，同一滑移面上2个滑移方向， 塑性较好，如钒、钨、钼等。 密排六方——3个滑移系，塑性最差，如镁、锌、钙等。
见下图
碳
含
量
对
碳
b
钢
力 学
性
能
的 影
响
2、磷 钢中有害杂质，在钢中有很大的溶解度，易溶 于铁素体，使钢的塑性降低，在低温时更为严重， 这种现象称为冷脆性。
此外，磷具有极大的偏析倾向，能促使奥氏体晶 粒长大。
3、硫 钢中有害物质，主要与铁形成FeS，与其它元 素形成硫化物。 硫化物及其共晶体（ Fe-FeS ），通常分布于晶 界上，在钢的锻造温度范围内会发生变形开裂，即 “热脆”现象。 在钢中加入适量锰，生成MnS，硫化锰及其共 晶体的熔点高于钢的锻、轧温度，不会产生热脆性， 从而消除硫的危害。
注：对冷加工用钢而言，含碳量应尽量低。
下面以碳钢为例，分析碳及杂质元素（P、 S、 N、 H、 o）对塑性的影响
1、碳 碳对碳钢性能的影响最大 1）碳能固溶于铁，形成铁素体和奥氏体，它们具有良好 的塑性。 2）当铁中的碳含量超过其溶碳能力时，多余的碳便以渗 碳体Fe3C形式出现，它具有很高的硬度，而塑性几乎为 零。 含碳量越高，渗碳体的数量越多，金属的塑性也越差。
晶界处
溶于金属 ————— 塑性变化不大
• 杂质元素之间相互作用对金属的塑性产生影响。 硫 +Fe —— FeS（熔点1190℃ ），热脆 +Mn —— MnS （熔点1600℃ ），塑性提高
• 合金元素特性、数量、元素之间的相互作用及分布等对金属 的塑性产生影响。 碳：形成单相固溶体（fcc）——铁素体和奥氏体——有较好 的塑性； 形成脆性过剩相——渗碳体——塑性降低。 铬、钨、钼、钛、钒：形成硬而脆的碳化物——塑性下降。 钛、钒：形成高度弥散的碳化物细小颗粒——对塑性影响不 大。
4、氮 在钢中主要以氮化物Fe4N形式存在。当含量较小 时，对钢的塑性影响较小；当含量增加时，钢的塑性 下降。 当含氮量较高的钢从高温快冷至低温时，α铁被 过饱和，随后以Fe4N形式析出，使钢的塑性、韧性大 大下降，这种现象称为时效脆性。
5、氢 钢中溶氢，会使钢的塑性、韧性下降，造成所谓 “氢脆” （白点） 。
蓝脆区：中温（200-400℃）区，由于氧化物、氮化物以 沉淀形式在晶界、滑移面上析出；
热脆区：高温（800-950℃）区，珠光体转变为奥氏体， 使得铁素体和奥氏体共存，另外，晶界处可能析出FeSFeO低熔点的共晶体；
变形抗力和塑性是两个不同的慨念，塑性反映 材料变形的能力，变形抗力则反应材料变形的难易 程度。例如：
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
二、对塑性的影响因素
内部因素：化学成分 组织结构
外部因素：变形温度 应变速度 应力状态
1）发生回复与再结晶，消除了加工硬化。 2）原子动能增加，位错活动加剧，出现新的滑移系，改善
晶粒之间变形的协调性。 3）晶间滑移作用增强：晶界切变抗力降低；晶界滑移引起
的微裂纹被消除。 4）金属的组织、结构的变化：多相——单相；晶格的结构
改变，如钛：室温hcp——bcc 。
• 在加热的某些温度区间，由于相态或晶界状态的 变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。
塑性指标：
为衡量金属塑性的高低而确定的数量上的指标， 一般以金属材料开始发生破坏时的塑性变形量来表
示。
常用的塑性指标：
拉伸试验伸长率δ(％)
δ＝
断面收缩率Ψ（％）
100％
L0、Lk
A0、Ak
Ψ ＝
A0 Ak A0
100％
为试样的原始标准间距和试样断裂后标距间长度；
为试样的原始横截面积和试样断裂处的最小横截面积。
（一）化学成分和合金成分对金属塑性的影响
• 金属的塑性随其纯度的提高而增加，如98％的纯铝伸长 率为30 ％ ， 99.96％的纯铝伸长率为45％
• 产生脆化现象，使冷热变形都非常困难。如碳钢中： P——冷脆 S——热脆 N——时效脆性 H——氢脆
• 杂质的存在状态、分布情况和形状不同，对塑性的影响 也不同；如：Pb、S、Sn等 不溶于金属 —单—质或—化—合—物降低金属塑性
塑性图： 在不同的变形速度下，以不同温度下的各种 塑温性 度指 为标 横（坐标、绘、制成、的、函α数k等曲）线为。纵坐标、以
碳钢塑性图
塑性加工时，使金属发生塑性变形的外力，称 为变形力。金属抵抗变形之力，称为变形抗力。变 形抗力和变形力数值相等，方向相反，一般用平均 单位面积变形力表示其大小。当压缩变形时，变形 抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力，故 亦称单位流动压力。
第四节 影响塑性和变形抗力的因素
一、塑性、塑性指标和塑性图 塑性：金属在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的
能力。 1、塑性反映了材料产生塑性变形的能力； 2、塑性不是固定不变的，同一种材料，在不同的变形条件
下，会表现出不同的塑性。 3、影响金属塑性的因素主要有两方面： 1）内因：金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等； 2）外因：变形时外部条件，如变形温度和受力状况等。
拉伸试验
d0 L0 标准试件
试件断口
电子拉伸试验机
塑性指标还可以用镦粗实验和扭转试验测定。 镦粗试验（试样的高度为直径的1.5倍）中，以出现第
一条裂纹时的变形程度为塑性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标：
c ＝
H0 Hk H0
100％
、
试样原始高度和表面出现第一条裂纹
时的高度
注：只有相同的指标才能相互比较
原始样
出现裂纹后的试样 镦粗试验
• 相组成的影响 单相组织塑性好；多相组织塑性差（晶界、
晶内；硬相、软相） 。
• 铸造组织的影响 铸造组织具有粗大的柱
状晶粒，具有偏析、夹杂、 气泡、疏松等缺陷，因而塑 性较差。
（三）变形温度对金属塑性的影响
• 对大多数金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。
6、氧 在钢中溶解度很小，主要以氧化物的形式出现， 降低钢的塑性。与其它夹杂物形成共晶体，分布于晶 界处，造成钢的热脆性。
7、其它元素：主要是降低钢的塑性，提高变形抗力
合金元素对铁素体伸长率和韧性的影响
（二）组织状态对金属塑性的影响
• 晶格类型的影响 面心立方——12个滑移系，同一滑移面上3个滑移方向， 塑性最好，如铝、铜和镍等。 体心立方——12个滑移系，同一滑移面上2个滑移方向， 塑性较好，如钒、钨、钼等。 密排六方——3个滑移系，塑性最差，如镁、锌、钙等。
见下图
碳
含
量
对
碳
b
钢
力 学
性
能
的 影
响
2、磷 钢中有害杂质，在钢中有很大的溶解度，易溶 于铁素体，使钢的塑性降低，在低温时更为严重， 这种现象称为冷脆性。
此外，磷具有极大的偏析倾向，能促使奥氏体晶 粒长大。
3、硫 钢中有害物质，主要与铁形成FeS，与其它元 素形成硫化物。 硫化物及其共晶体（ Fe-FeS ），通常分布于晶 界上，在钢的锻造温度范围内会发生变形开裂，即 “热脆”现象。 在钢中加入适量锰，生成MnS，硫化锰及其共 晶体的熔点高于钢的锻、轧温度，不会产生热脆性， 从而消除硫的危害。
注：对冷加工用钢而言，含碳量应尽量低。
下面以碳钢为例，分析碳及杂质元素（P、 S、 N、 H、 o）对塑性的影响
1、碳 碳对碳钢性能的影响最大 1）碳能固溶于铁，形成铁素体和奥氏体，它们具有良好 的塑性。 2）当铁中的碳含量超过其溶碳能力时，多余的碳便以渗 碳体Fe3C形式出现，它具有很高的硬度，而塑性几乎为 零。 含碳量越高，渗碳体的数量越多，金属的塑性也越差。
晶界处
溶于金属 ————— 塑性变化不大
• 杂质元素之间相互作用对金属的塑性产生影响。 硫 +Fe —— FeS（熔点1190℃ ），热脆 +Mn —— MnS （熔点1600℃ ），塑性提高
• 合金元素特性、数量、元素之间的相互作用及分布等对金属 的塑性产生影响。 碳：形成单相固溶体（fcc）——铁素体和奥氏体——有较好 的塑性； 形成脆性过剩相——渗碳体——塑性降低。 铬、钨、钼、钛、钒：形成硬而脆的碳化物——塑性下降。 钛、钒：形成高度弥散的碳化物细小颗粒——对塑性影响不 大。
4、氮 在钢中主要以氮化物Fe4N形式存在。当含量较小 时，对钢的塑性影响较小；当含量增加时，钢的塑性 下降。 当含氮量较高的钢从高温快冷至低温时，α铁被 过饱和，随后以Fe4N形式析出，使钢的塑性、韧性大 大下降，这种现象称为时效脆性。
5、氢 钢中溶氢，会使钢的塑性、韧性下降，造成所谓 “氢脆” （白点） 。
蓝脆区：中温（200-400℃）区，由于氧化物、氮化物以 沉淀形式在晶界、滑移面上析出；
热脆区：高温（800-950℃）区，珠光体转变为奥氏体， 使得铁素体和奥氏体共存，另外，晶界处可能析出FeSFeO低熔点的共晶体；
变形抗力和塑性是两个不同的慨念，塑性反映 材料变形的能力，变形抗力则反应材料变形的难易 程度。例如：
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
二、对塑性的影响因素
内部因素：化学成分 组织结构
外部因素：变形温度 应变速度 应力状态
1）发生回复与再结晶，消除了加工硬化。 2）原子动能增加，位错活动加剧，出现新的滑移系，改善
晶粒之间变形的协调性。 3）晶间滑移作用增强：晶界切变抗力降低；晶界滑移引起
的微裂纹被消除。 4）金属的组织、结构的变化：多相——单相；晶格的结构
改变，如钛：室温hcp——bcc 。
• 在加热的某些温度区间，由于相态或晶界状态的 变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。
塑性指标：
为衡量金属塑性的高低而确定的数量上的指标， 一般以金属材料开始发生破坏时的塑性变形量来表
示。
常用的塑性指标：
拉伸试验伸长率δ(％)
δ＝
断面收缩率Ψ（％）
100％
L0、Lk
A0、Ak
Ψ ＝
A0 Ak A0
100％
为试样的原始标准间距和试样断裂后标距间长度；
为试样的原始横截面积和试样断裂处的最小横截面积。
（一）化学成分和合金成分对金属塑性的影响
• 金属的塑性随其纯度的提高而增加，如98％的纯铝伸长 率为30 ％ ， 99.96％的纯铝伸长率为45％
• 产生脆化现象，使冷热变形都非常困难。如碳钢中： P——冷脆 S——热脆 N——时效脆性 H——氢脆
• 杂质的存在状态、分布情况和形状不同，对塑性的影响 也不同；如：Pb、S、Sn等 不溶于金属 —单—质或—化—合—物降低金属塑性
塑性图： 在不同的变形速度下，以不同温度下的各种 塑温性 度指 为标 横（坐标、绘、制成、的、函α数k等曲）线为。纵坐标、以
碳钢塑性图
塑性加工时，使金属发生塑性变形的外力，称 为变形力。金属抵抗变形之力，称为变形抗力。变 形抗力和变形力数值相等，方向相反，一般用平均 单位面积变形力表示其大小。当压缩变形时，变形 抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力，故 亦称单位流动压力。
第四节 影响塑性和变形抗力的因素
一、塑性、塑性指标和塑性图 塑性：金属在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的
能力。 1、塑性反映了材料产生塑性变形的能力； 2、塑性不是固定不变的，同一种材料，在不同的变形条件
下，会表现出不同的塑性。 3、影响金属塑性的因素主要有两方面： 1）内因：金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等； 2）外因：变形时外部条件，如变形温度和受力状况等。
拉伸试验
d0 L0 标准试件
试件断口
电子拉伸试验机
塑性指标还可以用镦粗实验和扭转试验测定。 镦粗试验（试样的高度为直径的1.5倍）中，以出现第
一条裂纹时的变形程度为塑性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标：
c ＝
H0 Hk H0
100％
、
试样原始高度和表面出现第一条裂纹
时的高度
注：只有相同的指标才能相互比较
原始样
出现裂纹后的试样 镦粗试验