塑性和變形抗力

塑性和變形抗力第1頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性指標：

為衡量金屬塑性的高低而確定的數(shù)量上的指標，一般以金屬材料開始發(fā)生破壞時的塑性變形量來表示。常用的塑性指標：拉伸試驗伸長率δ(％)

斷面收縮率Ψ（％）δ＝100％Ψ＝100％為試樣的原始標準間距和試樣斷裂后標距間長度；、、為試樣的原始橫截面積和試樣斷裂處的最小橫截面積。第2頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

塑性指標還可以用鐓粗實驗和扭轉(zhuǎn)試驗測定。鐓粗試驗（試樣的高度為直徑的1.5倍）中，以出現(xiàn)第一條裂紋時的變形程度為塑性指標：注：只有相同的指標才能相互比較100％

＝、試樣原始高度和表面出現(xiàn)第一條裂紋時的高度

第3頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月鐓粗試驗原始樣出現(xiàn)裂紋后的試樣第4頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性圖：

在不同的變形速度下，以不同溫度下的各種塑性指標（、、、、ak等）為縱坐標、以溫度為橫坐標繪制成的函數(shù)曲線。碳鋼塑性圖第5頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、對塑性的影響因素

內(nèi)部因素：化學成分組織結(jié)構(gòu)外部因素：變形溫度應(yīng)變速度應(yīng)力狀態(tài)第6頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）化學成分和合金成分對金屬塑性的影響金屬的塑性隨其純度的提高而增加，如純鋁99.96％伸長率為45％，98％伸長率為30％使合金產(chǎn)生脆化現(xiàn)象，冷熱變形都非常困難。如碳鋼中：P(磷)——冷脆S——熱脆N——時效脆性H——氫脆雜質(zhì)的存在狀態(tài)、分布情況和形狀不同，對塑性的影響也不同；不溶于金屬—————降低金屬塑性溶于金屬—————塑性變化不大單質(zhì)或化合物形成固溶體第7頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)元素之間相互作用對金屬的塑性產(chǎn)生影響；硫+Fe——FeS（熔點1190℃），熱脆+Mn——MnS（熔點1600℃），塑性提高。

合金元素特性、數(shù)量、元素之間的相互作用及分布等對金屬的塑性產(chǎn)生影響。

碳：形成單相固溶體（fcc）——鐵素體和奧氏體——有較好的塑性；形成脆性過剩相——滲碳體——塑性降低。鉻、鎢、鉬、鈦、釩：形成硬而脆的碳化物——塑性下降。鈦、釩：形成高度彌散的碳化物細小顆?！獙λ苄杂绊懖淮?。注：對冷加工用鋼而言，含碳量應(yīng)盡量低。第8頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

下面以碳鋼為例，分析碳及雜質(zhì)元素（P、S、N、H、o）對塑性的影響1、碳

碳對碳鋼性能的影響最大1）碳能固溶于鐵，形成鐵素體和奧氏體，它們具有良好的塑性。2）當鐵中的碳含量超過其溶碳能力時，多余的碳便以滲碳體Fe3C形式出現(xiàn)，它具有很高的硬度，而塑性幾乎為零。含碳量越高，滲碳體的數(shù)量越多，金屬的塑性也越差。

見下圖例子不講!

第9頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月碳含量對碳鋼力學性能的影響第10頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2、磷

鋼中有害雜質(zhì)，在鋼中有很大的溶解度，易溶于鐵素體，使鋼的塑性降低，在低溫時更為嚴重，這種現(xiàn)象稱為冷脆性。

此外，磷具有極大的偏析傾向，能促使奧氏體晶粒長大。3、硫

鋼中有害物質(zhì)，主要與鐵形成FeS，與其它元素形成硫化物。硫化物及其共晶體（Fe-FeS），通常分布于晶界上，在鋼的鍛造溫度范圍內(nèi)會發(fā)生變形開裂，即“熱脆”現(xiàn)象。

在鋼中加入適量錳，生成MnS，硫化錳及其共晶體的熔點高于鋼的鍛、軋溫度，不會產(chǎn)生熱脆性，從而消除硫的危害。

第11頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月4、氮

在鋼中主要以氮化物Fe4N形式存在。當含量較小時，對鋼的塑性影響較?。划敽吭黾訒r，鋼的塑性下降。

當含氮量較高的鋼從高溫快冷至低溫時，α鐵被過飽和，隨后以Fe4N形式析出，使鋼的塑性、韌性大大下降，這種現(xiàn)象稱為時效脆性。5、氫

鋼中溶氫，會使鋼的塑性、韌性下降，造成所謂“氫脆”（白點）。6、氧

在鋼中溶解度很小，主要以氧化物的形式出現(xiàn)，降低鋼的塑性。與其它夾雜物形成共晶體，分布于晶界處，造成鋼的熱脆性。第12頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月7、其它元素：主要是降低鋼的塑性，提高變形抗力合金元素對鐵素體伸長率和韌性的影響第13頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）組織狀態(tài)對金屬塑性的影響晶格類型的影響面心立方——12個滑移系，同一滑移面上3個滑移方向，塑性最好，如鋁、銅和鎳等。體心立方——12個滑移系，同一滑移面上2個滑移方向，塑性較好，如釩、鎢、鉬等。密排六方——3個滑移系，塑性最差，如鎂、鋅、鈣等。晶粒度的影響晶粒度越小，越均勻，塑性越高。第14頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月相組成的影響單相組織塑性好；多相組織塑性差。（晶界、晶內(nèi)；硬相、軟相）鑄造組織的影響鑄造組織具有粗大的柱狀晶粒，具有偏析、夾雜、氣泡、疏松等缺陷，因而塑性較差。第15頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）變形溫度對金屬塑性的影響

對大多數(shù)金屬而言，總的趨勢是隨著溫度升高，塑性增加。原因:1）發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，消除了加工硬化；2）原子動能增加，位錯活動加劇，出現(xiàn)新的滑移系，改善晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性。3）晶間滑移作用增強：晶界切變抗力降低；晶界滑移引起的微裂紋被消除。4）金屬的組織、結(jié)構(gòu)的變化：多相——單相；晶格的結(jié)構(gòu)改變，如鈦：室溫hcp(密排六方)——bcc(體心立方)第16頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月在加熱的某些溫度區(qū)間，由于相態(tài)或晶界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆性區(qū)，使金屬的塑性降低。藍脆區(qū)：中溫（200-400℃）區(qū)，由于氧化物、氮化物以沉淀形式在晶界、滑移面上析出；熱脆區(qū)：高溫（800-950℃）區(qū)，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，使得鐵素體和奧氏體共存，另外，晶界處可能析出FeS-FeO低熔點的共晶體；高溫脆區(qū)：加熱溫度超過1250℃后，由于過熱、過燒，晶粒粗大，晶界出現(xiàn)氧化物和低熔物質(zhì)的局部熔化第17頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月碳鋼的塑性隨溫度的變化曲線18第18頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）應(yīng)變速率對塑性的影響

一方面，隨變形速率的增大，金屬的塑性降低：沒有足夠的時間進行回復(fù)或再結(jié)晶，軟化過程進行得不充分。另一方面，隨著變形速率的增加，在一定程度上使金屬的溫度升高，溫度效應(yīng)顯著，從而提高金屬的塑性。但對于有脆性轉(zhuǎn)變的金屬，則應(yīng)變速率的增加可能引起塑性的下降。影響是雙方面的:第19頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）應(yīng)力狀態(tài)對塑性的影響

主應(yīng)力圖：

自變形體中某點取一立方微單元體，用箭頭表示作用在該單元體主應(yīng)力，稱為主應(yīng)力圖，主應(yīng)力圖只表示出應(yīng)力的個數(shù)和方向，并不表示應(yīng)力的大小。主應(yīng)力圖有九種：單向主應(yīng)力圖：二向主應(yīng)力圖：

三向主應(yīng)力圖：第20頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力狀態(tài)不同對塑性的影響也不同：主應(yīng)力圖中壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性越高；拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性就越低。

原因:這是由于拉應(yīng)力促進晶間變形，加速晶界破壞，而壓應(yīng)力阻止或減小晶間變形；另外，三向壓應(yīng)力有利于抑制或消除晶體中由于塑性變形而引起的各種微觀破壞，而拉應(yīng)力則相反，它使各種破壞發(fā)展，擴大。

第21頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月變形抗力：

金屬在發(fā)生塑性變形時，產(chǎn)生抵抗變形的能力，稱為變形抗力，一般用接觸面上平均單位面積變形力表示變形抗力大小

取決于材料在一定變形條件下的真實應(yīng)力，還取決于塑性加工時的應(yīng)力狀態(tài)、接觸摩擦狀態(tài)和變形體的尺寸因素等。注：只有在單向應(yīng)力狀態(tài)下，材料的變形抗力才等于材料在該變形條件下的真實應(yīng)力。第22頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月注：塑性和變形抗力是兩個不同的概念

塑性——反映材料塑性變形的能力變形抗力——反映塑性變形的難易程度/強度!

塑性好不一定變形抗力低，反之亦然。第23頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月變形抗力的影響因素

（一）化學成分的影響

金屬純度越高，變形抗力越小。合金元素的原子與基體原子間相互作用的特性、原子體積的大小以及合金原子在基體中的分布等。（基體點陣畸變）雜質(zhì)的含量、雜質(zhì)的性質(zhì)及其在基體中的分布特性。第24頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）組織結(jié)構(gòu)的影響結(jié)構(gòu)變化：組織狀態(tài)不同，變形抗力不同；組織結(jié)構(gòu)的變化（相變），變形抗力也發(fā)生變化。晶粒大?。壕ЯＴ郊?，同一體積內(nèi)的晶界越多，變形抗力就高（室溫晶界強度高于晶內(nèi)）。第25頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月單相組織和多相組織：單相組織合金元素含量越高，晶格畸變越嚴重，變形抗力越大。單相組織比多相組織的變形抗力小。

多相組織中第二相的性質(zhì)、形狀、大小、數(shù)量和分布狀況對變形抗力都有影響:硬而脆的第二相在基體相晶粒內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時，合金的變形抗力就高；第二相越細，分布越均勻，數(shù)量越多，變形抗力就越大。第26頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）變形溫度的影響

幾乎所有的金屬和合金，變形抗力都隨溫度的升高而降低；但是當金屬和合金隨著溫度的變化而發(fā)生物理-化學變化和相變時，會出現(xiàn)相反的情況，如鋼在加熱過程中發(fā)生的藍脆和熱脆現(xiàn)象。（四）變形程度的影響隨變形程度的增加，會產(chǎn)生加工硬化，使繼續(xù)變形發(fā)生困難，因而變形抗力增加。當變形程度較高時，促進了回復(fù)與再結(jié)晶過程的發(fā)生與發(fā)展，變形抗力的增加變得比較緩慢。第27頁，課件共29頁，創(chuàng)