变形抗力及测定方法和影响因素

4.6变形程度的影响 4.6变形程度的影响
变形程度↑ 晶格畸变↑ 阻碍滑移，变形抗力↑ 变形程度↑，晶格畸变↑，阻碍滑移，变形抗力↑。 通常变形程度在30%以下时，变形抗力增加显著。 通常变形程度在30%以下时，变形抗力增加显著。当变 30%以下时 形程度较大时，变形抗力增加变缓. 形程度较大时，变形抗力增加变缓. 冷加工：温度低于再结晶温度，产生加工硬化。 冷加工：温度低于再结晶温度，产生加工硬化。 热加工：若变形速度高，回复和再结晶来不及进行， 热加工：若变形速度高，回复和再结晶来不及进行， 也会加工硬化。 也会加工硬化。
4.4温度对塑性变形抗力的影响 4.4温度对塑性变形抗力的影响
变形抗力随温度↑的变化情况： 变形抗力随温度 的变化情况： 一类金属:变形抗力↓ 1) 一类金属:变形抗力↓,例：Cu 另一类情况较复杂, 2) 另一类情况较复杂,如:钢 温度↑ 屈服应力↓ 屈服延伸↓ 温度↑，屈服应力↓，屈服延伸↓， 400℃消失 消失。 至400℃消失。 ℃：温度↑ 抗拉强度↑ <300 ℃：温度↑，抗拉强度↑， 塑性↓ 塑性↓ ℃：抗拉强度↓ 塑性↑ >300 ℃：抗拉强度↓，塑性↑。
各种合金元素对塑性变形抗力影响
碳：在较低温度下随钢中含碳量的增加,钢的变形抗力升 在较低温度下随钢中含碳量的增加, 温度升高时影响变弱.低温时影响远大于高温时. 高,温度升高时影响变弱.低温时影响远大于高温时. 氮：高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小，以致于 高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小， 不会引起热变形抗力显著改变， 不会引起热变形抗力显著改变，但氮可以通过如氮化铝 或氮化钛等氮化物的形成而引起奥氏体晶粒细化， 或氮化钛等氮化物的形成而引起奥氏体晶粒细化，从而 影响热变形抗力。 影响热变形抗力。 置换式固溶元素： 置换式固溶元素：在置换型合金中使用的元素通过固溶 强化、沉淀硬化和晶粒细化来达到强化目的， 强化、沉淀硬化和晶粒细化来达到强化目的，其强化方 式同钢在室温下的强化方式相类似。Mn、Si、Cr、Ni。 式同钢在室温下的强化方式相类似。Mn、Si、Cr、Ni。 复合添加:变形抗力提高。 复合添加:变形抗力提高。
4.1.2 变形抗力的测定方法 条件：简单应力状态下， 条件：简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布 1. 拉伸试验法：
优点： 优点：变形较均匀
P σ pl = F
缺点：均匀变形程度小，一般≤20~30% 缺点：均匀变形程度小，一般
2. 压缩试验法
σ pc
P = F
优点： 优点：能产生更大变形 缺点：与拉伸相比，变形不均匀，由于接触摩擦，实测值较高。 缺点：与拉伸相比，变形不均匀，由于接触摩擦，实测值较高。
4. 金属的塑性变形抗力
4.1塑性变形抗力的基本概念及测定方法 4.1塑性变形抗力的基本概念及测定方法
4.1.1塑性变形抗力的基本概念 4.1.1塑性变形抗力的基本概念
变形力:塑性加工时,使金属发生塑性变形的外力. 塑性加工时,使金属发生塑性变形的外力. 变形抗力：
金属抵抗变形力之力. 金属抵抗变形力之力. 材料在一定温度、速度和变形程度条件下， 材料在一定温度、速度和变形程度条件下，保持原有 状态而抵抗塑性变形的能力。 状态而抵抗塑性变形的能力。 在所设定的变形条件下， 在所设定的变形条件下，所研究的变形物体或其单元 体能够实现塑性变形的应力强度。 体能够实现塑性变形的应力强度。 变形抗力与变形力数值相等,方向相反. 变形抗力与变形力数值相等,方向相反. 不同金属材料变形抗力不同. 不同金属材料变形抗力不同.
3. 扭转试验法
圆柱试样： 圆柱试样： = τ
32M ⋅r 4 πd0
应力状态分布不均匀，为降低不均匀性，可取空心管试样， 应力状态分布不均匀，为降低不均匀性，可取空心管试样， 数据换 算到另外变形状态有困难，且在大变形时，纯剪切遭到破坏等原因， 算到另外变形状态有困难，且在大变形时，纯剪切遭到破坏等原因， 未广泛应用。 未广泛应用。
镉与锌的真应力曲线
不发生物理－ 不发生物理－化学变化合金的 力学性能（M)与相对温度关系 力学性能（M)与相对温度关系
发生物理－ 发生物理－化学变化合金的力 学性能（M)与相对温度关系 学性能（M)与相对温度关系
塑性变形抗力随温度变化的定量关系式 库尔纳科夫温度定律） （库尔纳科夫温度定律）
Pt1 = Pt 2e a ( t2 −t1 )
硬化随温度升高而降低的总效应决定于： 硬化随温度升高而降低的总效应决定于：
1)回复和再结晶的软化作用 1)回复和再结晶的软化作用 2)随温度的升高，新塑性机构的参与作用 2)随温度的升高， 随温度的升高 3)剪切机构（基本塑性机构） 3)剪切机构（基本塑性机构）特性的变化 剪切机构
温度↑，硬化程度↓，达到一定温度，平行于坐标轴， ▲温度 ，硬化程度 ，达到一定温度，平行于坐标轴，不 继续硬化。 高温：变形程度很小时，仍有强烈硬化。 ▲高温：变形程度很小时，仍有强烈硬化。
用中间停歇的反复载荷来 拉伸Zn Zn时的变形抗力变化 拉伸Zn时的变形抗力变化
2)其它变形机构的参与： 其它变形机构的参与：
<0.3TM： ◆滑移机构（剪切机构） 滑移机构（剪切机构） ◆晶块间机构 ◆孪生机构 ◆晶粒间的脆化机构 >0.3TM： ◆非晶机构 ◆溶解沉淀机构 ◆晶粒边界上的粘性流动机构
4.3应力状态对塑性变形抗力的影响 4.3应力状态对塑性变形抗力的影响
变形抗力： 变形抗力： 孔型中轧制>平辊轧制； 孔型中轧制>平辊轧制； 模锻>平锤头锻造； 模锻>平锤头锻造； 压应力状态越强，变形抗力越大。 压应力状态越强，变形抗力越大。 挤压应力状态： 挤压应力状态：三向压 拉拔应力状态： 拉拔应力状态：一拉二压 挤压> 挤压>拉拔
4.5变形速度对塑性变形抗力的影响 4.5变形速度对塑性变形抗力的影响 影响因素：◆塑性变形过程
◆软化过程◆
热效应
1)每种金属在设定温度下都有其特征变形速度, 1)每种金属在设定温度下都有其特征变形速度, 特征变形速度:对变形过程没有影响； <特征变形速度:对变形过程没有影响； 特征变形速度:变形速度↑，变形抗力↑。 >特征变形速度:变形速度 ，变形抗力 。 2)变形速度 ，变形物体热效应 。 变形速度↑，变形物体热效应↑。 变形速度 3)原因 ①为完全实现塑性变形的时间不够。②为 原因:①为完全实现塑性变形的时间不够。 原因 实现软化过程的时间不够:变形产生硬化 变形产生硬化,回复和再 实现软化过程的时间不够 变形产生硬化 回复和再 结晶产生软化,硬化速率超过软化速率 硬化速率超过软化速率,使变形抗力 结晶产生软化 硬化速率超过软化速率 使变形抗力 升高. 升高
4.2金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响 4.2金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响
4.2.1化学成分对塑性变形抗力的影响 4.2.1化学成分对塑性变形抗力的影响 对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大， 对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形 抗力也大。 抗力也大。 同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。 同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。 合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显 著影响。 著影响。 原因： 溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加； 原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加； 2）形成化合物 3）形成第二相组织，使σS增加。 形成第二相组织， 增加。 合金元素使钢的再结晶温度升高，再结晶速度降低， 合金元素使钢的再结晶温度升高，再结晶速度降低，因而 硬化倾向性和速度敏感性增加，变形速度高, 硬化倾向性和速度敏感性增加，变形速度高,σS↑. 某些情况下, 某些情况下,改变合金的某主要成分的含量不会引起变形 抗力的太大变化. 抗力的太大变化.
Pt1温度t 时塑性变形抗力的特征值（挤压压力、 温度t1时塑性变形抗力的特征值（挤压压力、压入时的硬 拉伸时的强度极限、屈服极限、引起变形的应力强度）； 度、拉伸时的强度极限、屈服极限、引起变形的应力强度）； Pt2－ 温度t 时上述各塑性变形抗力的特征值； 温度t2时上述各塑性变形抗力的特征值； a－温度系数
同一金属材料,在一定变形温度、变形速度和变形程度下， 同一金属材料,在一定变形温度、变形速度和变形程度下， 以单向压缩（或拉伸）时的屈服应力 屈服应力（ 以单向压缩（或拉伸）时的屈服应力（σS）的大小度量 其变形抗力。 其变形抗力。 金属塑性加工过程都是复杂的应力状态，同一金属材料， 金属塑性加工过程都是复杂的应力状态，同一金属材料， 变形抗力比单向应力状态大得多。 变形抗力比单向应力状态大得多。 实际测试的变形抗力P= 实际测试的变形抗力P= σS +q σS-材料在单向应力状态下的屈服应力 反映材料受力状态（ q –反映材料受力状态（工具与变形物体外表面接触摩擦） 反映材料受力状态 工具与变形物体外表面接触摩擦） 所引起的附加抗力值。 所引起的附加抗力值。 当屈服点不明显时，常以相对残余变形为0.2% 0.2%时的应力 当屈服点不明显时，常以相对残余变形为0.2%时的应力 作为屈服应力（变形抗力）。 σ0.2作为屈服应力（变形抗力）。
静水压力的影响
金属的变形抗力在很大程度上取决于静水压力. 金属的变形抗力在很大程度上取决于静水压力.静水压力 增加到5000MPa 5000MPa时 变形抗力可增加一倍. 从0增加到5000MPa时,变形抗力可增加一倍. 使金属变得致密,消除可能产生的完整性的破坏,既提高金 使金属变得致密,消除可能产生的完整性的破坏, 属塑性,又提高变形抗力.金属越倾向于脆性状态, 属塑性,又提高变形抗力.金属越倾向于脆性状态,静水压 力的影响越显著. 力的影响越显著. 静水压力可使金属内的空位数减少,使塑性变形困难. 静水压力可使金属内的空位数减少,使塑性变形困难.变形 速度大时,影响大;空位数多时,影响大. 速度大时,影响大;空位数多时,影响大.
不同变形温度和变形速度下，含C量对碳钢变形抗力的影响 不同变形温度和变形速度下，