影响金属塑性成形的因素及条件
金属塑性成形
02
金属塑性成形的原理
金属塑性变形的物理基础
01
金属塑性变形的基本概念
金属塑性成形是通过外力作用使金属材料发生塑性变形，从而获得所需
形状和性能的过程。
02
金属的晶体结构与塑性变形
金属的晶体结构是影响其塑性变形行为的重要因素。金属的晶体结构决
定了其塑性变形的机制和特点。
03
温度对金属塑性变形的影响
塑性成形过程中的缺陷与控制
在塑性成形过程中，由于各种因素的影响，可能会出现裂纹、折叠、夹杂等缺陷。为了获得高质量的产 品，需要了解这些缺陷的形成原因，并采取相应的措施进行控制和预防。
03
金属塑性成形的方法
自由锻成形
总结词
自由锻成形是一种金属塑性加工方法，通过锤击或压力机等 工具对金属坯料施加外力，使其发生塑性变形，从而获得所 需形状和尺寸的金属制品。
随着科技的发展，精密金属塑性成形技术逐渐兴起，如精密锻造、精密轧制、精密冲压等 ，这些技术能够制造出更高精度、更复杂形状的金属零件。
数值模拟与智能化技术
近年来，数值模拟与智能化技术在金属塑性成形领域得到了广泛应用，通过计算机模拟技 术可以对金属塑性成形过程进行模拟分析，优化工艺参数，提高产品质量和生产效率。同 时，智能化技术的应用使得金属塑性成形过程更加自动化和智能化。
详细描述
挤压成形适用于生产各种复杂形状的管材、棒材和异型材等。由于其能够实现连续生产，因此具有较 高的生产效率。但挤压成形对设备和操作技术要求较高，且对原材料的表面质量、尺寸精度和化学成 分等要求严格。
拉拔成形
总结词
拉拔成形是一种金属塑性加工方法，通 过拉拔机对金属坯料施加拉力，使其发 生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸 的金属制品。
13.4影响塑性和变形抗力的因素
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. 晶粒度的影响 晶粒度越小,越均匀,塑性越高.
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.
A0 ,Ak
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指标:
εc
,
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
塑性图: 在不同的变形速度下,以不同温度下的各 种塑性指标( , , , ,ak等)为纵坐标, 以温度为横坐标绘制成的函数曲线.
碳钢的塑性随温度的变化曲线
(四)应变速率对塑性的影响
一方面,随变形速率的增大,金属的塑性降低:没有足 够的时间进行回复或再结晶,软化过程进行得不充分. 另一方面,随着变形速率的增加,在一定程度上使金属 的温度升高,温度效应显著,从而提高金属的塑性.但 对于有脆性转变的金属,则应变速率的增加可能引起塑 性的下降.
金属材料的塑性成形
第3章金属材料的塑性成形概述3.1金属塑性成形基础3.2 常用的塑性成形方法3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料概述金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性，在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。
由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。
塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。
金属塑性成形的基本生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。
塑性成形的特点及应用：（1）消除缺陷，改善组织，提高力学性能。
（2）材料的利用率高。
（3）较高的生产率。
如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。
（4）零件精度较高。
应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。
如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。
但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。
塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。
例如，飞机上的塑性成形零件约占85%；汽车、拖拉机上的锻件占60%～80%。
3.1 金属塑性成形基础3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和性能的变化3.1.4 金属的塑性成形工艺基础3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性变形金属塑性变形最常见的方式是滑移。
滑移是晶体在切应力的作用下，一部分沿一定的晶面（亦称滑移面）和晶向（也称滑移方向）相对于另一部分产生滑动。
晶体滑移变形示意图滑移的实质:是通过晶体中的位错线沿滑移面的移动来实现的。
位错运动引起的滑移变形原理图2.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形是以单晶体的塑性变形为基础的，但多晶体中的晶粒取向不同、晶界的存在，对塑性变形的阻力增加。
晶粒之间也要相互滑动和转动。
3.1.2 金属的塑性变形1.形变强化（亦称加工硬化）金属塑性变形时产生的强度和硬度增加,塑性和韧性下降的现象，称形变强化（亦称加工硬化）。
金属的塑性变形
滑移
滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一
定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移变形示意图
d)塑性变形
孪生
孪生：晶体内的一部分原子（红色）相对另一部分原子沿某个
晶面转动，使未转动部分与转动部分的原子排列成镜面对称关系。
一、金属的可锻性（塑性加工性能）
定义：在锻造过程中，金属通过塑性加工而不开裂， 并获得合格零件的能力。 衡量指标：金属的塑性和变形抗力 塑性越高、变形抗力越低，可锻性越好。
二、影响金属可锻性的因素：
三个主要因素：金属的本质、加工条件、应力状态 1、金属的本质（内在因素）： ①化学成分
➢ 碳钢：钢的含碳量越低，可锻性越好; ➢ 合金钢：合金元素含量越高，可锻性越差； ➢ 纯金属的可锻性优于合金。 ②金属组织
冷变形过程缺点：
①冷变形过程的加工硬化使金属的塑性变差，给进一步塑性变 形带来困难。 ②对加工坯料要求其表面干净、无氧化皮、平整。 ③加工硬化使金属变形处电阻升高，耐蚀性降低。
五、纤维组织及其利用
纤维组织（热加工流线）：
塑性加工中，金属的晶粒形状和晶界分布的杂质沿变形方 向被拉长，呈纤维状。纤维组织不能热处理消除，只能通过锻 压改变其形状和方向。
纯金属或单相固溶体（奥氏体）的可锻性优于多相组织； 均匀细晶的可锻性优于粗晶组织和铸态柱状晶； 钢中存在网状二次渗碳体时可锻性下降。
影响金属可锻性的因素：
2、加工条件：
①变形温度 温度越高，金属塑性提高，
变形抗力降低，可锻性提高。
加热温度过高，产生缺陷： 过热：晶粒长大，使综合机械性能下降； 过烧：晶粒边界氧化或熔化 ，一击即碎； 脱碳：碳与环境气体反应，使表层含碳量减少； 严重氧化：表层与 氧反应，生成氧化物。
影响金属塑形因素
影响金属塑形因素碳碳对碳钢的塑性影响最大磷磷是钢中的有害杂质，引起冷脆性碳和杂质元素的影响硫硫也是钢中的有害杂质，引起热脆性氮蓝脆，引起时效脆性氢白点,氢脆氧热脆（也叫红脆，由于氧化物）化学成分1、固溶体的影响：合金元素使铁的晶格发生不同程度的畸变，从而使其抗力提高，塑性降低。
2、碳化物的影响：合金元素与钢中的碳形成硬而脆的碳化物，使钢强度提高，塑性降低合金元素的影响3、硫、氧化物的影响：合金元素与钢中的氧、硫形成氧化物和硫化物夹杂，造成钢的热脆性，降低了钢的热塑性4、相的影响：合金元素可改变钢中相的组成，造成组织的多相性，从而使钢的塑性下降5、组织与晶粒的影响：合金元素也可通过影响钢的铸造组织与晶粒大小来改变钢材的塑性。
6、低熔点元素的影响：造成钢的热脆性7、稀土元素的影响：可明显影响钢的性能，但加入量要合适。
相组成的影响：属单相系的纯金属和固溶体比多相系的塑性好（单相比多相的好）组织的影响：晶粒大小的影响：金属和合金的晶粒度越小，塑性越好。
其原因是：1）变形分散进行；2）晶界作用深化；3）有利位向晶粒数多铸造组织的影响铸锭的成分和组织不均匀，其塑性变形能力低。
其原因有如下几方面：1）非连续组织的存在；2）不均匀组织的存在；3）不利附加应力的存在：变形温度 -100℃：超低温脆性区，原子热运动几乎完全被冻结100-200℃原子热运动加剧200-400℃蓝脆，时效催化，晶界、滑移面上析出氮化物、氧化物700-800℃再结晶、扩散现象800-950℃硫化共晶产物、红脆950-1250℃均匀化奥氏体、硫化物扩散到晶粒内部＞1250℃过热、过烧变形速度：提高变形速度还有下列影响：第一，降低摩擦系数；第二，减少热加工时的热量散失；第三，由于“惯性作用”，使复杂工件易于成形。
变形程度的影响：1）变形量（越大）与加工硬化程度（越大）相关2）变形量与热脆现象相关（变形量越大，晶界结合力越弱）3）变形量（越多）与变形内应力（越大）相关应力状态的影响：压应力个数越多，且数值越大，即静水压力越大，则金属的塑性越好应变状态的影响：主应变图中压缩分量越多，对于充分发挥材料的塑性越有利。
金属塑性成形原理知识点
物和非金属夹杂物在钢中的分布 张量：由若干个当坐标改变时，满足转换关系的分量所组成的集合。 晶粒度：金属材料晶粒大小的程度。 变形织构 ：在塑性变形时，当变形量很大，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整 其取向而彼此趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织。 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的再结晶。 主应力：切应力为 0 的微分面上的正应力。 主方向：主应力方向，主平面法线方向。 主应力空间：由三个主方向组成的空间。 主切应力：切应力达到极值的平面上作用得切应力。 主切应力平面：切应力达到极值的平面。 主平面:应力空间中，可以找到三个互相垂直的面，其上均只有正应力，无切应力，此面就称 为主平面。 平面应力状态 ：变形体内与某方向轴垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴 无关的应力状态。 平面应变状态 ：物体内所有质点都只在同一个坐平面内发生变形，而该平面的法线方向没有 变形的变形状态。 理想刚塑性材料 ：研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的 材料。 理想弹塑性材料：塑性变形时，需考虑塑性变形之前的弹性变形，而不考虑硬化的材料。
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江西理工大学 10 机械 4 班 《金属塑性成形原理》知识点
詹琦平
自由能状态自发恢复的趋势 静态再结晶：冷变形金属加热到更高温度后，在原来版型体中金属会重新形成无畸变的 等轴晶直 至完全取代金属的冷组织的过程。 动态回复：在热塑性过程中发生的回复。 动态再结晶：塑性过程中发生的再结晶。 亚动态再结晶：指变形过程中已变形但尚未长大的动态再结晶晶核以及长大到中途的再 结晶晶粒 被遗留下来，当变形停止后而温度又足够高时，这些晶核和晶粒会继续长大的过程。 热塑性变形的对金属组织性能的影响： 1）改善晶粒组织 2）锻合内部缺陷 3）形成显微组织 4）改善偏析 5）破碎并改善碳化
塑性成形原理重点问题解答
一、加工硬化加工硬化指经过塑性变形后，金属内部的组织结构和物理力学性能发生改变，其塑性、韧性下降，强度、硬度增加，继续变形的力提高的现象。
微观上，加工硬化与金属内部的位错滑移、位错交割、位错塞积、交滑移以及晶粒的破碎与变化等有关。
加工硬化的后果： 强度提高，增加设备吨位；塑性下降，降低变形程度，增加变形工序和中间退火工序；强化金属材料（不能热处理的），提高金属零件的强度，改善冷塑性加工的工艺性能。
附：金属的结构：单晶体结构（体心立方、面心立方、密排六方） 实际多晶体结构（点缺陷、线缺陷、面缺陷） 单晶体的塑性变形机构：滑移，挛生 位错理论的基本概念：位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错运动与增值 多晶体冷塑性变形的微观机理：晶界、晶粒位向、晶内变形、晶间变形、变形不均匀性、 变形后组织与性能的改变 有关基本内容参阅金属学及热处理 二、金属的塑性与塑性指标金属的塑性：指固体金属在外力的作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。
注：塑性是一种状态、而不是一种性质 塑性的影响因素：（各因素具体的影响没详细） 内部因素：晶格类型、化学成分、晶相组织； 外部因素：变形温度、变形速度、受力状态 附：塑性指标三、金属受外力而变形，抵抗变形的力—变形抗力 变形的难易程度 单位流动应力 变形抗力的影响因素： 化学成分、组织结构、变形温度 变形速度、变形程度、应力状态四、金属的超塑性—金属材料在一定的内部条件（金属的组织状态）和外部条件（变形温度、变形速度）下变形体现出的极高的塑性，延伸率达δ＝100％～2000％。
, m ＝0.3~1.0超塑性结构超塑性（微细晶粒超塑性） 动态超塑性（相变超塑性）超塑性的影响因素：组织结构（晶粒度5 ~ 10μm ） 变形温度（0.5 ~ 0.7T m ）、变形速度（10-4 ~ 10-1 min-1） 五、塑性力学的基本假设：1.变形体连续2.变形体均质和各向同性3.变形体静力平衡4.体积力和体积变形不计 六、主应力、应力状态特征方程（在课本上） 1、应力特征方程的解是唯一的；2、对于给定的应力状态，应力不变量也具有唯一性；3、应力第一不变量J1反映变形体体积变形的大小，与塑性变形无关；J3也与塑性变形无关；J2与塑性变00100%h l l l δ-=⨯ 延伸率−00100%hA A A φ-−=⨯断缩面收率 00100%h C H H H ε-−=⨯压缩变形程度()()()()()()()()22222222222212322311616x y y z z x xy yz zx x y y z z x xy yz zx J σσσσσστττσσσσσστττσσσσσσ⎡⎤''''''=-++-++⎣⎦⎡⎤=-+-+-+++⎢⎥⎣⎦⎡⎤=-+-+-⎣'⎦10x y z J σσσ'''+'=+=形有关；4、应力不变量不随坐标而改变，是确定点的应力状态异同的判据。
塑性影响因素
金属塑性及其影响因素从生产工艺角度出发，总是希望变形金属具有高的塑性，随着科学技术的发展，有越来越多的低塑性、高强度材料需要进行塑性成型，以适应生产的需要。
塑性是材料力学性能中的一项重要指标，测定某一材料合不合格，对其塑性有严格的标准规定。
人们往往只认识到材料力学性能中强度这一项，而对塑性没有足够的重视。
然而在生产实际中，从各种机械零件到巨大的船舶、桥梁、容器等在使用过程中都有不少因塑性不够而发生脆断的例子。
因此研究如何提高金属塑性的问题无疑具有重要意义。
1金属塑性和塑性指标所谓塑性，是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏其完整性的能力。
为了衡量金属塑性的高低，需要有一种数量上的指标，称为塑性指标。
塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法来测定，如拉伸、墩粗和扭转实验等。
通常情况我们用拉伸实验测定金属的塑性指标，对应于拉伸实验的塑性指标，用延伸率a表示。
a的数值由下式确定:一Lo)/Lo x100%δ=(Lk一拉伸试样原始标距间长度式中:Lk一拉伸试样破断后标距间的长度Lk对应于不同材料，对其塑性有不同的标准规定，如标准铃轧扭钢筋》(JG3046一1998)中规定冷轧扭钢筋的延伸率8应符合吕I。
)4.5%;标准伽筋混凝土用热轧光圆钢脚(GB13013一91)中规定钢筋的延伸率吕应符合吕5)25%。
因此严格测定材料的塑性对判定材料是否符合标准要求起着重要的作用，并且塑性指标对于正确拟定产品加工工艺具有重要的参考价值。
那么，什么影响着金属塑性的高低呢?影响金属塑性高低的主要因素有两方面，一方面是内因，即金属本身的化学成分、组织等;另一方面是外因，即变形时的外部条件，如变形温度、变形速度等。
下面将对这两方面因素是如何影响金属塑性的高低做具体分析。
2化学成分和组织对金属塑性的影响金属本身的化学成分和组织对塑性的影响非常明显，但也很复杂。
现以钢(碳钢和合金钢)为主要对象，分析其化学成分和组织对金属塑性的影响。
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《材料成形技术基础》
—影响金属塑性成形的因素及条件
一、影响金属塑性变形的内在因素
（一）化学成分
纯金属的塑性成形性较合金的好。
钢的含碳量对钢的塑性成形性影响很大，对于碳质量分数小于0.15%的低碳钢，主要以铁素体为主（含珠光体量很少），其塑性较好。
随着碳质量分数的增加，钢中的珠光体量也逐渐增多，甚至出现硬而脆的网状渗碳体，使钢的塑性下降，塑性成形性也越来越差。
合金元素会形成合金碳化物，形成硬化相，使钢的塑性变形抗力增大，塑性下降，通常合金元素含量越高，钢的塑性成形性能也越差。
杂质元素磷会使钢出现冷脆性，硫使钢出现热脆性，降低钢的塑性成形性能。
（二）金属组织
纯金属及单相固溶体的合金塑性成形性能较好；钢中有碳化物和多相组织时，塑性成形性能变差；具有均匀细小等轴晶粒的金属，其塑性成形性能比晶粒粗大的柱状晶粒好；网状二次渗碳体，钢的塑性将大大下降。
二、影响金属塑性变形的加工条件
（一）变形温度
温度升高，塑性提高，塑性成形性能得到改善。
变形温度升高到再结晶温度以上时，加工硬化不断被再结晶软化消除，金属的塑性成形性能进一步提高。
过热：加热温度过高，会使晶粒急剧长大，导致金属塑性减小，塑性成形性能下降，这种现象称为“过热”。
过烧：如果加热温度接近熔点，会使晶界氧化甚至熔化，导致金属的塑性变形能力完全消失，这种现象称为“过烧”，坯料如果过烧将报废。
（二）变形速度
变形速度：单位时间内变形程度的大小。
变形速度的增大，金属在冷变形时的冷变形强化趋于严重；当变形速度很大时，热能来不及散发，会使变形金属的温度升高，这种现象称为“热效应”，它有利于金属的塑性提高，变形抗力下降，塑性变形能力变好。
图2-5所示是变形速度与塑性的关系。
问题：在锻压加工塑性较差的合金钢或大截面锻件时，都应采用较小的变形速度，若变形速度过快会出现变形不均匀，造成局部变形过大而产生裂纹。
图2-5 变形速度与塑性的关系
（三）应力状态
实践证明，在三向应力状态下，压应力的数目越多，则其塑性越好；拉应力的数目越多，则其塑性越差。
选择塑性成形加工方法时，应考虑应力状态对金属塑性变形的影响。
（四）其它
模具和工具：模锻的模膛内应有圆角，这样可以减小金属成形时的流动阻力，避免锻件被撕裂或纤维组织被拉断而出现裂纹。
板料拉深和弯曲时，成形模具应有相应的圆角，才能保证顺利成形。
润滑剂：可以减小金属流动时的摩擦阻力，有利于塑性成形加工。
综上所述，金属的塑性成形性能既取决于金属的本质，又取决于变形条件。
在塑性成形加工过程中，要根据具体情况，尽量创造有利的变形条件，充分发挥金属的塑性，降低其变形抗力，以达到塑性成形加工的目的。
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