金属的塑性变形抗力

4.4温度对塑性变形抗力的影响
温度升高，变形抗力降低的原因： 1)软化效应
2)某种物理-化学转变的发生 3)其它塑性变形机构的参与
1)软化效应：发生了回
复和再结晶 从绝对零度到熔点TM可分为三个温度区间：
• 完全硬化区间：0～0.3TM
• 部分软化区间：0.3TM～0.7TM
• 完全软化区间：0.7TM～1.0TM 回复温度：（0.25～0.3）TM 再结晶温度：> 0.4TM 温度越高、变形速度越小，软化程度越大。
时，其变形为：
ln l
l0
优点：变形较均匀，其不均匀变形程度比压缩变形小得多。
缺点：均匀变形程度小，一般≤20~30%
2.压缩试验法
应力状态：单向压缩；变形抗力为：
pc
P F
式中，P—压缩时变形金属所承受的压力；
F—试样在承受P力作用时所具有的横断面积。
试样由高度h0压缩到h时，所产生的变形为：
• 变形抗力的数学表达式：
单向拉伸： r pl
__单pl 向拉伸应力
•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（σS）的大小度量其变形抗
力。
•当屈服点不明显时，常以相对残余变形为0.2%时的应力σ0.2作 为屈服应力（变形抗力）。
4.1.2 变形抗力的测定方法
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
4.1.1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. 变形抗力：
• 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，保持原有状
态而抵抗塑性变形的能力。 • 在所设定的变形条件下，所研究的变形物体或其单元体
原因：质点阻碍滑移。 例：退火时第二相聚集为较大颗粒；淬火时弥散分布在基体上。
◆屈服强度与晶粒直径的关系
1
s 0 Kyd 2
1-Al; 2-钢；3-Ni; 4-碳钢（0.05C); 5-碳钢（0.2%C）； 6-Mo
4.3应力状态对塑性变形抗力的影响
变形抗力： 挤压>轧制； 孔型中轧制>平辊轧制； 模锻>平锤头锻造；
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，未广泛应用。
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
• 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。
• 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
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 －－静压缩，……－动压缩
• 氮：高强度低合金钢中氮含量的变化一般太小，以致于不 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，从而影响热 变形抗力。
• 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，其强化方式同 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。
4.2.2组织对塑性变形抗力的影响
1. 基体金属 原子间结合力大，σS大。
2.单相组织和多相组织 单相：合金含量越高，σS越大。原因：晶格畸变。
单相σS<多相： 硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则
σS高。 第二相越细、分布越均匀、数量越多，则σS越高。
著影响。 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。
间隙固溶强化
C、N等溶质原子嵌 入α-Fe晶格的八面体 间隙中,使晶格产生不 对称正方性畸变造成 强化效应.铁基体屈服 强度随间隙原子含量 增加而变大.
铁的屈服应力和含C量的关系
• 碳：在较低温度下随钢中含碳量的增加,钢的变形抗力升 高,温度升高时影响变弱.低温时影响远大于高温时.
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. 不同金属材料变形抗力不同.

• 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。
• 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 q –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。
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：
2. 压缩试验法
3. 扭转试验法
1.拉伸试验法：
试样：圆柱体，应力状态：单向拉伸，并均匀分布。所测出的 拉应力即为变形抗力:
pl
P F
式中，F—测定时试样的横断面积；P—作用在F上的力。
拉伸过程中的变形分布：均匀。当将试样的l0长度均匀拉伸至l
2）金属合金的流变行为与粘-塑性体行为相一致。（在一定 温度-速度条件下，特别是在温度接近熔点且变形速度不 大时）。
静水压力的作用：
• 使金属变得致密,消除可能产生的完整性的破坏,既提高金 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；
• 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。
ln
h0 h
优点：能产生更大变形
缺点：与拉伸相比，变形更不均匀，由于接触摩擦，实测 值稍偏高。
消除或减小接触摩擦对变形的影响可采取的措施：
1）试样端部涂润滑剂，加柔软垫片等； 2）适当增大H/d值，但不能使H/d>2~2.5，否则压缩过程中试样易弯
曲而使压缩不稳定。
3.扭转试验法
在圆柱体试样的两端加以大小相等、方向相反的转矩M，在此 作用下试样产生扭转角φ。在试验中测定φ值。
应力状态：纯剪切。但此应力状态的分布不均匀：
32 M
d
4 0
r
式中，d0—圆柱体试样工作部分的直径；r—所测点至试样轴线的距离。
变形中τ随r的变化不呈线性关系，而是取决于函数τ（γ）的复 杂规律变化。为降低不均匀性，可取空心管试样
2M
F0d平
式中， F0—环的面积（试样断面积）；d平—环平均直径。
压应力状态越强，变
C.U.帕特涅尔拉伸试验：加以220MPa的径向应力可使变形 抗力和塑性明显升高。
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 从0增加到5000MPa时,变形抗力可增加一倍.
静水压力有明显影响的情况：
1）金属合金中的已有组织或在塑性变形过程中发生的组织 转变有脆性倾向。