金属塑性测试方法及其意义

1.塑性指标

金属的塑性是金属在外力的作用下，承受永久变形而不破裂的能力。在锻造过程中，金属的塑性指标是最重要的，是保证获得高质量锻件的前提。不同的金属，其塑性是不相同的，例如铸铁没有塑性，铜和铝的塑性好，镁的塑性差。同种金属在不同的外部条件下，其塑性不同；例如，高温时的钢比低温时的钢塑性好。那么，怎样评述金属的塑性好坏呢？

图1-1 材料单位镦粗试验

表述金属塑性的指标很多，下面以最直观的镦粗试验来说明塑性测试方法。用一个高度等于直径2倍的圆柱形试样，在压力机或锻锤上进行镦粗试验（见图1-1），把试样侧面出现第一条用肉眼看到的裂纹时的变形量作为塑性指标，即

式中 ε——塑性指标（%）；

H——试样的原始高度（mm）；

h——试样变形后的高度（mm）。

镦粗时，试样由于受接触摩擦力的影响而出现鼓肚形，中部受三向压应力的作用。当鼓形肚较大时，侧面受环向的拉应力作用。该试验可直观地反映应力状态及与此相近的锻造变形过程（自由镦粗、冷锻等）的塑性大小。试验时可以将金属加热到相应的锻造温度范围内，在压力机或锻锤上进行镦粗。由于ε还与接触表面上外摩擦的条件和试样的侧表面加工精度有关，同一种金属在一定的温度和变形速度条件下进行镦粗时，也可能得出不同的塑性指标。对于金属塑性指标ε的比较，还应该有相应的外摩擦条件和试样散热条件等因素。因此，在用镦粗试验测定塑性指标时，为了使试验结果具备可比性，必须说明试验条件。

当金属的塑性指标ε>50%时，说明锻造加工无困难；当塑性指标ε≤50%时，说明锻造加工比较困难；当塑性指标ε<20%时，说明该金属难以锻造。(www.xing528.com)

一般钢材要加热到一定的温度才能进行锻造。在实际生产中，可以将试样加热到试验的温度，镦粗到原来高度的一半。如果镦粗后试样上无裂纹产生，说明该材料在试验的温度范围内可进行锻造，也可以用这种方法确定该材料的锻造温度范围。

还可以用拉伸试验的伸长率A、断面收缩率Z和冲击韧度A_K的高低和扭转时的转数n等来表示塑性。A、Z和A_K值越高，金属的塑性越好；转数n越多，金属的塑性越好。

常用的塑性图是以塑性指标（如A、Z、ε、A_K和扭转时转数n等）为纵坐标，以温度为横坐标绘制而成的塑性指标随温度变化的曲线图。塑性图描述了金属塑性指标随温度变化的状况。

2.变形抗力和变形极限

以锻造中最常用的钢为例，来说明钢的变形抗力和变形极限的问题。

要多大的力才能使钢变形呢？钢在一次加工中最多能达到多少变形呢？我们知道，锻造加工需要的力，至少应使金属达到其屈服强度，但最大不得超过其抗拉强度，我们在这上下限之间选择适当大小的力，进行钢的加工。某种钢在一次加工中所允许的最大变形，不能超过该钢种抗拉强度下的伸长率，否则，工件将会开裂。如果所用之力小于屈服强度，则达不到塑性变形的目的。因此在加工中所需的力和变形程度是有一定范围的。决定加工所需的力是钢的强度，即变形抗力；决定一次加工的变形限度是钢的伸长率，即塑性。

由此可见，塑性和变形抗力是两个独立的指标。认为变形抗力高的材料塑性就低，变形抗力低的塑性就高，这是与许多事实不符的。变形抗力是衡量变形的难易程度，主要取决于材料的强度和受力方式。而塑性则是金属允许的最大变形程度。例如，奥氏体不锈钢在室温下可以经受很大的压力，压下量较大时也不会破裂，具有很好的塑性。但是，要使它变形，则需要很大的压力。相比较而言，塑性较变形抗力更重要。如果金属的变形抗力大，可以通过加大锤击力量，减小金属与工具的接触面积（如采用弧形砧）等方式解决；如果金属的塑性差，则意味着锻造时容易破裂。

3.塑性与硬度

不能把金属材料的塑性高低和其硬度的高低联系在一起。生活中往往有这样的认识，即认为材料的硬度高，塑性就差；而硬度低，塑性就好。硬度是金属软硬程度的度量，塑性则是金属成形时是否容易开裂的指标，是完全不同的两个概念。当然有些金属的硬度高，塑性也差，但并非都是如此。例如：铁的硬度为80HBW，塑性指标ε=80%；镍的硬度为60HBW，塑性指标ε=60%；镁的硬度为8HBW，塑性指标ε=3%；锑的硬度为30HBW，塑性指标ε=0%。可见，铁、镍不但硬度高，而且塑性也高；而镁、锑硬度低，塑性却差。从这里可以看出，塑性与硬度无关。