影响金属塑性的因素分析

金属的塑性不是一成不变的，它与外部条件（变形温度、变形速度、变形时所处的应力状态、摩擦条件等）有关。外部条件改变了，塑性也跟着改变。

1.化学成分的影响

不同牌号的钢，其化学成分是不同的。化学成分对钢的塑性有直接的影响，见表1-1。

表1-1 化学成分对钢的塑性的影响

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2.组织结构对金属塑性的影响

一定化学成分的金属材料，如果其相组成、晶粒度、铸造组织等不同，则其塑性亦有很大的差别。

（1）相组成的影响 对于有固态相变的金属来说，在单相区内进行成形加工是有利的。以钢为例，尽管钢件的化学成分相同，如果其组织结构或相态不同，塑性也有很大差别。在单一的奥氏体状态时，内部性能均匀，塑性高。如果渗碳体在基体上弥散析出，对塑性无大影响，仅变形抗力有所增大；若渗碳体沿晶成封闭网状或半封闭网状析出，则塑性大为降低，容易锻裂。

（2）晶粒度的影响 金属和合金晶粒越细小，塑性越好。因为晶粒越细（相对于粗晶粒材料而言），则同一体积内晶粒数目越多。在一定变形数量下，变形可分散在许多晶粒内进行，变形比较均匀，能减小局部区域应力集中，延缓裂纹出现的过程，从而在断裂前可以承受较大的变形量，即提高塑性。

（3）铸造组织的影响 铸造组织由于具有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷，同时粗大的柱状晶组织带有方向性，故使金属塑性降低。尤其高合金钢的铸态组织常有严重的偏析，晶粒的边界易聚集碳化物、杂质以及低熔成分。如果高合金钢锭在开坯锻造前进行均匀化退火，能起到均匀化的作用，从而提高塑性。但是均匀化退火生产周期长、耗费大，可采用适当延长锻造加热时出炉保温时间来代替。

3.温度的影响

温度与塑性的关系，并不是呈直线变化的，如图1-2所示。低碳钢在200℃左右加热时，塑性下降，出现“蓝脆”；在800℃左右加热时，塑性有所下降；在1000℃左右加热，一旦锻造温度过高或加热时间过长、晶粒粗化，晶界会呈现氧化物和低熔成分，导致钢件过烧。加热温度选择过高，容易使晶界处的低熔点物质熔化或使金属的晶粒粗大；加热温度太低时，金属则会出现加工硬化。这些都会使金属的塑性降低，引起变形时的开裂。

图1-2 低碳钢在不同温度时的塑性指标(www.xing528.com)

4.加工硬化的影响

钢料经冷锻压变形后，内部出现硬化现象，晶粒沿变形方向伸长，塑性下降。经再结晶退火后，塑性又回升。

5.受力的方式和个数对塑性的影响

金属变形的压应力个数越多，数值越大，则金属的塑性越高；反之，拉应力个数越多，数值越大，则金属的塑性越低。因此，除了金属丝的拉拔成形外，其他金属塑性成形都是在压力下成形，故称为金属压力加工。

拉应力促进晶间变形，加速晶界破坏；压应力阻止或减少晶间变形，随着三向压缩作用的增强，晶间变形愈加困难，从而提高了金属的塑性。因此，压应力有利于抑制或消除晶体中由于塑性变形引起的各种微观破坏。选择三向压缩性较强的变形方式，挤压变形时的塑性一般高于开式模锻，而开式模锻又比自由锻更有利于塑性的发挥。在锻造低塑性材料时，可采用一些能增强三向压应力状态的措施，如模锻（见图1-3），以防止锻件的开裂。

6.变形速度的影响

变形速度对碳钢和合金结构钢的塑性的影响不大，主要对高合金钢有一定的影响。

变形速度对钢料工艺塑性的影响有两个方面：一方面是变形过程中的温度效应，外力在金属塑性变形过程中所做的功的大部分转化为热能；另一方面是再结晶速度不同。

高合金钢的热传导性差，当用高的变形速度和大变形量进行锻压时，坯料内部积聚了很大热量，且不易散去，使温度升高，局部区域的温度可比原来升高150～200℃，这种现象叫做温度效应。这种局部的高温可使合金内的低熔点成分发生熔化，降低了晶体内组织的结合力和塑性。同时，塑性变形使金属内部产生硬化现象。在热锻压中，硬化现象由再结晶的软化作用来消除。高合金钢中的高熔点成分多，再结晶速度缓慢，如果在坯料的同一部位快速重复锻压，加工硬化现象来不及消除，塑性就要下降。实践表明，奥氏体不锈钢、高温钢、钛合金等进行锻造加工时，变形速度增加，则塑性会下降。因此，高合金钢进行锻造加工时，最好采用速度不太高的液压机。如果用锻锤进行开坯锻造，开始时必须轻打快送，控制压下量，待表面的铸造组织转变为锻造组织后，才能加大锤击力。

7.坯料表面状况和环境的影响

坯料的表面状况对塑性有密切影响，特别是冷锻压加工，尤为显著。表面粗糙或有刻痕、微裂、粗大夹杂物等缺陷时，都会在变形过程中影响塑性，甚至因应力集中而开裂。

其次，周围环境条件对钢的塑性也有影响。钢料在含硫高的氧化性气氛中长时间高温加热，侵蚀晶间，变形时会发生表面龟裂。低温时受酸侵蚀，塑性也要降低。

图1-3模锻示意图