金属塑性特性及影响因素分析

金属材料在外力的作用下产生变形而不破坏，当外力去除后，仍能使其变形保留下来的性能称塑性。电缆生产的铜铝线的拉丝就是利用了金属材料具有的塑性特性。大多数金属塑性较好，如铜、铝都可进行较大变形量的加工。

在这里我们不要把塑性和柔软性混为一谈，因为柔软性是表示金属的软硬程度（即变形抗力的大小），而塑性则表示金属能产生多大变形而不破坏。例如铅即柔软而塑性也很好（可在很大变形程度下变形而不破坏）。又如铜的塑性很好，但是它却很硬，具有很大的变形抗力，所以说它具有很小的柔软性。一般来说金属和合金在高温度区域变形抗力小，具有良好的柔软性，但不能同时具有良好的塑性。因为若过热、过烧，则变形时就要产生裂纹或破裂，表现塑性很差。

塑性不仅取决于金属的自然性质，而且也取决于压力加工过程中的外界条件。也就是说金属和合金的塑性，不是一种固定不变的性质，而是随着许多外界因素而变化。根据实验证明，压力加工外部条件比金属本身的性质对塑性影响更大。例如铅，一般来说是塑性很好的金属，但使其在三向等拉应力状态下变形，铅就不可能产生塑性变形，而在应力达到铅的强度极限时，它就像脆性物质一样被破坏。

金属和合金的塑性，既非固定不变的一种性能，则完全有可能靠控制变形时各种条件加以改变，使其有利于进行压力加工。例如，过去认为是难于甚至是不能压力加工的低塑性金属和合金，现已能够顺利地进行加工了，就是这方面的例子。

1.塑性的指标

塑性一般用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。伸长率越大，塑性越好，说明金属柔软，富有延展性。伸长率δ和断面收缩率ψ分别如下确定。

1）伸长率

金属材料受拉力直至拉断时，所伸长的长度l₁-l₀与原有长度l₀之比称为伸长率记作δ（%）：

金属材料在拉伸时，先均匀伸长，后会出现颈缩的现象。试样颈缩前的均匀伸长Δl_B决定于原标长度l₀，而颈缩后的局部伸长Δl_u则决定于试样的原始截面积F₀，即

式中 β、γ——由材料本性决定的常数。

试样断裂时总伸长：

伸长率：

由此可见，伸长率δ除决定于β与γ之外，还受几何尺寸的影响，随的增加而增加。对同一材料而言，伸长率δ应是确定值，故必须是常数。即。为了使不同尺寸的试样（材料相同）得到一样的伸长率，必须取为常数，即试样必须按比例的增长或缩小。为此，我国和大多数国家一样，选定或11.3，即试样的长度为其直径的5或10倍。

在电线电缆中常用标距长度为200mm的试样，记作δ₂₀₀。

2）断面收缩率

断面收缩率是断裂后试样截面的相对收缩率，它等于截面的绝对收缩量ΔF=F₀-F_K除以试样的原始截面积F₀，也用百分数表示：(www.xing528.com)

式中 F_K——断裂后试样的最小截面积。

2.影响金属塑性的因素

金属的塑性不是恒定不变的，它受许多内在因素和外部条件的影响。影响金属塑性的主要因素有化学成分、组织结构、变形温度、变形速度、受力状态、变形程度等。

1）化学成分的影响

金属的塑性随其纯度的提高而增加。例如纯度为99.96%的铝，伸长率为45%，而纯度为98%的铝，伸长率只有30%左右。工业上用的金属大都含有一定的杂质，有时为了改善金属的使用性能也往往人为地加入一些合金元素。它们对金属的塑性均有影响。化学成分对金属塑性的影响是很复杂的。

2）组织结构的影响

多数金属单晶体在室温下有较高的塑性，多晶体塑性较低。单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织的塑性好，固溶体比化合物的塑性好。晶粒细小而均匀比晶粒粗大塑性。显微组织和宏观组织越不均匀，塑性越低。金属和合金中，晶间脆性的和易熔的化合物存在，会对塑性有严重影响。

3）变形温度对塑性的影响

就大多数金属和合金而言，总的趋势是，随着温度的升高，塑性增加。但在升温过程中的某些温度区间，塑性会降低，出现脆性区。如铜的塑性在大约在500～600℃骤然下降，出现“低塑性区”，铜在热加工时，必须避开这个温度范围。

4）变形速度对塑性的影响

变形速度对塑性有两个不同方面的影响。一方面，随变形速度的增大，要驱使更多的位错同时运动，使金属的真实流动应力提高，进而使断裂提早，所以使金属的塑性降低；另外在热变形条件下，变形速度大时，可能没有足够的时间发生回复和再结晶，使塑性降低；这使得随变形速度增加、塑性降低；但另一方面，随着变形速度的增大，温度效应显著，会提高金属的塑性；因此加工时，应选择合理的加工速度，保证成形时金属具有良好塑性。

5）应力状态对塑性的影响

金属变形时受力的状态不同，塑性也不同。主应力状态中的压应力个数越多，数值越大，金属的塑性越好；反之拉应力个数越多，数值越大，其塑性越低。原因是，压应力阻止或减小晶间变形；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；能抵消由于不均匀变形所引起的附加应力。如挤压变形时比拉制变形时，金属的呈现塑性更好。

6）变形程度对塑性的影响

冷变形时，变形程度越大，加工硬化越严重，则金属的塑性降低；热变形时随变形程度的增加，晶粒细化且分散均匀，故金属的塑性提高。