1、5.4 金属的塑性加工成形性 5.4.1 金属的热成形性能 5.4.1.1 金属的可锻性 金属在热状态下的成形性能通常用金属的可锻性 (Forgeability)来衡量，它是表示材料在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度。若材料在热态下很易进行塑性变形，则说明其可锻性好。相反，则可锻性差，因而就不宜用压力加工方法来成形。因此，可锻性是金属热加工的一种重要工艺性能。 可锻性的优劣一般常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。金属的塑性愈高，变形抗力愈低，则其可锻性愈好，反之则差。这是因为塑性高、变形抗力低，即使在变形量很大的情情况下也不易产生裂纹，且变形时消耗的能量也小。 5.4.1.2 影响
2、可锻性的因素 可锻性是金属在热态下进行塑性加工的基础，它主要取决于金属的成分、组织和加工条件。5.4 金属的塑性加工成形性 1、金属的成分 不同成分的金属材料的可锻性是不一样的。一般来说，纯金属的可锻性比合金好，低碳钢的可锻性优于高碳钢，低碳低合金钢的可锻性优于高碳高合金钢。这是由于纯金属的塑性比合金好，变形抗力低。在钢中，随碳和合金元素含量的增加，不仅固溶强化作用增大，而且还会形成熔点高、硬而脆的合金碳化物，特别是在高碳高合金钢中往往易出现硬而脆的共晶莱氏体，使钢的强度和塑性显著降低，脆性增大，所以高碳高合金钢的可锻性较差。 有害杂质元素的存在也会严重影响材料的可锻性，例如钢中含有较高的硫或
3、氢，工业纯铜中含有较高的铅或铋，都会使材料的可锻性显著变坏。 2、金属的组织 金属的组织不同，其可锻性有很大的差别。通常单相组织的可锻性比多相组织的可锻性好，这是因为单相组织均匀、塑性高。多相组织易造成组织的不均匀性，且各相的塑性有很大差别，会引起变形的不均匀性，因而可锻性差。5.4 金属的塑性加工成形性 例如在高速钢和高碳高铬钢等高合金工具钢中，由于有大量的硬而脆的合金碳化物存在，且常易在晶界上形成连续或不连续的网状组织，使钢变脆，故其可锻性比一般的碳钢、低合金钢要差得多。此外，铸态下的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析、或有共晶莱氏体组织存在，均使塑性变差，易产生不均匀变形，故其可锻性也
4、差。 3、加工条件 1) 变形温度 一般来说，随变形温度的升高，可提高金属的可锻性。这是因为温度高，原子的热振动增大，使滑移变形的阻力减小，因此使塑性增大、变形抗力减小，从而提高金属的可锻性。但是，对于不同的合金随温度的升高其可锻性有很大的差异，如下图所示。5.4 金属的塑性加工成形性不同合金系列 8种典型金属的可锻性 纯金属及单相 (铅、钼、镁 )合金； 纯金属及单相合金 (晶粒长大敏感者； 具有不溶组分的合金； 具有可溶组分的合金； 加热时形成有塑性第二相的合金； 加热时形成低熔点第二相的合金； 冷却时形成有塑性第二相的合金； 冷却时形成脆性第二相的合金；Tm熔化温度。 5.4 金属的塑性
5、加工成形性 由图可见，对于晶粒长大很敏感的合金 (类型 )，其可锻性随温度升高因晶粒急剧长大反而降低，尤其是当晶界形成脆性相时，晶粒尺寸的增大对可锻性的不利影响更为明显。对于具有不溶解化合物的合金(类型 )，不管变形温度如何都呈现出脆性，可锻性很差。而对于具有可溶性化合物的合金 (类型 )，随温度升高化合物可不断溶入基体，因此可改善其可锻性。此外，从图中还可看到，类型 到类型 合金的可锻性随变形温度的变化规律，这均说明了不同特性的第二相随变形温度的升高对合金的可锻性具有不同的影响。 最后还应指出，对于所有的合金，当温度接近熔点时，会引起过烧，使可锻性急剧降低。5.4 金属的塑性加工成形性 2)
6、 变形速度 变形速度对金属可锻性的影响具有双重性，一方面由于随着变形速度的增加，回复与再结晶过程来不及进行，因而不能及时消除加工硬化现象，故使塑性降低，变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，由于随着变形速度的增高，产生热效应，使金属的塑性升高，变形抗力降低，又有利于改善可锻性。这种变化关系如下图示出。由图可见， a点左侧其可锻性随变形速度的增大而变差，在 a点的右侧则相反。但是必须指出，变形时的热效应，除高速锤锻造和高能成形外，在一般压力加工成形过程中，由于变形速度低故不太显著。 变形速度与塑性及抗力的关系1变形抗力变化的曲线2塑性变化的曲线5.4 金属的塑性加工成形性 3) 应力状态 用不同的
7、压力加工方法成形金属时，所产生的应力状态和变形抗力是不同的，对相同试件进行拉拔与挤压的对比试验结果表明，拉拔时变形区内呈现两向压缩和一向拉伸应力状态，拉拔力 P拉 为 10.5kN。而挤压时，则变为三向压应力状态，挤压力 P压 为 335kN，如图所示。由此可见，采用拉拔方法成形省力，但对材料的塑性要求较高些；而用挤压方法成形费力，但可降低对材料的塑性要求。所以对低塑性材料进行压力加工时，应尽可能创造压应力状态的变形条件。理论和实践都证明，在应力状态图中，压应力成分的数量愈多，则其塑性愈好；拉应力成分的数量愈多，则其塑性愈差。这是因为在金属内部难免会存在程度不同的微小气孔或裂纹等缺陷，在拉应力
8、的作用下，易在缺陷处产生应力集中而破裂，从而损害金属的塑性。而压应力则会增加金属的内摩擦，使变形难以产生，从而增大金属的变形抗力。5.4 金属的塑性加工成形性应力状态条件对可锻性的影响(a)一试样； (b)一拉拔； (c)一挤压5.4 金属的塑性加工成形性 5.4.1.3 降低变形抗力的途径 在热压力加工过程中，为了创造最有利的变形条件，充分地进行变形，而所消耗的能量又最少，必须充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，其主要途径有： (1)降低材料自身的变形抗力 最有效的措施是适当提高热变形时的温度。 (2)改善变形时的受力状态 主要是采用合理的变形方案，设计合理的模膛，减少变形时的摩擦阻力。例如圆筒形零件可采用挤压方法成形。 (3)减少加工过程中的接触面积 这样可显著减小总变形力，可用小设备加工大零件。例如近年来用的摆动辗压新工艺就是利用这一原则。
