金属材料的可锻性解析

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：金属及合金的可锻性是指材料在锻压加工时的难易程度。因此，金属及合金的可锻性常用其塑性及变形抗力来衡量。影响金属可锻性的因素主要有以下几个方面：5.1.5.1化学成分和组织结构1. 化学成分不同化学成分的金属其可锻性不同。

金属及合金的可锻性是指材料在锻压加工时的难易程度。金属的可锻性好，说明该金属适宜用压力加工方法成形；反之，说明该金属不适宜压力加工方法成形。

若金属及合金材料的塑性好、变形抗力小，在锻造时能产生大的塑性变形而不致破坏，则锻造时消耗的能量也小，设备的功率可选小些。因此，金属及合金的可锻性常用其塑性及变形抗力来衡量。影响金属可锻性的因素主要有以下几个方面：

5.1.5.1　化学成分和组织结构

1. 化学成分

不同化学成分的金属其可锻性不同。纯金属比合金的塑性好，变形抗力小，因此纯金属比合金的可锻性好；合金元素的含量越高，可锻性越差，因此低碳钢比高碳钢的可锻性好；相同碳含量的碳钢比合金钢的可锻性好，低合金钢比高合金钢的可锻性好。

2. 组织结构

金属内部的组织不同，其可锻性有很大差别。金属的组织越均匀，塑性越好。纯金属及单相固溶体的合金具有良好的塑性，其可锻性较好；钢中有碳化物和多相组织时，可锻性变差；钢中有网状二次渗碳体时，钢的塑性将大大下降。

5.1.5.2　变形条件

1. 变形温度

随变形温度的提高，金属原子的动能增大，削弱了原子间的引力，使滑移所需的应力下降，金属及合金的塑性增加，变形抗力降低，可锻性提高。但变形温度过高，会使晶粒急剧长大，导致金属塑性减小，可锻性下降，这种现象称为过热。如果加热温度接近熔点，会使得晶界氧化甚至熔化，导致金属的塑性变形能力完全消失，这种现象称为过烧，坯料一旦过烧将报废。因此，金属及合金的加热温度必须控制在一定的范围内。锻造温度是指锻造开始温度（始锻温度）和终止温度（终锻温度）间的温度区间。图5-6为碳钢的锻造温度范围。

2. 变形速度

变形速度是指单位时间内变形程度的大小。它对金属可锻性的影响是矛盾的。一方面，随着变形速度的增加，金属的加工硬化现象越严重，表现为金属塑性降低，变形抗力增加；另一方面，在金属变形过程中，有一部分能量转化为了热能，随着变形速度的增加，热量越不容易散去，会使得变形金属的温度升高，这种现象称为热效应。热效应现象有利于提高金属的塑性，降低变形抗力，金属可锻性提高，如图5-7所示。但是当变形速度过快会导致变形不均匀，造成局部变形过大而产生裂纹。所以除高速锤锻造外，在一般的加工中，变形速度不能超过A点的变形速度，因此，热效应现象对可锻性影响不大。

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图5-6　碳钢的锻造温度范围

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图5-7　变形速度对金属可锻性的影响

3. 应力状态

变形方式不同，变形金属的内应力状态也不同。甚至在同一种变形方式下，金属内部不同部位的应力状态也可能是不同的。如图5-8所示，挤压时，坯料处于三向压应力状态，金属呈现良好的塑性状态。拉拔时，坯料沿轴向受到拉应力，其他方向为压应力，这种应力状态的金属塑性较差。镦粗时，坯料中心部分受到三向压应力，周边部分上下和径向受到压应力，而切向为拉应力，周边受拉部分塑性较差，易镦裂。实践证明，拉应力的存在会使金属的塑性降低，三向受拉金属的塑性最差。三个方向上压应力的数目越多，则金属的塑性越好。

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图5-8　金属变形时的应力状态

另外，金属坯料表面质量对塑性影响也较大。当表面粗糙或有微裂纹、刮痕时，在加工过程中会因应力集中而开裂。

综上所述，金属材料的可锻性不仅取决于金属本身的属性，也取决于成形条件。因此，在塑性成形过程中，要力求选择有利的条件，充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使得加工过程既节约成本又保证质量。

金属材料的可锻性解析

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