应力状态对锻件的塑性有很大的影响。同一金属在不同的受力条件下所表示出的塑性是不同的。单向压缩比单向拉伸时塑性好,挤压变形比拉拔变形时金属表现出更大的塑性。最能清楚显示应力状态对塑件影响的是卡尔曼的大理石和红砂的试验(如图),结果表明,在只有轴向压力的作用时,大理石和红砂均显示出完全脆性。而在轴向和侧向压力的作用下,却表现出一定的塑性(压缩程度分别为8%?9%及6%?7%),侧压力越大,变形体所需要的轴向压力越大和材料的塑性也越高。如果在更大的侧向压力下进行大理石压缩试验,获得高达78%的压缩程度及25%的延伸率,出现像金属那样的缩颈现象。
研究表明,应力状态对锻件塑性的影响起实际作用的是应力球张录部分,它反映了质点三向均等受压(拉)的程度。应力球张虽的每个分虽称为平均应力或静水应力,它的负值为静水压力。因此,应力状态对塑性的影响归结为其静水压力对塑性的影响,静水压力越大,也即主应力状态下压力个数越多、数值越大,锻件的塑性越好;若拉应力个数越多、数值越大,即静水压力越小时,则锻件的塑性越差。
静水压力越大,锻件的塑性越高,其原因有以下几点。
①拉伸应力会促使晶间变形、加速晶界的破坏;压缩应力能阻止或减少晶间塑性变形,随着静水压力的增加,晶间变形越加困难,因而提高锻件的塑性。
②三向压缩应力有利于愈合塑性变形过程中产生的各种损伤,而拉应力则相反。
③当变形体内存在少量对锻件塑性不利的杂质、液态相或组织缺陷时,三向压缩应力能抵制这些缺陷,完全或部分地消除其危害,反之,促使锻件破坏。
④增加静水压力能抵消由于不均匀变形引起的附加拉力,从而减轻了附加应力所造成的拉裂作用。
锻件在塑性加工的实践中,人们通过改变应力状态来提高金属的塑性。如在平砧上拔长合金钢时,容易在毛坯心部产生裂纹,改用V形砧后,增加工具侧向压力,减少毛坯心部裂纹的产生。对于有些非铁合金及耐热合金,由于塑性低可采用挤压方式进行开坯或成形,为便于更好地成形还可采用增加反挤压力或包套挤压等方法,来进一步提高静水压力。
除了上述几种因素影响塑性外,还有一些因素如周围介质、变形程度、尺寸因素、外摩擦等也对金属的塑性产生影响。当周围介质和气氛引起变形体表面层溶解,并与锻件基体形成脆性相时,会使变形物体 呈脆性状态。例如钛,在熔炼浇注或在还原性气氛中加热以及酸洗时,可吸氢生成TiH2, 使其变脆。周围介质的作用能引起变形体表面层的腐蚀以及化学成分的改变,使塑性降低。 例如黄铜在加热、退火以及在热水、海水中使用时,锌优先受腐蚀而溶解,使工件表面残留 一层多孔的海绵状的纯铜而失效。有些介质(如润滑剂)吸附在变形金属的表面上,可提高金属塑性变形的能力。金属槊性变形时,滑移的结果可使表面呈现许多显微台阶,润滑剂沿着台阶的边界或沿着由于表面扩大而形成的显微缝隙向深部渗透,可以使滑移过程顺利进行,提高金属的塑性。
变形程度对塑性的影响与加工硬化及加工过程中伴随塑性变形的进行而产生的裂纹倾向 有关。在热变形时,由于发生动态回复和动态再结晶,锻件不发生加工硬化,因此,变形程 度对塑性的影响不大。对于冷变形而言,由于产生加工硬化,随变形程度的增加塑性降低。从塑性加工工艺的角度出发,对加工硬化强度大的金属和合金,每次的变形程度要小,并且还要增加中间退火工序,以恢复金属的塑性,对加工硬化强度小的金属与合金,每次变形的程度可大些,对于难变形的合金,可以采用多次小变形撖的加工方法。
尺寸因素对金属塑性的影响是:随着加工体体积的增大,塑性有所降低。主要原因是锻件的体积越大,则工件中所含有的缺陷就越多,不均匀变形越强烈,在组织缺陷处容易引起应力集中,容易形成裂纹源,降低塑性。
外摩擦对锻件塑性的影响是:摩擦的存在会使锻件产生不均匀变形,摩擦力越大,金属不均匀变形越严重,会使锻件中的某些微裂纹在变形过程得到发展,从而降低金属的塑性。 因此,在锻件塑性加工中应采用各种方式进行润滑.减少由于摩擦引起的不均匀变形,提高锻件的塑性。
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