金屬材料的可鍛造性能

金屬的可鍛性是衡量材料在經(jīng)受壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能。金屬的可鍛性好，表明該金屬適合于采用壓力加工成型；可鍛性差，表明該金屬不適宜選用壓力加工方法成型。
對金屬可鍛性影響較大的因素為金屬本身的塑形，塑性越好，鍛打時(shí)越不容易開(kāi)裂。金屬的塑性與金屬的組織密切相關(guān)，晶粒越細小、組織越均勻塑性就越好。所以可以通過(guò)細化晶粒，均勻組織來(lái)改善金屬的可鍛性。金屬材料在壓力加工時(shí)，能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。它包括在熱態(tài)或冷態(tài)下能夠進(jìn)行錘鍛、軋制、拉伸、擠壓等加工?？慑懶缘暮脡闹饕c金屬材料的化學(xué)成分有關(guān)。
可鍛性常用金屬的塑形和變形抗力來(lái)綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則金屬的可鍛性好，反之則差。金屬的塑性用金屬的斷面收縮率ψ、伸長(cháng)率δ等來(lái)表示。變形抗力是指在壓力加工過(guò)程中變形金屬作用于施壓工具表面單位面積上的壓力。變形抗力越小，則變形中所消耗的能量也越小。
 
一金屬的本質(zhì)
01
1.1  化學(xué)成分的影響
不同化學(xué)成分的金屬其可鍛性不同。一般情況下，純金屬的可鍛性比合金好；碳鋼的碳的質(zhì)量分數越低，可鍛性越好；鋼中含有較多碳化物形成元素（鉻、鎢、鉬、釩等）時(shí)，則其可鍛性顯著(zhù)下降。
02
1.2  金屬組織的影響
金屬的組織構造不同，其可鍛性也有很大差別。合金呈單相固溶體組織（如奧氏體）時(shí)，其可鍛性好；而金屬具有金屬化合物組織（如滲碳體）時(shí)，其可鍛性差。鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒不如經(jīng)過(guò)壓力加工后的均勻而細小的組織可鍛性好。
 
二加工條件
1
2.1 變形溫度
提高金屬變形時(shí)的溫度，是改善金屬可鍛性的有效措施。金屬在加熱過(guò)程中，隨著(zhù)加熱溫度的升高，金屬原子的活動(dòng)能力增強，原子間的吸引力減弱，容易產(chǎn)生滑移，因而塑性提高，變形抗力降低，可鍛性明顯改善，故鍛造一般都在高溫下進(jìn)行。
金屬的加熱在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中是一個(gè)重要的環(huán)節，它直接影響著(zhù)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量及金屬的有效利用等方面。
對金屬加熱的要求是：在坯料均勻熱透的條件下，能以較短的時(shí)間獲得加工所需的溫度，同時(shí)保持金屬的完整性，并使金屬及燃料的消耗少。其中重要內容之一是確定金屬的鍛造溫度范圍，即合理的始鍛溫度和終鍛溫度。
始鍛溫度即開(kāi)始鍛造溫度，原則上要高，但要有一個(gè)限度，如超過(guò)此限度，則將會(huì )使鋼產(chǎn)生氧化、脫碳、過(guò)熱和過(guò)燒等加熱缺陷。所謂過(guò)燒是指金屬加熱溫度過(guò)高，氧氣滲入金屬內部，使晶界氧化，形成脆性晶界，鍛造時(shí)易破碎，使鍛件報廢。碳鋼的始鍛溫度應比固相線(xiàn)低200℃左右。
 
終鍛溫度即停止鍛造溫度，原則上要低，但不能過(guò)低，否則金屬將產(chǎn)生加工硬化，使其塑性顯著(zhù)降低，而強度明顯上升，鍛造時(shí)費力，對高碳鋼和高碳合金工具鋼而言甚至打裂。
 
鍛造使金屬的溫度可用儀表來(lái)測量，也常用觀(guān)察火色的方法來(lái)判斷。鋼的溫度與火色的關(guān)系如下表：
表：

溫度/℃	1300	1200	1100	900	800	700
火色	白色	亮黃	黃色	櫻紅	赤紅	暗紅

 
2
2.2 變形速度
變形速度即單位時(shí)間內的變形程度。變形速度對金屬可鍛性的影響如圖2所示。由圖可見(jiàn)，它對可鍛性的影響是矛盾的。一方面隨著(zhù)變形速度的提高，回復和再結晶來(lái)不及進(jìn)行，不能及時(shí)克服加工硬化現象，使金屬的塑性下降，變形抗力增加，可鍛性變壞（圖中a點(diǎn)以左）。另一方面，金屬在變形過(guò)程中，消耗于塑性變形的能量有一部分轉化為熱能，相當于給金屬加熱，使金屬的塑性提高、變形抗力下降，可鍛性變好（圖中a點(diǎn)以右）。變形速度越大，熱效應越明顯。
3
2.3 變形方式（應力狀態(tài)）
變形方式不同，變形金屬內應力狀態(tài)不同。例如擠壓變形時(shí)為三向受壓狀態(tài)；而拉拔時(shí)則為兩向受壓、一向受拉的狀態(tài)；鐓粗時(shí)坯料中心部分的應力狀態(tài)是三向壓應力，周邊部分上下和徑向是壓應力，切向是拉應力。
實(shí)踐證明，三個(gè)方向的應力中，壓應力的數目越多，則金屬的塑性越好；拉應力的數目越多，則金屬的塑性越差。同號應力狀態(tài)下引起的變形抗力大于異號應力狀態(tài)下的變形抗力。拉應力使金屬原子間距增大，尤其當金屬的內部存在氣孔、微裂紋等缺陷時(shí)，在拉應力作用下，缺陷處易產(chǎn)生應力集中，使裂紋擴展，甚至達到破壞報廢的程度。壓應力使金屬內部原子間距減小，不易使缺陷擴展，故金屬的塑性提高。但壓應力使金屬內部摩擦阻力增大，變形抗力亦隨之增大。
因此可以得出結論，金屬的可鍛性既取決于金屬的本質(zhì)，又取決于變形條件。在壓力加工過(guò)程中，要力求創(chuàng )造有利的變形條件，充分發(fā)揮金屬的塑性，降低變形抗力，使能耗少，變形進(jìn)行得充分，達到加工的效果。