應力狀態對鍛件的塑性有很大的影響。同一金屬在不同的受力條件下所表示出的塑性是不同的。單向壓縮比單向拉伸時塑性好,擠壓變形比拉拔變形時金屬表現出更大的塑性。最能清楚顯示應力狀態對塑件影響的是卡爾曼的大理石和紅砂的試驗(如圖),結果表明,在只有軸向壓力的作用時,大理石和紅砂均顯示出完全脆性。而在軸向和側向壓力的作用下,卻表現出一定的塑性(壓縮程度分別為8%?9%及6%?7%),側壓力越大,變形體所需要的軸向壓力越大和材料的塑性也越高。如果在更大的側向壓力下進行大理石壓縮試驗,獲得高達78%的壓縮程度及25%的延伸率,出現像金屬那樣的縮頸現象。
研究表明,應力狀態對鍛件塑性的影響起實際作用的是應力球張錄部分,它反映了質點三向均等受壓(拉)的程度。應力球張雖的每個分雖稱為平均應力或靜水應力,它的負值為靜水壓力。因此,應力狀態對塑性的影響歸結為其靜水壓力對塑性的影響,靜水壓力越大,也即主應力狀態下壓力個數越多、數值越大,鍛件的塑性越好;若拉應力個數越多、數值越大,即靜水壓力越小時,則鍛件的塑性越差。
靜水壓力越大,鍛件的塑性越高,其原因有以下幾點。
①拉伸應力會促使晶間變形、加速晶界的破壞;壓縮應力能阻止或減少晶間塑性變形,隨著靜水壓力的增加,晶間變形越加困難,因而提高鍛件的塑性。
②三向壓縮應力有利于愈合塑性變形過程中產生的各種損傷,而拉應力則相反。
③當變形體內存在少量對鍛件塑性不利的雜質、液態相或組織缺陷時,三向壓縮應力能抵制這些缺陷,完全或部分地消除其危害,反之,促使鍛件破壞。
④增加靜水壓力能抵消由于不均勻變形引起的附加拉力,從而減輕了附加應力所造成的拉裂作用。
鍛件在塑性加工的實踐中,人們通過改變應力狀態來提高金屬的塑性。如在平砧上拔長合金鋼時,容易在毛坯心部產生裂紋,改用V形砧后,增加工具側向壓力,減少毛坯心部裂紋的產生。對于有些非鐵合金及耐熱合金,由于塑性低可采用擠壓方式進行開坯或成形,為便于更好地成形還可采用增加反擠壓力或包套擠壓等方法,來進一步提高靜水壓力。
除了上述幾種因素影響塑性外,還有一些因素如周圍介質、變形程度、尺寸因素、外摩擦等也對金屬的塑性產生影響。當周圍介質和氣氛引起變形體表面層溶解,并與鍛件基體形成脆性相時,會使變形物體 呈脆性狀態。例如鈦,在熔煉澆注或在還原性氣氛中加熱以及酸洗時,可吸氫生成TiH2, 使其變脆。周圍介質的作用能引起變形體表面層的腐蝕以及化學成分的改變,使塑性降低。 例如黃銅在加熱、退火以及在熱水、海水中使用時,鋅優先受腐蝕而溶解,使工件表面殘留 一層多孔的海綿狀的純銅而失效。有些介質(如潤滑劑)吸附在變形金屬的表面上,可提高金屬塑性變形的能力。金屬槊性變形時,滑移的結果可使表面呈現許多顯微臺階,潤滑劑沿著臺階的邊界或沿著由于表面擴大而形成的顯微縫隙向深部滲透,可以使滑移過程順利進行,提高金屬的塑性。
變形程度對塑性的影響與加工硬化及加工過程中伴隨塑性變形的進行而產生的裂紋傾向 有關。在熱變形時,由于發生動態回復和動態再結晶,鍛件不發生加工硬化,因此,變形程 度對塑性的影響不大。對于冷變形而言,由于產生加工硬化,隨變形程度的增加塑性降低。從塑性加工工藝的角度出發,對加工硬化強度大的金屬和合金,每次的變形程度要小,并且還要增加中間退火工序,以恢復金屬的塑性,對加工硬化強度小的金屬與合金,每次變形的程度可大些,對于難變形的合金,可以采用多次小變形撖的加工方法。
尺寸因素對金屬塑性的影響是:隨著加工體體積的增大,塑性有所降低。主要原因是鍛件的體積越大,則工件中所含有的缺陷就越多,不均勻變形越強烈,在組織缺陷處容易引起應力集中,容易形成裂紋源,降低塑性。
外摩擦對鍛件塑性的影響是:摩擦的存在會使鍛件產生不均勻變形,摩擦力越大,金屬不均勻變形越嚴重,會使鍛件中的某些微裂紋在變形過程得到發展,從而降低金屬的塑性。 因此,在鍛件塑性加工中應采用各種方式進行潤滑.減少由于摩擦引起的不均勻變形,提高鍛件的塑性。