變形是指金屬受力（外力、內(nèi)力）時(shí)，在保持自己完整性的條件下，組成本身的細(xì)小微粒的相對(duì)位移的總和。

一、變形的種類

　　1、彈性變形

　　金屬受外力作用發(fā)生了變形，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)原來(lái)形狀和尺寸的能力，這種變形稱為彈性變形。

　　彈性的好壞是通過(guò)彈性極限、比例極限來(lái)衡量的。

　　2、塑性變形

　　金屬在外力作用下，產(chǎn)生永久變形（指去掉外力后不能恢復(fù)原狀的變形），但金屬本身的完整性又不會(huì)被破壞的變形，稱為塑性變形。

　　塑性的好壞通過(guò)伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、屈服極限來(lái)表示。

二、塑性的評(píng)定方法

　　塑性的好壞通過(guò)伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、屈服極限來(lái)表示。

　　為了評(píng)定金屬塑性的好壞，常用一種數(shù)值上的指標(biāo)，稱為塑性指標(biāo)。

　　塑性指標(biāo)是以鋼材試樣開(kāi)始破壞瞬間的塑性變形量來(lái)表示，生產(chǎn)實(shí)際中，通常用以下幾種方法：

　　1、拉伸試驗(yàn)

　　拉伸試驗(yàn)用伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ來(lái)表示。表示鋼材試樣在單向拉伸時(shí)的塑性變形能力，是金屬材料標(biāo)準(zhǔn)中常用的塑性指標(biāo)。δ和ψ的數(shù)值由以下公式確定：

　　式中：L0、Lk——拉伸試樣原始標(biāo)距、破壞后標(biāo)距的長(zhǎng)度。

　　F0、Fk——拉伸試樣原始、破斷處的截面積。

　　2、鐓粗試驗(yàn)又稱壓扁試驗(yàn)

　　它是將試樣制成高度Ho為試樣原始直徑Do的1.5倍的圓柱形，然后在壓力機(jī)上進(jìn)行壓扁，直到試樣表面出現(xiàn)第1條肉眼可觀察到的裂紋為止，這時(shí)的壓縮程度εc為塑性指標(biāo)。其數(shù)值按下式可計(jì)算出：

　　式中Ho——圓柱形試樣的原始高度。Hk——試樣在壓扁中，在側(cè)表面出現(xiàn)第1條肉眼可見(jiàn)裂紋時(shí)的試樣高度。

　　扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是以試樣在扭斷機(jī)上扭斷時(shí)的扭轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)圈數(shù)來(lái)表示的。生產(chǎn)中最常用的是拉伸試驗(yàn)和鐓粗試驗(yàn)。

　　不管哪種試驗(yàn)方法，都是相對(duì)于某種特定的受力狀態(tài)和變形條件的。

　　由此所得出的塑性指標(biāo)，只是相對(duì)比較而言，僅說(shuō)明某種金屬在什么樣的變形條件下塑性的好壞。

三、影響金屬塑性及變形抗力主要因素

　　金屬的塑性及變形抗力的概念：金屬的塑性可理解為在外力作用下，金屬能穩(wěn)定地改變自己的形狀而質(zhì)點(diǎn)間的聯(lián)系又不被破壞的能力。并將金屬在變形時(shí)反作用于施加外力的工模具的力稱為變形抗力。

　　影響金屬塑性及變形抗力的主要因素包括以下幾個(gè)方面：

　　1、金屬組織及化學(xué)成分對(duì)塑性及變形抗力的影響

　　金屬組織決定于組成金屬的化學(xué)成分，其主要元素的晶格類別，雜質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量及分布情況。組成元素越少，塑性越好。

　　例如純鐵具有很高的塑性。

　　碳在鐵中呈固熔體也具有很好的塑性，而呈化合物，則塑性就降低。

　　如化合物Fe3C實(shí)際上是很脆的。一般在鋼中其他元素成分的增加也會(huì)降低鋼的塑性。

　　鋼中隨含碳量的增加，則鋼的抗力指標(biāo)（бb、бp、бs等）均增高，而塑性指標(biāo)（ε、ψ等）均降低。在冷變形時(shí)，鋼中含碳量每增加0.1%，其強(qiáng)度極限бs大約增加6～8kg/mm2。

　　硫在鋼中以硫化鐵、硫化錳存在。硫化鐵具有脆性，硫化錳在壓力加工過(guò)程中變成絲狀得到拉長(zhǎng)，因而使在與纖維垂直的橫向上的機(jī)械指數(shù)降低。所以硫在鋼中是有害的雜質(zhì)，含量愈少愈好。

　　磷在鋼中使變形抗力提高，塑性降低。含磷高于0.1%～0.2%的鋼具有冷脆性。一般鋼的含磷量控制在百分之零點(diǎn)零幾。其他如低熔點(diǎn)雜質(zhì)在金屬基體的分布狀態(tài)對(duì)塑性有很大影響。

　　總之，鋼中的化學(xué)成分愈復(fù)雜，含量愈多，則對(duì)鋼的抗力及塑性的影響也就愈大。這正說(shuō)明某些高合金鋼難于進(jìn)行冷鐓（壓）加工的原因。

　　2、變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響

　　變形速度是單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位移體積：

　　不應(yīng)將變形速度與變形工具的運(yùn)動(dòng)速度混為一談，也應(yīng)將變形速度與變形體中質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)速度在概念上區(qū)別開(kāi)來(lái)。

　　一般說(shuō)來(lái)，隨著變形速度增加，變形抗力增加，塑性降低。

　　冷變形時(shí)，變形速度的影響不如熱變形時(shí)顯著，這是由于無(wú)硬化消除的過(guò)程。

　　但當(dāng)變形速度特別大時(shí)，塑性變形產(chǎn)生的熱（即熱效應(yīng)）不得失散本身溫度升高會(huì)提高塑性、減少變形抗力。

　　3、應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性及變形抗力的影響

　　在外力作用下，金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，其單位面積之強(qiáng)度稱之為應(yīng)力。受力金屬處于應(yīng)力狀態(tài)下。

　　從變形體內(nèi)分離出一個(gè)微小基元正方體，在所取的正方體上，作用有未知大小但已知方向的應(yīng)力，把這種表示點(diǎn)上主應(yīng)力個(gè)數(shù)及其符號(hào)的簡(jiǎn)圖叫主應(yīng)力圖。

　　表示金屬受力狀態(tài)的主應(yīng)力圖共有九種，其中四個(gè)為三向主應(yīng)力圖，三個(gè)為平面主應(yīng)力圖，兩個(gè)為單向主應(yīng)力圖，如圖36-1所示。

　　主應(yīng)力由拉應(yīng)力引起的為正號(hào)，主應(yīng)力由壓應(yīng)力引起的為負(fù)號(hào)。

　　在金屬壓力加工中，最常遇到的是同號(hào)及異號(hào)的三向主應(yīng)力圖。在異號(hào)三向主應(yīng)力圖中，又以具有兩個(gè)壓應(yīng)力和一個(gè)拉應(yīng)力的主應(yīng)力圖為最普遍。

　　同號(hào)的三向壓應(yīng)力圖中，各方向的壓應(yīng)力均相等時(shí)（б1=б2=б3），并且，金屬內(nèi)部沒(méi)有疏松及其它缺陷的條件下，理論上是不可產(chǎn)生塑性變形的，只有彈性變形產(chǎn)生。

　　不等的三向壓應(yīng)力圖包括的變形工藝有：體積模鍛、鐓粗、閉式?jīng)_孔、正反擠壓、板材及型材軋制等。

　　在生產(chǎn)實(shí)際中很少迂到三向拉伸應(yīng)力圖，僅在拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)產(chǎn)生縮頸時(shí)，在縮頸處的應(yīng)力線，是三向拉伸的主應(yīng)力圖，如圖36-2所示。

　　在鐓粗時(shí)，由于摩擦的作用，也呈現(xiàn)出三向壓應(yīng)力圖，如圖36-3所示。

　　總之，受力金屬的應(yīng)力狀態(tài)中，壓應(yīng)力有利于塑性的增加，拉應(yīng)力將降低金屬的塑性。

　　在鐓粗時(shí)，由于摩擦的作用，也呈現(xiàn)出三向壓應(yīng)力圖，如圖36-3所示。

　　總之，受力金屬的應(yīng)力狀態(tài)中，壓應(yīng)力有利于塑性的增加，拉應(yīng)力將降低金屬的塑性。

　　4、冷變形硬化對(duì)金屬塑性及變形抗力的影響

　　金屬經(jīng)過(guò)冷塑性變形，引起金屬的機(jī)械性能、物理性能及化學(xué)性能的改變。

　　隨著變形程度的增加，所有的強(qiáng)度指標(biāo)（彈性極限、比例極限、流動(dòng)極限及強(qiáng)度極限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指標(biāo)（伸長(zhǎng)率、斷面收縮率及沖擊韌性）則有所降低；電阻增加；抗腐蝕性及導(dǎo)熱性能降低，并改變了金屬的磁性等等，在塑性變形中，金屬的這些性質(zhì)變化的總和稱作冷變形硬化，簡(jiǎn)稱硬化。

　　5、附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力的影響

　　在變形金屬中應(yīng)力分布是不均勻的，在應(yīng)力分布較多的地方希望獲得較大的變形，在應(yīng)力分布較少的地方希望獲得較小的變形。

　　由于承受變形金屬本身的完整性，就在其內(nèi)部產(chǎn)生相互平衡的內(nèi)力，即所謂附加應(yīng)力。當(dāng)變形終止后，這些彼此平衡的應(yīng)力便存在變形體內(nèi)部，構(gòu)成殘余應(yīng)力，影響以后變形工序中變形金屬的塑性和變形抗力。

四、提高金屬塑性及降低變形抗力的措施

　　針對(duì)影響金屬塑性及變形抗力的主要因素，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，采取有效的工藝措施，是完全可以提高金屬塑性及降低其變形抗力的，生產(chǎn)中，常采取的工藝措施有：

　　1、坯料狀況

　　冷鐓用原材料，除了要求化學(xué)成份、組織均勻，不要有金屬夾雜等以外，一般要對(duì)原材料進(jìn)行軟化退火處理，目的在于消除金屬軋制時(shí)殘留在金屬內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使組織均勻，降低硬度，要求冷鐓前金屬的硬度HRB≤80。

　　對(duì)中碳鋼，合金鋼一般采取球化退火，目的是除消除應(yīng)力、使組織均勻外，還可改善金屬的冷變形塑性。

　　2、提高模具光滑度及改善金屬表面潤(rùn)滑條件

　　這兩項(xiàng)措施都是為了降低變形體與模具工作表面的摩擦力，盡可能降低變形中由于摩擦而產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

　　3、選擇合適的變形規(guī)范

　　在冷鐓（擠）工藝中，一次就鐓擊成形的產(chǎn)品很少，一般都要經(jīng)過(guò)兩次及兩次以上的鐓擊。

　　因此必須做到每次變形量的合理分配，這不僅有利于充分利用金屬的冷變形塑性，也有利于金屬的成形。

　　如生產(chǎn)中采用冷鐓、冷擠復(fù)合成形、螺栓的兩次縮徑、螺母的大料小變形等。