冷塑性变形对金属性能与组织的影响

摘要］金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化是由塑性变形时金属内部组织变化所决定的。

［关键词］冷塑性变形； 金属性能； 影响

金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化是由塑性变形时金属内部组织变化所决定的。

一、形成纤维组织，性能趋于各向异性

金属塑性变形时，在外形变化的同时，晶粒的形状也发生变化。通常是晶粒沿变形方向压扁或拉长，如图1所示。当变形程度很大时，晶粒形状变化也很大，晶粒被拉成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织，使金属的力学性能具有明显的方向性。例如纵向（沿纤维组织方向）的强度和塑性比横向（垂直于纤维组织方向）高得多。

图1冷塑性变形后的组织 二、产生冷变形强化

冷塑性变形除了使晶粒外形变化外，还会使晶粒内部的亚晶粒尺寸碎化，位错密度增加，晶格畸变加剧，因而增加了滑移阻力，这就是冷塑性变形对金属造成形变强化，也称加工硬化的主要原因。即随塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。形变强化在生产中具有很重要的意义。如图2所示为纯铜和低碳钢的强度和塑性随变形程度增加而变化的情况。

图2 纯铜和低碳钢的冷轧变形度对力学性能的影响 实线——冷轧的纯铜 虚线——冷轧的低碳钢．

形变强化可以提高金属的强度，是强化金属的重要手段，尤其对于那些不能用热处理强化的金属材料显得更为重要。形变强化也是工件能用塑性变形方法成型的必要条件。例如在图3所示冷冲压过程中，由于r处变形最大，当金属在r处变形到一定程度后，首先产生形变强化，使随后的变形转移到其他部分，这样便可得到壁厚均匀的冲压件。此外，形变强化还可以使金属具有偶然的抗超载能力，一定程度上提高了构件在使用中的安全性。

形变强化也有不利的一面。由于材料塑性的降低，给金属材料进一步冷塑性变形带来困难。为了使金属材料能继续变形加工，必须进行中间热处理，以消除形变强化。塑性变形除了影响力学性能外，还会使金属某些物理、化学性能发生变化，如电阻增加、化学活性增大、耐蚀性降低等。 三、形成形变织构 （择优取向）

金属发生塑性变形时 ，当变形很大时，原来位相不同的各个晶粒中某些晶面或晶向能够获得接近一致的位向，这种现象为择优取向，形成的有序化结构称为形变织构。形变织构会使金属性能呈现明显的各向异性 ，在许多情况下对金属后续加工或使用是不利的。例如，用有织构的板材冲制筒形零件时 ，由于不同方向上的塑性差别很大，使变形不均匀，导致零件边缘不齐 ，出现所谓“制耳”现象，如图4所示。形变织构很难消除。生产中为避免织构产生，常将零件的较大变形量分为几次变形来完成，并进行“中间退火”。

四、产生残留应力

残留应力是指去除外力后，残留在金属内部的应力。它主要是由于金属在外力作用下内部变形不均匀造成的。残留应力不仅会降低金属的强度、耐蚀性，而且还会因随后的应力松弛或重新分布引起金属变形。为消除和降低残留应力，通常要进行退火。生产中若能合理控制和利用残留应力，也可使其变为有利因素。如对零件进行喷丸、表面滚压处理等，使其表面产生一定的塑性变形而形成残留压应力，从而可提高零件的疲劳强度。

作者简介：陈文凤 无锡机电高等职业学校教师 副教授 研究方向：机械工程。