影響不銹鋼成形性的因素包括屈服強度、抗拉強度、延伸率以及加工硬化對這些性能的影響。不銹鋼的化學成分也是影響其成形的重要因素之一。

1. n值與r值

  深沖性是指金屬經過沖壓變形而不產生裂紋等缺陷的能力。

  評定板材的深沖性能時，首先選用的是杯突試驗（埃氏Erich-sen），這是一種模擬試驗，根據成杯時不開裂的深度來評定深沖性的優劣。這種方法仍是目前廣泛使用的最簡單評定方法。隨后，失效分析方法，借助于相關性研究及變形過程的分析，提出反映深沖性的材料的力學性能參量，對于這些參量的進一步理解，可為提高材料的深沖性，提供新的途徑。

 ①. n值

  n值是加工硬化指數，它反映了金屬材料隨著加工過程而強化的速度。n值常常用拉伸試驗的結果來表達。

  首先說明斷裂的原因及影響斷裂的力學因素。深沖時，沖頭周圍的變形很小，載荷是從杯底通過杯壁的拉延來傳遞的。假如載荷超過杯壁所能支持的最大載荷，便會在杯底出現斷裂，如圖5-4所示，這時，一般發生縮頸，即均勻延伸終了。

  拉伸時，縮頸發生在最大載荷，這便是縮頸（或塑性失穩）的條件。

  因此，n值愈大，則均勻拉伸值愈大，愈不易縮頸而拉延斷裂，深沖性愈佳。

 ②. r值

  r值是塑性為異向性材料的深度拉深成形的特性評價指標。r值是板材的寬度方向的應變與厚度方向的應變之比。

  我們要求板材的杯壁抗拉薄的能力強，這樣就不會在沖壓成形時由于減薄而斷裂。也就是說，希望有強度的各向異性，板面上的強度要低于板厚方向的強度。這種各向異性可用簡單拉伸試驗，如圖5-5所示，來測定寬度方向的應變Ew及厚度方向的應變εt，就能夠得到應變比r為

   r=εw/εt  (5-1)

  很明顯，r值愈大，則深沖性愈佳。

  r值主要是由于晶體織構引起的，人們嘗試建立這兩者之間的定量關系，然后通過控制織構來改變r值。

  平均r值-塑性為異向性的材料深拉深成形特性評價的重要指標。鐵素體型不銹鋼中，其平均r值越大，極限拉深比就越高。

  雙向變形的成形極限。如圖5-4所示，深拉時的杯壁和凸緣都處于雙向載荷，雖然用單向拉伸確定的n值和r值，基本上也能較好地了解深沖過程。但是從雙向變形來理解深沖，是深入一步的發展。

  出現明顯縮頸時板材表面上的最大應變與最小應變的關系；應變的組合低于最大應變（成形極限）不會開裂，而高于最大應變（成形極限）就會開裂。由此還可以區分沖壓成形的兩種工藝：具有正的最小應變的成形叫做拉伸型，而具有負的最小應變的成形叫做沖壓型。

  極限拉深比--拉深加工時，相對于容器直徑d可能拉深的最大原料板直徑為Dmax，則稱為極限拉深比。

  拉深皺褶--鐵素體型不銹鋼在沖床上進行深拉深加工時，在其表面上容易產生凹凸不平的皺褶。可認為是組合結構不同而引起的塑性異向性。

  時效性斷裂--奧氏體型不銹鋼06Cr19Ni10（304）等準穩定型奧氏體型不銹鋼，在加工后有發生時效性裂紋的現象，這與晶界晶粒無關。一般認為是由于加工感應而引起的馬氏體、氫和殘余應力所致。

  不銹鋼產品的需求能夠得以大幅度的增加與沖壓加工技術的發展有著很大關系。使得鐵素體型不銹鋼深加工性鋼種，已經產品化了。可以選定平均r值在1.2～1.8，拉深比為2.2～2.5的鋼種。

  在不銹鋼制品的沖壓加工中，如果使用奧氏體型不銹鋼或鐵素體型不銹鋼的高加工性能鋼種時，可以進行一定程度的深拉深加工。奧氏體型不銹鋼的代表型鋼種06Cr19Ni10（304），因為它的拉深比（LDR）為2.5，可以進行相對較大的深拉深加工。但由于加工硬化傾向大而急劇地增加了加工難度，有時竟發生裂紋或斷裂。為此，在加工過程中間增加一道熱處理工序之后再進行深拉深加工。還必須注意，奧氏體型不銹鋼的奧氏體穩定度低的鋼種經過拉深后，有可能發生時效斷裂現象。

  近年來，開發出的不銹鋼熱沖壓技術，實現了超深拉深加工。熱沖壓技術就是將凹模或者凸模其中之一進行加熱，這樣不銹鋼原來的拉深程度就可以提高1.5～2.0倍。

2. 成形性因數

  最大的均勻應變是衡量不銹鋼沖壓成形性的最重要因素。一塊不銹鋼板坯料在成形時，我們希望其各部分都能產生均勻變形。如果鋼板的任一斷面的應變超過最大均勻應變時，則該處即會立即產生局部頸縮現象并導致斷裂，由于只有一個待定的總伸長值是均勻的，所以用拉伸試樣的總應變（或延伸）來表示沖壓成形性是不可靠的。

  然而除均勻應變外，在分析沖壓成形性時，其他因素都必須予以考慮，如成形性因數。成形性因數是可計算出來的參數，該成形性因數小時，則表明沖壓成形性能得到改善和提高。計算成形性因數的公式為

    σmax--最大負荷時應力；

    εmax--最大均勻應變；

    A--變形功。

  成形性因數是精確表示不銹鋼相對沖壓成形性的一個指標。

  在開始分析時可以看出，為了獲得最佳的成形性（成形性因數較低），我們希望最大負荷下的應力值低，均勻應變高和變形功大。但是要想使最大負荷下應力值低而均勻應變又高，這兩個因素是相互矛盾的，如果為了改善成形性使最大負荷下的應力降低時，則均勻應變也會同時降低。由于均勻應變是影響成形性的最重要因素，所以最大負荷下的應力愈低則其實際結果不是提高而是降低了成形性。為了改善成形性，必須增加均勻應變值。

 成形性因數是壓力成形性的一個指標，式（5-2）表明影響成形性的三個拉伸性能指標中，均勻應變最為重要。

3. 鋼材的化學成分

  不銹鋼的沖壓成形性與成分之間存在著一種直接關系，利用這一關系可以正確選用沖壓用不銹鋼材料，還可以對所使用材料的性能和質量加以控制，從而提高不銹鋼沖壓成形性能的等級和均勻性。

  在奧氏體不銹鋼中，鎳（Ni）是促進奧氏體晶體結構形成也是穩定奧氏體的合金元素，［Ni］／［Cr］越高，奧氏體越穩定，因此成形性能也依賴于這個比率。在奧氏體不銹鋼中12Cr17Ni7（301）鋼Ni含量（6.5％）最低，因此有最高的加工硬化速率。盡管12Cr17Ni7（301）經過退火后有完全的奧氏體微觀結構，鎳含量越低，在塑性變形時生成的馬氏體的比例越大。這將幫助金屬在沖壓變形中抵抗頸縮和均勻變形。較高的加工硬化速率使得強度增加，硬度升高。這些在冷加工結構階段是有益的。

  奧氏體型不銹鋼中所含的鎳可明顯降低鋼的冷加工硬化傾向，其原因是鎳可使奧氏體的穩定性增加，減少或消除冷加工過程中的馬氏體轉變，降低冷加工硬化速率，并使強度降低、塑性提高。

  通常，奧氏體不銹鋼的Ni含量降低時，其成形會變得越困難，如12Cr17Ni7（301）（約6.5％Ni）的成形性比304差得多。穩定化元素的存在，如Ti、Nb和Ta以及高的含C量，對穩定化鋼種的成形特性中起著不利的作用。這是由于微觀結構形成了Ti的碳化物和氮化物這樣的第二相粒子。所以06Cr18Ni11Ti（321）和06Cr18Nil1Nb（347）型鋼的成形，沒有12Cr18Ni9（302）、06Cr19Ni10（304）和10Cr18Ni12（305）型鋼的成形順利，適用于深沖壓加工。

  一般來說，奧氏體鋼在其鎳含量或鎳與鉻含量均低的情況下是比較難于成形的，如12Cr17Ni7（301）型鋼就是如此。穩定化元素鈮、鈦、鉭以及高的含碳量會對奧氏體不銹鋼的成形性產生不利影響。因此06Cr18Ni11Ti（321）和06Cr18Ni11Nb（347）型不銹鋼的成形性比 12Cr18Ni9（302）、06Cr19Ni10（304）和10Cr18Ni12（305）型鋼差。

  如Y12Cr18Ni9（303）這種易機加工鋼種，塑性性能比較差，不能用于成形作業。

4. 加工硬化

  對于影響成形性能的另一重要因素就是不銹鋼的加工硬化率（系數）。如果某種鋼具有高的加工硬化率，那么它就需要較大的成形能量，這將不可避免地造成工具和沖模較大較快地磨損。

  如加工硬化系數降低，則會使均勻應變、變形力及最大負荷下的應力都隨之而降低，這些因素的互相影響又會最終導致成形性能的下降。最佳成形性是由低的加工硬化率和所能得到的最長壓模壽命這兩個相互矛盾因素的統一，但在同一種鋼上，這兩者是不可兼顧的。

5. 彈性（回彈）

  沖壓成形時的第三個重要因素是彈性效應，即某種金屬在成形后的彈性回復。我們希望彈性效應最小為好。當某種金屬在塑性區變形時，如成形應力消除后，會出現一條平行于拉伸曲線的彈性部分的直線，這就是彈性回復線。降低屈服應力會導致彈性后效值下降，而增加加工硬化系數則會使彈性后效值提高。

  回彈可以通過減少彎曲半徑或者少量的過彎曲來控制。

6. 沖壓應力應變狀態

  薄板成形的應變狀態可以用壓延和脹形兩種形式來概括。它們對應于失穩就是起皺和頸縮。根據研究證明，這兩種失穩的臨界狀態與材料的性能n、r值密切有關。n、r值被認為是材料的基本成形性能指數。

7. 彎曲半徑

  對于任何金屬，成形而沒有開裂的最小的半徑稱為最小彎曲半徑。最小彎曲半徑可以隨鋼板或鋼帶厚度的增加按比例增加。

  對于大多數的軟金屬或者塑性鋼來說，如退火后的不銹鋼，零半徑彎曲成形是可能的。當接縫處180°彎曲，沿著兩張鋼板的邊部成形一個聯合結合部。所用的彎曲工具邊緣必須是圓滑的不尖銳的，否則在成形時會割傷鋼板。

  通常，對于退火材料，彎曲半徑（R）等于材料厚度（T）時，能滿足大部分工程需要。冷加工材料，需要大的彎曲半徑，如冷 1/4H（1/4 冷作硬化）材料 R=(1~1.5)T，3/4H（3/4 冷作硬化）材料 R=（3～6）T。彎曲半徑的選擇必須考慮鋼種的等級，如雙相不銹鋼就需要大的半徑。

8. 如何改善冷成形性

  提高不銹鋼成形性的最佳辦法是降低屈服應力。利用提高最大均勻應變的方法將會改善成形性。此外，彈性效應的附加影響將會被削弱而工具壽命則不受影響。同時，加工硬化率（系數）的增加也可改善成形性，但卻會帶來加劇彈性效應和縮短工具壽命的不利影響。

  拉伸性能變化對不銹鋼成形性的影響是確定無疑的。為了應用這一常識，必須找出改變和控制拉伸性能的方法。然后，對這些性能指標加以修正，則可使一些特殊零件具有最佳的成形性和加工性。化學成分和生產工藝的微小變化，均可在很大程度上改變不銹鋼的力學性能。如果其他性能保持不變，要想降低屈服應力，則應提高最大均勻應變，這樣也就降低了成形性因數（改善了成形性能）。改變化學成分可以改變屈服應力。但是為降低屈服應力而改變某一鋼種任何化學成分，這就超出該鋼種所規定的化學成分范圍。但是在某一鋼種所規定的成分范圍內，又不使其他性能有明顯變化，這正是我們所希望的。

  常用不銹鋼對各種成形方式的適應性，見表5-1。