材料超塑性成型

目錄 一 超塑性的定義 2 二 超塑性的發(fā)展 2 三 超塑性的分類 3 四 典型的超塑性材料 4 五 超塑性的應(yīng)用 5 超塑性在壓力加工方面的應(yīng)用 6 相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用 6 1 相變超塑性在焊接方面的應(yīng)用 7 相變誘發(fā)塑形的應(yīng)用 7 2 一 一 超塑性的定義超塑性的定義 是指材料在一定的內(nèi)部條件 如晶粒形狀尺寸 相變等 和外部條件 如溫度 應(yīng)變速率等 下 呈現(xiàn)出異常低的流變 抗力 異常高的流變性能 如大的延伸率等 1920 年 Rsenhain 發(fā)現(xiàn) Zn 4Cu 7Al 合金在低速彎曲時 可 以彎曲近 180 1934 年 英國 Pearson 發(fā)現(xiàn) Pb Sn 共晶合金在室溫低速拉深 時可以得到 200 的延伸率 1945 年 前蘇聯(lián) Bochvar 發(fā)現(xiàn) Zn Al 共析合金具有異常高的 延伸率 1964 年 美國 Backofen 對 Zn Al 合金進行了系統(tǒng)的研究 并提出了應(yīng)變速率敏感性指數(shù) m 二 二 超塑性的發(fā)展超塑性的發(fā)展 近年來的發(fā)展 先進材料超塑性的研究 主要指金屬基復(fù)合材料 金屬 3 間化合物 陶瓷材料等超塑性的開發(fā) 一般加工性能較差 所 以有必要對其進行深入研究 高速超塑性研究 主要是提高超塑變形的速率 目的在 于提高超塑成形的生產(chǎn)率 研究非理想超塑性材料的超塑性變形規(guī)律 以實現(xiàn)降低 對超塑性變形材料的苛刻要求 從而提高成形件質(zhì)量 擴大超 塑性使用范圍 三 三 超塑性的分類超塑性的分類 早期由于超塑性現(xiàn)象僅限于 Bi Sn 和 Ai Cu 共晶合金 Zn Al 共析合金等少數(shù)低熔點的有色金屬 也曾有人認為超塑 性現(xiàn)象只是一種特殊現(xiàn)象 隨著更多的金屬及合金實現(xiàn)了超塑 性 以及與金相組織及結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來研究以后 發(fā)現(xiàn)超塑性金 屬有著本身的一些特殊規(guī)律 這些規(guī)律帶有普遍的性質(zhì) 而并 不局限于少數(shù)金屬中 因此按實現(xiàn)超塑性的條件 組織 溫度 應(yīng)力狀態(tài)等 一般分為以下幾種 恒溫超塑性 一般所說超塑性變形多數(shù)屬于這類 其特 點是材料具有微細的等軸晶粒組織 在一定的溫度區(qū)間和一定 變形速率下呈現(xiàn)超塑性 這里指的微細晶粒尺寸 大都在微米 級 其范圍在 0 5 5 之間 一般來說 晶粒越細越有利于塑 4 性的發(fā)展 但對有些材料來說 例如 Ti 合金 晶粒尺寸達幾十 微米時仍有很好的超塑性能 還應(yīng)當指出 由于超塑性變形是 在一定的溫度區(qū)間進行的 因此即使初始組織具有微細晶粒尺 寸 如果熱穩(wěn)定性差 在變形過程中晶粒迅速長大的話 仍不 能獲得良好的超塑性 相變超塑性 這類超塑性并不要求材料有超細晶粒 而 是在一定的溫度和負荷條件下經(jīng)過多次的循環(huán)相變或同素異形 轉(zhuǎn)變獲得較大的延伸率 如碳素鋼和低合金鋼 加以一定的負荷 同時于 A1 3 溫 度上下施以反復(fù)的一定范圍的加熱和冷卻 每一次循環(huán)發(fā)生 的兩次轉(zhuǎn)變 可以得到二次條約式的均勻延伸 其他超塑性 在消除應(yīng)力退火過程中 在應(yīng)力作用下可 以得到超塑性 Al 5 Si 及 Al 4 Cu 合金在溶解度曲線上下施 以循環(huán)加熱可以得到超塑性 根據(jù) Johnson 試驗 在具有異向 性熱膨脹的材料如 U Zr 等 加熱時可有超塑性 稱為異向超 塑性 有人把 a U 在有負荷及照射下的變形也稱為超塑性 球 墨鑄鐵及灰鑄鐵經(jīng)特殊處理也可以得到超塑性 四 四 典型的超塑性材料典型的超塑性材料 目前已知的超塑性金屬及合金已有數(shù)百種 按基體區(qū)分 5 有 Zn 基 Al 基 Ti 基 Mg 基 Ni 基 Pb 基 Sn 基 Fe 基 等合金 其中包括共析合金 共晶合金多元合金 高級合金等 類型 部分典型的超塑性合金見下表 五 五 超塑性的應(yīng)用超塑性的應(yīng)用 由于金屬在超塑狀態(tài)具有異常高的塑性 極小的流動應(yīng)力 6 極大的活性及擴散能力 可以在很多領(lǐng)域中應(yīng)用 包括壓力加 工 熱處理 焊接 鑄造 甚至切削加工等方面 超塑性在壓力加工方面的應(yīng)用超塑性在壓力加工方面的應(yīng)用 超塑性壓力加工屬于黏性和不完全黏性加工 對于形狀 復(fù)雜或變形量很大的零件 都可以一次直接成型 成型的方式 有氣壓成形 吹塑成形 擠壓成形 鍛造成形 拉延成形 無 模成形等多種方式 優(yōu)點 流動性好 填充性好 需要的設(shè)備功率噸位小 材料利用率高 成形件表面精度質(zhì)量高 相應(yīng)的困難是需要一定的成形溫度和持續(xù)時間 對設(shè)備 模具潤滑 材料保護等都有一定的特殊要求 相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用 相變超塑性在熱處理領(lǐng)域可以得到多方面的應(yīng)用 例如 鋼材的形變熱處理 滲氮 滲碳 滲金屬等方面都可以應(yīng)用相 變超塑性的原理來增強處理效果 相變超塑性還可以有效地細 化晶粒 改善材料品質(zhì) 7 相變超塑性在焊接方面的應(yīng)用相變超塑性在焊接方面的應(yīng)用 將兩塊金屬材料接觸 利用相變超塑性原理 施加很小 的負荷和加熱 冷卻循環(huán)即可使接觸面完全粘合 得到牢固的 焊接 我們稱之為相變超塑性焊接 優(yōu)點 這種焊接由于加熱溫度低 在固相加熱 沒有一 般融化焊接的熱影響區(qū) 也沒有高壓焊接的大變形區(qū) 焊后不 經(jīng)過熱處理或其他輔助加工即可應(yīng)用 相變超塑性焊接所用的材料 可以是鋼材 鑄鐵 Al 合金 Ti 合金等 相變誘發(fā)塑形的應(yīng)用相變誘發(fā)塑形的應(yīng)用 在熱擠壓方面的應(yīng)用 不論是微晶超塑形還是相變超塑性 均已用于熱擠壓方 面 相變超塑性熱擠壓就是在相變區(qū)域附近給予周期性的溫度 循環(huán) 在負荷較小的情況下進行壓接 相變溫