納米材料的力學(xué)性能

.,3.1納米材料的力學(xué)性能,.,3.1.1納米材料的晶界及缺陷,.,納米材料的晶界及缺陷,納米固體材料是由顆粒或晶粒尺寸為1-100nm的粒子凝聚而成的三維塊體。納米固體材料的基本構(gòu)成是納米微粒加上它們之間的界面。,物理上的界面不只是指一個(gè)幾何分界面，而是指一個(gè)薄層，這種分界的表面（界面）具有和它兩邊基體不同的特殊性質(zhì)。因?yàn)槲矬w界面原子和內(nèi)部原子受到的作用力不同，它們的能量狀態(tài)也就不一樣，這是一切界面現(xiàn)象存在的原因。,.,4,納米固體材料的基本結(jié)構(gòu)組成,納米晶體材料晶粒組元晶界組元納米非晶材料非晶組元界面組元納米準(zhǔn)晶材料準(zhǔn)晶組元界面組元,納米固體材料顆粒組元界面組元,.,5,納米固體材料的界面組元,界面組元體積分?jǐn)?shù),假設(shè)納米微粒的粒徑d為5nm，界面平均厚度為1nm，且微粒為球體，則界面組元的體積分?jǐn)?shù)Ct為：,若取一微體積V，假設(shè)單位體積內(nèi)的界面組元面積為St，則V內(nèi)界面組元比表面積為：,.,納米材料晶界結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)納米材料中晶界占有很大的體積分?jǐn)?shù)，這是評(píng)定納米材料的一個(gè)重要參數(shù)。:晶界的厚度，通常包括23個(gè)原子間距。：晶粒的直徑：晶界體積分?jǐn)?shù)假設(shè)晶粒的平均尺寸為5nm，晶界的厚度為1nm，則由上式可計(jì)算出晶界所占的體積分?jǐn)?shù)為50。,.,晶粒直徑與晶界體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系,晶界在常規(guī)粗晶材料中僅僅是一種面缺陷。對(duì)納米材料來說：晶界不僅僅是一種缺陷，更重要的是構(gòu)成納米材料的一個(gè)組元，即晶界組元（GrainBoundaryComponent）。已經(jīng)成為納米固體材料的基本構(gòu)成之一，并且影響到納米固體材料所表現(xiàn)出的特殊性能！,.,晶界厚度與晶界體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系,相同晶粒尺寸時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致晶界厚度不同。bcc結(jié)構(gòu)晶界厚度：1nm左右fcc結(jié)構(gòu)晶界厚度：0.5nm左右,Bcc結(jié)構(gòu)晶界體積分?jǐn)?shù)蒙特卡洛模擬曲線,fcc結(jié)構(gòu)晶界體積分?jǐn)?shù)蒙特卡洛模擬曲線,1、對(duì)金屬和合金納米材料來說，其結(jié)構(gòu)不同，使得晶界厚度不同。2、對(duì)納米復(fù)合陶瓷來說，合成方法不同，晶界厚度變化很大。,.,9,類氣態(tài)模型,Gleiter于1987年提出,認(rèn)為納米微晶界面內(nèi)原子排列既非長程有序，又非短程有序，而是一種類氣態(tài)的，無序程度很高的結(jié)構(gòu)。,晶界的原子結(jié)構(gòu)-一直存在爭(zhēng)論：,該模型與大量事實(shí)有出入，至1990年以來文獻(xiàn)上不再引用該模型。,.,10,短程有序模型,認(rèn)為納米材料的界面排列是有序的,與粗晶結(jié)構(gòu)無區(qū)別。但進(jìn)一步研究表明，界面組元的原子排列的有序化是局域性的，而且，這種有序排列是有條件的，主要取決于界面的原子間距ra和顆粒大小d，當(dāng),時(shí)，界面組元的原子排列是局域有序的；反之，界面組元?jiǎng)t為無序結(jié)構(gòu)。,.,11,界面可變結(jié)構(gòu)模型,也稱結(jié)構(gòu)特征分布模型。強(qiáng)調(diào)界面結(jié)構(gòu)的多樣性，即納米材料的界面不是單一的、同樣的結(jié)構(gòu)，界面結(jié)構(gòu)是多種多樣的，因此，不能用一種簡單的模型概括所有的界面組元的特征。,界面缺陷態(tài)模型,其中心思想是界面包含大量缺陷，其中三叉晶界對(duì)界面性質(zhì)的影響起關(guān)鍵作用。,.,納米Pd薄膜的高分辨透射電鏡圖像,有人在同一個(gè)Pd試樣中用高分辨率透射電鏡既觀察到有序的界面，如圖中A、B晶粒之間的晶界；也觀察到原子排列十分混亂的界面，如圖中D、E晶粒之間的晶界。因此，要用一種模型統(tǒng)一納米材料晶界的原子結(jié)構(gòu)是十分困難的。,.,要用一種模型統(tǒng)一納米材料晶界的原子結(jié)構(gòu)是十分困難的。盡管如此，還是可以認(rèn)為納米材料的晶界與普通粗晶的晶界結(jié)構(gòu)無本質(zhì)上的區(qū)別。納米材料晶界的原子結(jié)構(gòu)平面示意圖可用左圖來表示，圖中實(shí)心圖表示晶粒內(nèi)的原子，空心圖表明晶界處的原子。,納米材料晶界平面示意圖,.,納米晶界結(jié)構(gòu)特點(diǎn)盡管納米晶的晶界原子結(jié)構(gòu)與粗晶的無本質(zhì)區(qū)別，然而它們還具有以下不同于粗晶晶界結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：晶界具有大量未被原子占據(jù)的空間或過剩體積（ExcessVolume）；低的配位數(shù)和密度；大的原子均方間距；存在三叉晶界；,.,晶界相對(duì)配位數(shù)與原子間距的關(guān)系,在納米晶材料的晶界上有大量的未被原子占據(jù)的位置或空間,納米晶晶界上的原子具有大的原子均方間距和低的配位數(shù)。,晶界原子配位數(shù)/單晶原子配位數(shù)=相對(duì)配位數(shù)晶間原子間距越大，配位數(shù)越低。,納米晶材料晶間原子的熱振動(dòng)要大于粗晶的晶間原子的熱振動(dòng)，例如由8.3nm晶粒組成的Pd塊體在室溫時(shí)晶間原子熱振動(dòng)偏離點(diǎn)陣位置平均為3.10.1，而粗晶材料為2.32.7。因此，納米晶晶界處的密度較普通粗晶晶界的密度有較明顯的降低。,.,16,納米固體材料中的三叉晶界,所謂三叉晶界，指三個(gè)或三個(gè)以上相鄰晶粒之間的交叉區(qū)域，也稱旋錯(cuò)。,于晶界體積分?jǐn)?shù)。這就意味著三叉晶界對(duì)納米晶體材料的性能影響是非常大的。,三叉晶界體積分?jǐn)?shù)對(duì)晶粒尺寸的敏感度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大,計(jì)算表明：當(dāng)晶粒直徑從100nm減小到2nm時(shí)，三叉晶界體積分?jǐn)?shù)增加3個(gè)數(shù)量級(jí)，而晶界體積分?jǐn)?shù)僅增加1個(gè)數(shù)量級(jí)。,.,晶粒直徑對(duì)晶間、晶界、和三叉晶界體積分?jǐn)?shù)的影響,圖中晶界厚度為1nm，晶間區(qū)為晶界和三叉晶界區(qū)之和。左圖表明，當(dāng)晶粒小于2nm時(shí)，三叉晶界的體積分?jǐn)?shù)已超過界面的體積分?jǐn)?shù)。由于三叉晶界處的原子擴(kuò)散更快，運(yùn)動(dòng)性更好。因此，納米材料中大量存在的三叉晶界將對(duì)材料的性能產(chǎn)生很大的影響。,.,18,納米材料中的結(jié)構(gòu)缺陷,在常規(guī)晶體材料中，不可避免地存在缺陷。分別為：點(diǎn)缺陷（空位、間隙原子）、線缺陷（位錯(cuò)）、面缺陷（晶界、亞晶界）；,上述因素均導(dǎo)致納米材料的缺陷密度比常規(guī)晶體材料大得多。,而納米固體材料中，存在：,界面原子排列混亂；界面原子配位不全；納米粉體壓制成塊體的過程中，晶格常數(shù)發(fā)生變化。,.,納米固體材料的結(jié)構(gòu)缺陷有三種類型：點(diǎn)缺陷（空位、空位對(duì)、空位團(tuán)、溶質(zhì)原子、雜質(zhì)原子等）、屬于0維缺陷。線缺陷（刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)等）、屬于1維缺陷面缺陷（層錯(cuò)、相界、晶界、三叉晶界、孿晶界等）、屬于2維缺陷。,缺陷是實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)偏離了理想晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域。納米材料結(jié)構(gòu)中平移周期遭到很大破壞，界面原子排列比較混亂，界面中原子配位數(shù)不全使得缺陷增加。另外，納米粉體壓成塊體后，晶格常數(shù)會(huì)增加或減少，晶格常數(shù)的變化也會(huì)使缺陷增加。這就是說，納米材料實(shí)際上是缺陷密度十分高的一種材料。,.,20,點(diǎn)缺陷,納米材料中，界面體積分?jǐn)?shù)比常規(guī)多晶材料大得多，這使得空位、空位團(tuán)和孔洞等點(diǎn)缺陷增多。,空位,空位主要存在于晶界上，是在納米固體由顆粒壓制成塊體的過程中形成的。,空位團(tuán),空位團(tuán)主要存在于三叉晶界上，其形成一部分歸結(jié)為單個(gè)空位的擴(kuò)散、聚集，另一部分是在壓制塊體時(shí)形成的。,.,21,孔洞,孔洞一般處于晶界上，其主要源于,原硬團(tuán)聚中原先存在孔洞，高溫?zé)Y(jié)無法消除硬團(tuán)聚體，因此，孔洞就會(huì)被保留下來；,納米微粒表面易吸附氣體，壓制過程中形成氣孔，一經(jīng)燒結(jié)，氣體逃逸，留下孔洞。,孔洞隨退火溫度的升高和退火時(shí)間的延長，會(huì)收縮，甚至?xí)耆?，可達(dá)到納米材料的致密化。,.,位錯(cuò)又可稱為差排（英語：dislocation），在材料科學(xué)中，指晶體材料的一種內(nèi)部微觀缺陷，即原子的局部不規(guī)則排列（晶體學(xué)缺陷）。從幾何角度看，位錯(cuò)屬于一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線，其存在對(duì)材料的物理性能，尤其是力學(xué)性能，具有極大的影響。,若一個(gè)晶面在晶體內(nèi)部突然終止于某一條線處，則稱這種不規(guī)則排列為一個(gè)刃位錯(cuò)。刃位錯(cuò)附近的原子面會(huì)發(fā)生朝位錯(cuò)線方向的扭曲。,納米材料中的位錯(cuò),.,23,納米材料中的位錯(cuò),認(rèn)為納米材料中晶界是納米材料的組元之一而不是缺陷，那么納米材料的點(diǎn)缺陷就可能是主要的缺陷，不存在位錯(cuò)。,觀點(diǎn)一,觀點(diǎn)二,在納米晶粒內(nèi)存在著位錯(cuò)，但位錯(cuò)的的組態(tài)和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)行為都與常規(guī)晶體的不同，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的自由程很短。,.,24,觀點(diǎn)三,1990年代，高分辨率電鏡在多種納米材料中觀察到位錯(cuò)、孿晶，這就在實(shí)驗(yàn)上無可爭(zhēng)辯地證明納米晶內(nèi)存在位錯(cuò)、孿晶等缺陷。,觀點(diǎn)四,Gryaznov從理論上分析了納米材料的尺寸效應(yīng)對(duì)晶粒內(nèi)位錯(cuò)組態(tài)的影響。他們認(rèn)為納米晶粒內(nèi)的位錯(cuò)具有尺寸效應(yīng)。提出了位錯(cuò)穩(wěn)定存在的臨界尺寸,dlp，位錯(cuò)穩(wěn)定地存在于該晶粒中,G：切變模量，b：柏氏矢量，：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣摩擦力,.,金屬納米晶粒內(nèi)位錯(cuò)穩(wěn)定存在的特征長度,1、不同金屬納米晶粒位錯(cuò)穩(wěn)定存在的特征長度不同。如CuAlNi等2、當(dāng)金屬晶粒的形態(tài)不同時(shí)，特征長度也有所不同。,.,納米材料中位錯(cuò)與晶粒大小之間的關(guān)系由于位錯(cuò)在材料科學(xué)研究中占有極其重要的地位，金屬材料的強(qiáng)度、塑性、斷裂等理論都是建立在位錯(cuò)等缺陷的基礎(chǔ)上，因此，弄清納米材料的位錯(cuò)與晶粒大小的關(guān)系是十分重要的。Coch總結(jié)了在納米材料中位錯(cuò)與晶粒大小之間的關(guān)系，認(rèn)為：當(dāng)晶粒尺寸在50100nm之間，溫度0，材料的硬度升高，如Fe等k0k0.3Tm）下，即使受到小于屈服強(qiáng)度應(yīng)力的作用也會(huì)隨著時(shí)間的增長而發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長，即使受得力很小，也會(huì)發(fā)生永久性變形。,.,蠕變過程可分為減速、恒速和加速三個(gè)階段、由于第一和第三階段較短，因此對(duì)蠕變的研究主要集中在恒速或穩(wěn)態(tài)蠕變的第二階段。,.,超塑性是指材料在拉伸狀態(tài)下產(chǎn)生頸縮或斷裂前的伸長率至少大于100。材料在壓應(yīng)力下產(chǎn)生的大變形稱為超延展性。超塑性是一種奇特的現(xiàn)象。具有超塑性的合金能像飴糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，既不出現(xiàn)縮頸，也不會(huì)斷裂。特別在航空航天上，面對(duì)極難變形的鈦合金和高溫合金，普通的鍛造和軋制等工藝很難成形，而利用超塑性加工卻獲得了成功，超塑加工具有很大的實(shí)用價(jià)值，只要很小的壓力就能獲得形狀非常復(fù)雜的制作。,超塑性？,.,頸縮,頸縮在拉伸應(yīng)力下，材料可能發(fā)生的局部截面縮減的現(xiàn)象，頸縮和斷裂意味著材料失去力學(xué)效能。,.,納米材料的蠕變和超塑性研究主要集中在以下兩點(diǎn)：微米晶材料在低應(yīng)力和適中溫度（0.4-0.6）Tm下產(chǎn)生晶界擴(kuò)散蠕變。由于納米材料具有相當(dāng)大的體積分?jǐn)?shù)的晶界和極高的晶界擴(kuò)散系數(shù)，因此納米材料能否在低應(yīng)力下和較低的溫度下（0.2-0.3）Tm產(chǎn)生晶界擴(kuò)散蠕變？微米晶材料通常在高溫下（T0.5Tm）和適中的應(yīng)變速率下（10-5-10-2）/s才產(chǎn)生超塑性，那么，納米材料能否在較低的溫度和高的應(yīng)變速率下產(chǎn)生超塑性？,.,在很低的應(yīng)力和細(xì)晶條件下，早期的理論認(rèn)為是空位而不是位錯(cuò)的擴(kuò)散引起蠕變?？瘴坏臄U(kuò)散有兩種機(jī)制，即通過晶格擴(kuò)散和沿晶界擴(kuò)散。,.,描述空位通過晶格擴(kuò)散的模型為Nabarro-Herring方程，其蠕變速率：,式中，ANH為常數(shù)；D為晶格擴(kuò)散系數(shù)；為原子體積；為拉伸應(yīng)力；K為波爾茲曼常數(shù)；d為晶粒尺寸。,.,描述空位沿晶界擴(kuò)散的模型為Coble方程，其蠕變速率：,式中，Dgb為晶界擴(kuò)散系數(shù)；為晶界厚度；其余符號(hào)同Nabarro-Herring方程。,.,由于Dgb高出D幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，當(dāng)晶粒由微米級(jí)降低為納米級(jí)時(shí)，應(yīng)高出至少幾個(gè)數(shù)量級(jí)。（晶界擴(kuò)散系數(shù)高于晶格擴(kuò)散系數(shù)的原因：晶界上的原子排列規(guī)律差，能量較高，易于移動(dòng)，因此擴(kuò)散速率高于晶粒內(nèi)部，之前在界面效應(yīng)時(shí)講過）由此預(yù)測(cè)，在應(yīng)力相同的條件下，納米材料可在較低溫度下甚至在室溫產(chǎn)生晶界擴(kuò)散蠕變。,.,在室溫下進(jìn)行的蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米Cu、Pd的蠕變擴(kuò)散速率并不明顯大于微米晶的蠕變速率，無論在低溫或中溫范圍內(nèi)晶界擴(kuò)散蠕變或Coble蠕變并不適用于Cu、Pd納米材料。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,.,納米金的蠕變實(shí)驗(yàn),室溫下全致密納米金試樣的蠕變實(shí)驗(yàn)表明，只有當(dāng)施加應(yīng)力超過某一臨界值時(shí)才產(chǎn)生蠕變。在穩(wěn)態(tài)蠕變階段金試樣（36nm）的蠕變速率與施加應(yīng)力呈線性關(guān)系，表明蠕變?yōu)镃oble型蠕變。,室溫下納米金的應(yīng)力和蠕變曲線,應(yīng)力超過臨界值時(shí)發(fā)生蠕變,室溫下納米金在給定應(yīng)力下的穩(wěn)態(tài)蠕變區(qū)域,在穩(wěn)態(tài)區(qū)域蠕變速率和應(yīng)力成線性關(guān)系,.,利用電解沉積技術(shù)制備的致密的納米Ni（640nm）表現(xiàn)出明顯的室溫蠕變特性，且晶粒越細(xì)，蠕變速率越高。,室溫下20nmNi試樣的蠕變應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系,.,6nm、20nm、40nm晶粒的納米Ni的蠕變速率和應(yīng)力曲線可以看出：晶粒越小，同樣應(yīng)力下蠕變速率越快。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Coble晶界蠕變模型接近,納米Ni的晶粒對(duì)穩(wěn)態(tài)蠕變速率與應(yīng)力關(guān)系的影響,圖中虛線是Coble晶界蠕變模型模擬曲線,然而，該實(shí)驗(yàn)所測(cè)量的總?cè)渥兞啃∮?.01，遠(yuǎn)未達(dá)到穩(wěn)態(tài)蠕變階段，此外，試驗(yàn)中沒有測(cè)量蠕變激活能，因此20nm以下晶粒Ni在低應(yīng)力下的擴(kuò)散蠕變機(jī)制還不能成立。,.,結(jié)論,盡管納米Cu、Au、Ni等材料在較低應(yīng)力和較低溫度下觀察到了晶界蠕變擴(kuò)散，并且有些材料的蠕變?cè)谝欢l件下也符合Coble擴(kuò)散蠕變模型，但是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的缺乏及實(shí)驗(yàn)條件的不確定，要確定關(guān)于納米材料的蠕變機(jī)制仍需做大量的深入研究。,.,超塑性？,塑性：材料尤其是金屬材料的重要屬性，指金屬在保持其力學(xué)性能的情況下，既具有永久變形能力又具有足夠強(qiáng)度的性能?！俺苄浴背鼋饘僖话恪八苄浴敝笜?biāo)的特性。做為衡量塑性優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)延伸率，一般金屬不超過百分之幾十，如黑色金屬不大于40，有色金屬不大于60（如鋁約為50左右，金銀不超過80），即使在高溫下拉伸，也難以達(dá)到100。從材料的提純、冶煉、鍛造和熱處理中設(shè)法改善金屬的塑性，都無法大幅度提高塑性指標(biāo)。,.,在長期以來金屬變形的研究中，有人發(fā)現(xiàn)某些金屬在一定條件下具有大大超過一般塑性的特異性能，這些具有超塑性的金屬其值可超過百分之百，有的甚至達(dá)到百分之二千也不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象。隨著研究的深入，普遍認(rèn)為這種特殊的、巨大的延伸特性并不限于某幾種合金；對(duì)大多數(shù)金屬材料，包括鋼鐵等黑色金屬以及一般認(rèn)為難成形的鈦合金等，在特定條件下都可使值提高幾倍至幾十倍。比如Ti-6Al-4V板材，常溫下的值約10%，Ti-5Al-4V約14%，前者在加溫到760時(shí)，值約為65%，850時(shí)約90%，即使加溫到900也只達(dá)110%左右。然而處于超塑性條件下的Ti-6Al-4V，值可高達(dá)500%以上，甚至1000%以上。,.,1920年德國人羅森漢在研究鋅-鋁-銅合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，在250-270,0.39-1.37GPa時(shí)該合金具有超塑性。1982年英國物理學(xué)家森金斯給這種現(xiàn)象做如下定義：凡金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认拢ù蠹s相當(dāng)于金屬熔點(diǎn)溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應(yīng)變速度10毫米/秒時(shí)產(chǎn)生本身長度三倍以上的延伸率，均屬于超塑性。1945年蘇聯(lián)科學(xué)家包齊瓦爾提出“超塑性”這一術(shù)語。,.,超塑性：是指材料在一定的內(nèi)部（組織）條件（如晶粒形狀及尺寸、相變等）和外部（環(huán)境）條件下（如溫度、應(yīng)變速率等），呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能（例如大的延伸率）的現(xiàn)象。一般說來，如果材料的延伸率超過100，就可稱為超塑性。凡具有能超過100延伸率的材料，則稱之為超塑性材料?，F(xiàn)代已知的超塑性材料之延伸率最大可超過1000，有的甚至可達(dá)2000,納米材料的超塑性,.,產(chǎn)生超塑性的條件,通常是溫度大于0.5Tm。從本質(zhì)上講，超塑性是高溫蠕變的一種，因而發(fā)生超塑性需要一定的溫度條件，稱為超塑性溫度Ts，Ts0.5Tm。具有穩(wěn)定的等軸細(xì)晶組織（10m），并在變形過程中晶粒不顯著長大。微米晶材料產(chǎn)生超塑性的應(yīng)變速率為105102s1。,.,超塑性成形的基本特點(diǎn)：,大變形：超塑性材料在單向拉伸時(shí)伸長率極高，目前已有高達(dá)8000以上的報(bào)道。超塑性材料塑性變形的穩(wěn)定性、均勻性要比普通材料好得多，這就使材料成形性能大為改善，可以使許多形狀復(fù)雜，難以成形構(gòu)件的一次成形變?yōu)榭赡堋Ｐ?yīng)力：材料在超塑性變形過程中的變形抗力很小，它往往具有粘性或半粘性流動(dòng)的特點(diǎn)，在最佳超塑變形條件下，超塑流變應(yīng)力通常是常規(guī)變形的幾分之一乃至幾十分之一。例如，Zn-22Al合金在超塑變形時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力不超過2MPa，鈦合金板料超塑成形時(shí)，其流動(dòng)應(yīng)力也只有幾十兆帕甚至幾兆帕。,.,無縮頸：一般具有一定塑性變形能力的材料在拉伸變形過程中，當(dāng)出現(xiàn)早期縮頸后，由于應(yīng)力集中效應(yīng)使縮頸繼續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致提前斷裂。超塑性材料的塑性流變類似于粘性流動(dòng)，沒有（或很?。?yīng)變硬化效應(yīng)，但對(duì)變形速度敏感，有所謂“應(yīng)變速率硬化效應(yīng)”，即變形速度增加時(shí)，材料的變形抗力增大（強(qiáng)化）。易成形：超塑材料在變形過程中呈現(xiàn)極好的穩(wěn)定流動(dòng)性，變形抗力很小，且沒有明顯的加工硬化現(xiàn)象，壓力加工時(shí)的流動(dòng)性和填充性很好，可進(jìn)行諸如體積成形，氣脹成形，無模拉拔等多種形式的塑性成形加工。,.,流動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變速率之間的關(guān)系,超塑性形變中，流動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變速率之間的關(guān)系具有牛頓粘性體的特征，即流動(dòng)應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而上升，這種對(duì)應(yīng)變速率的敏感性體現(xiàn)了超塑性最主要的力學(xué)特性。Backofen方程：為流動(dòng)應(yīng)力，為應(yīng)變速率，m為應(yīng)變速率敏感指數(shù)。,.,應(yīng)變速率敏感指數(shù)的物理意義,在m值大的情況下，隨著應(yīng)變速率的增大，流動(dòng)應(yīng)力迅速增大。因此，如果試樣某處出現(xiàn)頸縮的趨勢(shì)，此處的應(yīng)變速率就增大，使得此處繼續(xù)變形所需的流動(dòng)應(yīng)力隨之劇增，于是變形只能在其余部位進(jìn)行。如果再出現(xiàn)頸縮趨勢(shì)，同樣由于頸縮部位應(yīng)變速率增加而局部強(qiáng)化，使頸縮傳播到其他部位，從而可獲得巨大的宏觀均勻變形。m值的大小反映了抑制局部出現(xiàn)