超塑性材料(共12頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn) 代 材 料 學(xué)（報(bào)告）學(xué)生姓名：孫志偉學(xué) 號(hào)：S專(zhuān)業(yè)班級(jí)：動(dòng)力工程及工程熱物理化研15-2編 號(hào)題 目1材料的超塑性23前言材料是工程科學(xué)的重要基礎(chǔ)，一切科學(xué)研究都以材料為載體?，F(xiàn)如今材料學(xué)已經(jīng)成為熱門(mén)學(xué)科。材料學(xué)也是一門(mén)復(fù)雜的課程，其覆蓋面很廣。現(xiàn)代材料學(xué)以傳統(tǒng)材料學(xué)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹了代表材料科學(xué)研究和應(yīng)用前沿的各種新材料，闡述了材料科學(xué)的基本概念、研究方法以及各種新材料的發(fā)展和應(yīng)用等。 通過(guò)課堂老師的講解，我對(duì)現(xiàn)代材料也有了深入的認(rèn)識(shí)。感謝老師在課堂上的精心講解。材料的超塑性是我的研究方向，因此本文主要講述了材料的超塑性及其應(yīng)用。目錄專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)一、超塑性

2、的發(fā)展超塑性是指材料在一定的內(nèi)部條件（如晶粒形狀及尺寸、相變等）和外部條件下（如溫度、應(yīng)變速率等），呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能的現(xiàn)象。通常，當(dāng)延伸率 >100%或應(yīng)變速率敏感性指數(shù) m>0.3 時(shí)，即認(rèn)為材料具有超塑性。 上個(gè)世紀(jì)20、30年代，人們?cè)趯?duì)金屬變形的研究中，發(fā)現(xiàn)某些金屬在一定的條件下具有大大超過(guò)一般塑性的特異性能,引起人們廣泛的興趣和重視。最早發(fā)現(xiàn)金屬超塑性的是德國(guó)W.Rosenhain等人在研究Zn-4Cu-7Al合金在低速?gòu)澢鷷r(shí)，可以彎曲近180度仍未出現(xiàn)裂紋。將其進(jìn)行拉伸，也發(fā)現(xiàn)材料的塑性與加載速度密切相關(guān)的類(lèi)似現(xiàn)象。此后在1924年，Sauveu

3、r發(fā)現(xiàn)在接近相變溫度區(qū)域內(nèi)的扭曲量特別大。在1934年英國(guó)人C.E.Pearson進(jìn)行慢速拉伸，試棒的長(zhǎng)度幾乎可達(dá)到原始長(zhǎng)度的20倍，引起人們的強(qiáng)烈反響，但可能由于第二次世界大戰(zhàn)原因被擱置下來(lái)，這個(gè)時(shí)期也是超塑性發(fā)展的萌芽時(shí)期。 直到1945年，前蘇聯(lián)的A.A.Bochvar和Z.A.Ssviderskaia又對(duì)該異?，F(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)研究，并首次提出“超塑性”這一術(shù)語(yǔ)。1962年美國(guó)的E.E.underwood從冶金學(xué)的角度分析實(shí)現(xiàn)超塑性的可能性、條件和基本原理，對(duì)各國(guó)學(xué)者在超塑性方面的研究成果做了全面的介紹。1964年美國(guó)麻省理工學(xué)院W.A.Backofen等人對(duì)超塑性進(jìn)行分析和研究，引入了與變

4、形應(yīng)力有關(guān)的應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m，提出了應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系。從1948年到1967年這一階段是對(duì)超塑性機(jī)理的研究的興盛時(shí)期。晶界滑移機(jī)理、晶內(nèi)滑移機(jī)理、擴(kuò)散蠕變機(jī)理、及再結(jié)晶機(jī)理等都是這一階段提出來(lái)的。這階段也是超塑性發(fā)展的奠基時(shí)期。 從60年代末到70年代初，超塑性研究進(jìn)入了發(fā)展時(shí)期，1968年，英國(guó)Leyland汽車(chē)公司生產(chǎn)了工業(yè)用Zn-22%Al共析合金，利用超塑性成形制成了小轎車(chē)上蓋和汽車(chē)車(chē)門(mén)內(nèi)板，開(kāi)創(chuàng)了超塑性應(yīng)用先例。1970 年美國(guó)的T.H.Thomsen等使用Zn-22%Al共析合金管吹制成具有鼓脹凸肚及精細(xì)花紋的花瓶，說(shuō)明超塑性合金適于制造形狀復(fù)雜的精密零件。由此將超塑性成形

5、技術(shù)引入精密零件成形領(lǐng)域。70年代初，美國(guó)的C.H.Hamilton等人將超塑成形工藝與擴(kuò)散連接工藝相結(jié)合，制造出了形狀復(fù)雜的鈦合金整體結(jié)構(gòu)件，從而帶來(lái)了鈦合金制造工藝上的技術(shù)性革命。這個(gè)時(shí)期，世界各國(guó)都在尋求超塑性金屬材料，目前超塑性金屬和合金已經(jīng)發(fā)展到200種以上。美國(guó)航空與航天工業(yè)的幾個(gè)發(fā)展計(jì)劃表明，超塑性成形與擴(kuò)散連接工藝相結(jié)合，能制造復(fù)雜的鈦合金零件。這些計(jì)劃還表明與采用普通鈦合金結(jié)構(gòu)相比交，節(jié)約成本 50，減輕重量 30。在英國(guó)，也應(yīng)用了鋁鋰合金、鈦合金在飛機(jī)構(gòu)件上。日本對(duì)超塑性的研究開(kāi)始較晚是60年代中期開(kāi)始的，比美國(guó)少晚，但發(fā)展速度很快，在應(yīng)用方面做了大量的工作，后來(lái)居上，大有

6、超過(guò)西方國(guó)家之趨勢(shì)。我國(guó)對(duì)超塑性的研究開(kāi)始較晚，60年代中期才開(kāi)始有學(xué)者收集資料并進(jìn)行研究分析，在超塑性的研究和應(yīng)用方面有了較大的進(jìn)展，基本與國(guó)際同步。目前超塑性材料研究范圍更是廣泛，已經(jīng)從金屬間化合物、金屬?gòu)?fù)合材料、陶瓷材料等金屬材料的范疇到非金屬材料。這些新型超塑性材料具有特殊的優(yōu)越性能和應(yīng)用價(jià)值，這些材料為今后的工業(yè)應(yīng)用提供了一條方便、經(jīng)濟(jì)、有效的途徑。高應(yīng)變速率的超塑性，是目前超塑性研究的熱點(diǎn)和未來(lái)研究的重要方向之一。國(guó)外的研究表明，通過(guò)機(jī)械合金化、非結(jié)晶粉墨固化和物理霧化沉淀等方法減少晶粒尺寸，可獲得高應(yīng)變速率條件下的超塑性，這方面的研究日本處于領(lǐng)先水平。二、超塑性分類(lèi)對(duì)超塑性的分類(lèi)

7、，目前，按照材料變形特點(diǎn)和所處狀態(tài)，可以分為組織超塑性、相變超塑性和其他超塑性三類(lèi)。 1) 組織超塑性又稱(chēng)細(xì)晶超塑性或恒溫超塑性。需要滿(mǎn)足三個(gè)條件：晶粒度細(xì)小、變形溫度恒定、應(yīng)變速率緩慢。一般超塑性多屬這一類(lèi)。晶粒細(xì)小指的是材料具有微細(xì)等軸晶粒，并且在超塑性變形溫度下晶粒不易長(zhǎng)大，即所謂的熱穩(wěn)定性好。變形溫度恒定 指塑性變形是在恒定溫度下產(chǎn)生的，沒(méi)有相變等組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。應(yīng)變速率緩慢要求超塑性變形時(shí)，應(yīng)變速率要緩慢因?yàn)樵訑U(kuò)散蠕變成形需要足夠的時(shí)間。一般=10-410-3S-1，與普通金屬拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)變速率相比至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)。 2) 相變超塑性 即變溫超塑性或動(dòng)態(tài)超塑性，要求材料在變動(dòng)頻繁的

8、溫度環(huán)境下受應(yīng)力作用時(shí)，經(jīng)多次循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變而得到的很大變形。同樣也需要滿(mǎn)足三個(gè)條件：a.金屬及合金具有固態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變能力；b.應(yīng)力作用；c.相變溫度上下循環(huán)加熱和冷卻，誘發(fā)它產(chǎn)生反復(fù)的結(jié)構(gòu)變化，使金屬原子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)超塑性。相變超塑性在溫控技術(shù)方面比組織超塑性要困難的多。3) 其它超塑性 包括短暫超塑性和相變誘發(fā)超塑性等。a.短暫超塑性又稱(chēng)臨時(shí)超塑性，指金屬材料在一定的條件下出現(xiàn)短時(shí)間的細(xì)而穩(wěn)定的等軸晶粒組織并顯示出的超塑性，在此短暫的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速的施加外力，才能顯示出來(lái)，就是短暫超塑性變形，可以在熱加工期間產(chǎn)生，也可以在冷變形后的再結(jié)晶退火過(guò)程中產(chǎn)生。b.相變誘發(fā)超塑性指在相

9、轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)以上的一定溫度區(qū)間加工變形，在轉(zhuǎn)變的過(guò)程中可以得到異常高的延伸率的現(xiàn)象。三、超塑性變形的組織結(jié)構(gòu)變化超塑性材料變形時(shí)產(chǎn)生組織結(jié)構(gòu)變化，研究超塑性材料變形時(shí)的組織結(jié)構(gòu)變化，可以預(yù)估超塑性變形后材料力學(xué)性能可能產(chǎn)生的變化，這為進(jìn)一步闡明變形規(guī)律以及各種因素的影響提供依據(jù)。不但為變形機(jī)理的研究提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且為制備超塑合金和合金的超塑成形提供依據(jù)。在超塑性變形時(shí)，材料內(nèi)部產(chǎn)生了下面一些變化： （1） 晶粒的粗化與等軸化 在超塑變形時(shí)，晶粒會(huì)隨著變形程度的增加而不斷長(zhǎng)大，在不大的變形量下會(huì)發(fā)生等軸化。在密排六方晶格的超塑性材料發(fā)生超塑變形時(shí)，發(fā)生晶粒長(zhǎng)大的同時(shí)，還順著拉伸方向拉長(zhǎng)，存在著晶

10、內(nèi)滑移現(xiàn)象。 （2） 晶粒相互位置的變化 超塑變形時(shí)，晶粒不僅沿晶界產(chǎn)生滑動(dòng)，而且晶粒也產(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。人們還發(fā)現(xiàn)，超塑性變形時(shí)晶粒還發(fā)生換位，其中包括挾開(kāi)（兩個(gè)原來(lái)相鄰的晶粒被兩旁的另外兩個(gè)晶粒挾開(kāi)，）和轉(zhuǎn)出（從下層轉(zhuǎn)出一個(gè)晶粒擠在原來(lái)的幾個(gè)相鄰晶粒之間）。 （3） 位錯(cuò)密度的變化 金屬晶體內(nèi)部可動(dòng)位錯(cuò)密度比未變形時(shí)高出許多。但是在最佳應(yīng)變速率拉伸時(shí)，一般不產(chǎn)生由位錯(cuò)所構(gòu)成的亞晶界。 （4） 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是合金超塑性變形中比較普遍存在的組織效應(yīng)。具有原始纖維組織的合金在拉伸變形中容易通過(guò)再結(jié)晶使顯微組織變?yōu)榈容S細(xì)晶組織。 （5） 孔洞 超塑變形過(guò)程中一般都會(huì)產(chǎn)生孔洞，孔洞通常產(chǎn)生于晶界

11、和相界處，并且隨變形的進(jìn)行而發(fā)展。四、超塑性變形機(jī)理材料的超塑性變形之所以會(huì)出現(xiàn)與常規(guī)超塑性有明顯不同的變形特征，是因?yàn)槠渥冃螜C(jī)理與常規(guī)塑性變形不同所致。在變形機(jī)制上看，一般金屬變形主要發(fā)生在晶粒的內(nèi)部，如滑移和孿晶等，其原子的相對(duì)位移量不易超過(guò)兩個(gè)原子的間距，因而延伸率不大。對(duì)于超塑性變形來(lái)說(shuō)，晶界行為起了主要作用，如晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)、晶界滑移、晶粒換位等，因而延伸率比較大。了解超塑性現(xiàn)象的本質(zhì)，能夠達(dá)到控制超塑性的目的。超塑性變形機(jī)理指超塑性流變期間材料內(nèi)部原子或原子群的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和方式。關(guān)于超塑性機(jī)理的文獻(xiàn)很多，有很多理論、模型和假說(shuō)，但由于所具有的材料不同，實(shí)驗(yàn)條件上的差異，往往得出不同的機(jī)理。

12、目前尚未建立一種統(tǒng)一的完整的理論。下面介紹一些有代表性的超塑性變形機(jī)理。超塑擴(kuò)散機(jī)理、晶界滑動(dòng)機(jī)理、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)理。擴(kuò)散蠕變理論認(rèn)為，高溫應(yīng)變下位錯(cuò)密度很小，能動(dòng)性也差，因而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)不可能成為超塑性變形的主要形式，材料內(nèi)部存在大量的過(guò)飽和空位，因而連續(xù)變形可以由空位在外加應(yīng)力場(chǎng)中做定向的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而空位運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致原子向相反方向的擴(kuò)散遷移。擴(kuò)散蠕變又分為晶內(nèi)擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散兩種。晶內(nèi)擴(kuò)散Nabarro-Herring提出的模型，該模型認(rèn)為，在拉應(yīng)力場(chǎng)作用下，在橫向晶界上形成空位比在側(cè)向晶界上形成空位更有利，因而這兩類(lèi)晶界上產(chǎn)生的空位濃度不同，這種濃度差會(huì)導(dǎo)致橫向晶界的空位不斷流向縱向晶界，而原子則

13、向相反的方向流動(dòng)，結(jié)果晶粒被拉長(zhǎng)，變窄。晶界運(yùn)動(dòng)一般分為滑動(dòng)和移動(dòng)兩種?；瑒?dòng)為晶粒沿晶界滑動(dòng)，移動(dòng)為相鄰晶粒間相互侵噬而產(chǎn)生的晶界遷移。實(shí)際變形是這兩者交替進(jìn)行的。下面主要介紹有擴(kuò)散蠕變調(diào)節(jié)的晶界位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)理論。擴(kuò)散調(diào)節(jié)理論認(rèn)為，當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)散蠕變時(shí)，晶界滑動(dòng)可以看作是調(diào)節(jié)過(guò)程，反之，晶界滑動(dòng)時(shí)，擴(kuò)散蠕變起調(diào)節(jié)作用。超塑性成形的主要形式是晶界滑動(dòng)，同時(shí)晶內(nèi)、晶界滑動(dòng)發(fā)生或協(xié)調(diào)進(jìn)行。晶界擴(kuò)散Coble型：該模型認(rèn)為，在晶粒附近形成空位的自由能和空位在該處運(yùn)動(dòng)的激活能明顯地比晶粒內(nèi)部低，空位沿晶界的擴(kuò)散，原子沿相反的的方向運(yùn)動(dòng)。1 擴(kuò)散蠕變調(diào)節(jié)的晶界滑動(dòng)理論。晶界不是平滑的，存在大大小小的坎，當(dāng)

14、外力作用時(shí)，這些坎分為兩種類(lèi)型：一為壓縮型坎簡(jiǎn)稱(chēng)壓坎；一為張開(kāi)型坎簡(jiǎn)稱(chēng)張坎，如圖1.2,這個(gè)模型可幫助直觀地了解晶界滑動(dòng)擴(kuò)散蠕變控制晶界滑移的一種具體的物理機(jī)制。在壓坎附近，由于受壓，空位濃度大大減少，在張坎附近，空位濃度增加。張坎和壓坎附近的這種空位濃度差，就迫使空位從張坎沿著晶界向壓坎擴(kuò)散。與此同時(shí)發(fā)生的等效過(guò)程是原子從壓坎沿晶界向張坎擴(kuò)散流動(dòng)，以充填或彌合由晶界滑動(dòng)在張坎造成的空隙，并在壓坎上讓出空間使晶界滑動(dòng)得以繼續(xù)進(jìn)行。圖1 晶粒在有坎的晶界上滑動(dòng)的示意圖2.晶內(nèi)晶界擴(kuò)散共同調(diào)節(jié)的晶界滑動(dòng)模型 圖2 Ashby-Verrall 模型由一組二維的四個(gè)六方晶粒組成。在拉伸應(yīng)力作用下，有初

15、態(tài)a過(guò)度到中間態(tài)b，最后達(dá)到終態(tài)c。在此過(guò)程中上下兩晶粒被左右所挾開(kāi)，改變了相鄰的關(guān)系，晶粒的取向也發(fā)生了變化，但晶粒仍保持其等軸性。c態(tài)表示由初態(tài)a過(guò)渡到中間態(tài) b 時(shí)晶內(nèi)和晶界的擴(kuò)散過(guò)程。（a）初始態(tài) （b）中間態(tài) （c）擴(kuò)散 （d）終態(tài)圖 2 Ashby-Verrall 晶粒換位機(jī)制示意圖3 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)的晶界滑動(dòng)機(jī)理 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)晶界滑動(dòng)的理論認(rèn)為：超塑變形過(guò)程是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界滑動(dòng)協(xié)調(diào)變形，促使晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或換位，晶界滑動(dòng)起主要作用，位錯(cuò)是協(xié)調(diào)晶界滑動(dòng)的微觀行為。該理論模型很多，其中較著名的是Ball-Hutchison模型和Mukherjee模型。 Ball-Hutchison模型如

16、圖3認(rèn)為：晶粒群沿晶界相對(duì)滑動(dòng)，遇到障礙晶粒時(shí)，滑動(dòng)被阻止，導(dǎo)致位錯(cuò)塞積在相鄰晶界處，同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，促使塞積在前端的位錯(cuò)沿晶界攀移而消失，則內(nèi)應(yīng)力得到松弛，造成晶界滑動(dòng)再次發(fā)生。位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)制約著應(yīng)變速率。圖3 Ball-Hutchison 模型Mukherjee則認(rèn)為：晶界滑動(dòng)不是以晶粒群為單位進(jìn)行的，而是在單個(gè)晶粒之間進(jìn)行，位錯(cuò)產(chǎn)生在晶界的凸臺(tái)或隆起區(qū)域，如圖4所示。此后，他又對(duì)模型進(jìn)行了修改，認(rèn)為晶界滑動(dòng)速度不僅受橫穿晶粒的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所控制，而且還受制于在晶界上攀移和滑動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。晶界滑動(dòng)和位錯(cuò)攀移的共同作用導(dǎo)致晶粒的重新排列。圖4 Mukherjee模型關(guān)于

17、超塑性的變形機(jī)理，除上述介紹的一些機(jī)理和模型外，還有人提出了“心部表層”機(jī)理、晶粒轉(zhuǎn)出機(jī)理、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)理、三維晶界自由滑動(dòng)模型等，但由于超塑性變形的復(fù)雜性，到目前為止還沒(méi)有建立起一種統(tǒng)一的能解釋所有超塑性變形行為的理論。而隨著對(duì)超塑性變形機(jī)理的研究日趨深入，逐漸明確了利用晶界滑移、擴(kuò)散蠕變和晶內(nèi)位錯(cuò)滑移三種變形機(jī)理的綜合機(jī)理能較好地解釋絕大多數(shù)合金的超塑性流動(dòng)行為。近年來(lái)，有關(guān)超塑性變形理論獲得了進(jìn)一步發(fā)展。其中以Miguellagos等人提出的超塑性變形的兩相理論以及由K.Higashi等人提出的高溫高應(yīng)變速率超塑性變形的液膜理論較為引人注目。五、超塑成形優(yōu)缺點(diǎn)超塑成形具有以下優(yōu)點(diǎn): （1

18、） 材料塑性特別高 金屬材料在超塑性狀態(tài)下，可以承受大的變形而不被破壞。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，可以實(shí)現(xiàn)一次變形而不需要預(yù)成形工序，因此減少工時(shí)，縮短生產(chǎn)周期，為難變形材料的塑性加工開(kāi)辟了良好的途徑。 （2） 變形抗力小 超塑變形時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定階段后，不存在或很少有應(yīng)變硬化，金屬變形抗力小，超塑成形時(shí)所需設(shè)備噸位也小，甚至只用氣壓就可成形。一般超塑模鍛的設(shè)備噸位為常規(guī)模鍛噸位的 1/51/10，大大節(jié)省能源。 （3） 可以一次精密成形 超塑性成形時(shí)，不但金屬的變形抗力小，而且流動(dòng)性和充型性好，在恒溫狀態(tài)下保壓，由于有蠕變機(jī)理作用，可以充滿(mǎn)模具型腔尖角部位，獲得零件輪廓清晰，并且可以一次成形復(fù)雜零件。

19、可以采用閉式模鍛，可不留加工余量，提高生產(chǎn)效率，大大節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本。 （4） 模具壽命長(zhǎng) 由于超塑性成形時(shí)，載荷低、速率慢、不受沖擊，故模具的壽命長(zhǎng)。 （5） 可用于模具制造等 利用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的凸模來(lái)擠壓出的凹模，不需要機(jī)械加工，就可以制造復(fù)雜的模具而且可以再次擠壓來(lái)修理模具，多次使用模具。 當(dāng)然，超塑性成形目前也存在一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，如生產(chǎn)效率低、超塑成形出現(xiàn)空洞化而影響零件的使用性能等，但隨著研究的深入，這些問(wèn)題就可以逐漸解決或減輕。目前國(guó)內(nèi)外研究得最多的是結(jié)構(gòu)超塑性，其產(chǎn)生的第一個(gè)條件是材料具有均勻的微細(xì)等軸晶粒，晶粒尺寸通常小于10m(微米)，并且在超塑性溫度下晶粒不易長(zhǎng)大，即所謂

20、熱穩(wěn)定性好；第二個(gè)條件是變形溫度T0.5Tm(Tm為材料熔點(diǎn)溫度，以絕對(duì)溫度表示)，并且在變形時(shí)保持恒定溫度，第三個(gè)條件是應(yīng)變速率比較低，一般10-410-1/s，要比普通金屬拉伸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)變速率至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)。目前已發(fā)現(xiàn)共晶型和共析型合金具有超塑性，但也不限于此，而在許多的二相合金中相當(dāng)一部分呈現(xiàn)超塑性。一般說(shuō)來(lái)，晶粒越細(xì)越有利于超塑性變形，但對(duì)有些材料來(lái)說(shuō)，例如鈦合金，其晶粒尺寸達(dá)幾十微米時(shí)仍有良好的超塑性能。六、超塑性在塑性加工工程中的應(yīng)用超塑性在塑性加工中工程中已獲得較廣泛應(yīng)用。由于材料在超塑性狀態(tài)下，具有很高的塑性，且不產(chǎn)生加工硬化，所以能成形出復(fù)雜的零件，可使原來(lái)需要多道工序才能成

21、形的零件一次成形，亦可使原來(lái)因?yàn)楣に嚿系男枰?，分部設(shè)計(jì)的組合零件改為整體零件。 金屬材料在超塑性狀態(tài)下，所具有的優(yōu)良的塑性和極低的變形抗力，使其可像塑料一樣能進(jìn)行氣脹成形，包括真空成形和吹塑成形，或?qū)煞N并用。也可超塑性拉深成形，特別是超塑性差溫拉深，比常規(guī)拉深的拉深比（毛坯直徑與凸模直徑之比）要大很多。超塑性體積成形應(yīng)用也較多，如超塑性用于擠壓成形稱(chēng)為超塑性擠壓成形，可以成形零件和模具型腔；模鍛時(shí)采用超塑性稱(chēng)為超塑性模鍛。各成形工藝簡(jiǎn)介如下： 1) 氣脹成形 這是最早利用超塑性的工藝,目前應(yīng)用最廣。材料在超塑狀態(tài)下變形抵抗力較低, 塑性極好, 可像玻璃和塑料一樣用氣吹成型,常用于生產(chǎn)薄壁殼體

22、部件, 其最大的特點(diǎn)是工藝和設(shè)備都很簡(jiǎn)單。如拋物線狀的天線、儀表殼體及美術(shù)浮雕等適于此方法生產(chǎn)制造。2) 超塑性拉延 由于超塑材料有極高的塑性,因此,可將金屬板材一次深拉延成筒形零件。該方法可成型高徑比很大的筒形件(d10),成型后的薄壁均勻,還可在模腔中再次脹成瓶狀部件。 3) 超塑性等溫模鍛 此方法充分利用了超塑性材料變形抵抗力低、塑性好的特點(diǎn),在不改變常規(guī)模具和設(shè)備的條件下,成型載荷大為降低,而且材料的填充性能好,對(duì)形狀復(fù)雜的材料成型有非常好的適應(yīng)性,該方法被廣泛用于冷沖壓模具的成型。4) 超塑成形/擴(kuò)散焊接(SPF/ DB) 這種方法是充分發(fā)揮超塑性材料特點(diǎn)的一種組合技術(shù)。材料本身在超

23、塑狀態(tài)下能高速擴(kuò)散,超塑成形的同時(shí),也將多個(gè)部件擴(kuò)散焊接成一個(gè)整體,使得結(jié)構(gòu)的重量減輕、強(qiáng)度提高、導(dǎo)熱性也增強(qiáng)了,所以被認(rèn)為是航天、航空工業(yè)中最有潛力的新型技術(shù)。七、鋁合金超塑性應(yīng)用概述鋁及其合金具有比重小，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是廣泛應(yīng)用的材料。在已發(fā)現(xiàn)的超塑性合金中，鋁合金占了1/3以上。鋁合金的超塑性研究在超塑性研究領(lǐng)域中占有及其重要的地位。1960年，美國(guó)的David發(fā)現(xiàn)Al-33%Cu共晶合金在500時(shí)可得到200%的延伸率，這是最早實(shí)現(xiàn)超塑性的鋁合金。其后其他的一些共晶合金，如Al-Si，Al-Cu-Mg等合金在一定的條件下也獲得了超塑性。70年代日本的松木和英國(guó)的Stow

24、ell等開(kāi)發(fā)出了主要的Al-Cu系鋁合金，促進(jìn)了超塑性鋁合金的發(fā)展。近十幾年來(lái)，鋁合金的超塑性研究有了新的進(jìn)展。一些新型的鋁合金通過(guò)添加稀土元素或者Sc、Zr、Ti等元素，大大提高了合金的超塑性。如Al-Mg-Li-Zr、Al-Zn-Mg-Zr等合金不但能在一定條件下呈現(xiàn)較高的超塑性，而且具有良好的綜合力學(xué)性能。Al-Zn-Mg合金是鋁基超塑性合金的工業(yè)常規(guī)材料，在航空工業(yè)中應(yīng)用較多，在合金中添加稀土元素或者過(guò)度元素Zr，細(xì)化了晶粒，提高了合金的超塑性，最大延伸率可達(dá)1014%。Al-Mg-Li-Zr合金是一種中強(qiáng)度輕合金，具有較好的抗腐蝕性能和優(yōu)良的焊接性能，按照常規(guī)的形變熱處理細(xì)化晶粒的方法，可以獲得950%的延伸率，m值達(dá)到0.78。研究鋁合金超塑性的目的在于利用材料的超塑性成形零件或構(gòu)件，特別是形狀復(fù)雜的零部件，如曲面、浮凸等。由于材料在出現(xiàn)超塑性現(xiàn)象時(shí)，塑性極好，變形能力很強(qiáng)，因此可以制造出