超塑性的應(yīng)用課件

題目：超塑性的應(yīng)用主講：題目：超塑性的應(yīng)用主講：內(nèi)容目錄一、概述二、超塑性的應(yīng)用分類三、應(yīng)用的前景和方向四、參考文獻(xiàn)內(nèi)容目錄一、概述由于金屬及合金在超塑性狀態(tài)具有異常好的塑性和極低的流動(dòng)應(yīng)力，極大的活性和擴(kuò)散能力，對(duì)成形加工極為有利。并且對(duì)于形狀極為復(fù)雜或變形量很大的零件，應(yīng)用超塑性都可以一次成形。超塑性在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。一、概述由于金屬及合金在超塑性狀態(tài)具有異常好的塑性和極低的流動(dòng)應(yīng)力，二、超塑性的應(yīng)用分類根據(jù)應(yīng)用方向不同，主要包括：1.壓力加工方面的應(yīng)用2.熱處理方面的應(yīng)用3.焊接方面的應(yīng)用二、超塑性的應(yīng)用分類根據(jù)應(yīng)用方向不同，主要包括：超塑性壓力加工：屬于粘性和不完全粘性加工，對(duì)形狀復(fù)雜或變形量很大的零件，都可以一次直接成形。成形的方式：氣壓成形、液壓成形、體積成形、板材成形、管材成形、杯突成形、無模成形、無模拉拔等多種方式。其優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)性好，填充性好，需要設(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：需要一定的成形溫度和持續(xù)時(shí)間，對(duì)設(shè)備、模具潤(rùn)滑、材料保護(hù)等都有一定的特殊要求。1.壓力加工方面的應(yīng)用超塑性壓力加工：屬于粘性和不完全粘性加工，對(duì)形狀復(fù)雜或變形量1.壓力加工方面的應(yīng)用壓力加工的基本條件：溫度條件：整個(gè)變形過程中要保持坯料在最佳溫度范圍內(nèi)。變形速度：超塑合金的最佳變速范圍一般處于低速區(qū)。潤(rùn)滑：直接影響成形壓力、流動(dòng)性和填充性。工件毛坯的預(yù)處理：直接影響成形性能和成形后零件質(zhì)量。一般通過拉伸試驗(yàn)、金相觀察和硬度測(cè)試檢查。1.壓力加工方面的應(yīng)用壓力加工的基本條件：1.壓力加工方面的應(yīng)用以下針對(duì)氣壓成形作簡(jiǎn)要介紹：氣壓成形是在超塑條件下，將毛坯周邊壓緊，然后通過流體壓力使毛坯變薄而成形的一種成形工藝。它是最能體現(xiàn)超塑性成形全部特點(diǎn)的一種新工藝，也是超塑性加工中最有前途的工藝。與擠壓成形相似，氣壓成形不需要傳統(tǒng)脹形的高能量、高壓力。氣壓成形是自體變形，氣體壓力幾乎全部作用于金屬變形。由于超塑材料的變形應(yīng)力很小(Zn-22%Al的Qb-0.2kg/mm2)。使得成形壓力比傳統(tǒng)的成形壓力降低了2到3個(gè)數(shù)量級(jí)。即由傳統(tǒng)成形的幾千個(gè)、幾百個(gè)大氣壓，降低到幾十個(gè)、幾個(gè)大氣壓。而且可以一次進(jìn)行很大的變形，制成輪廓清晰、形狀復(fù)雜的零件。而且成形表面精致，幾乎與接觸模具具有同等的表面質(zhì)量。1.壓力加工方面的應(yīng)用以下針對(duì)氣壓成形作簡(jiǎn)要介紹：1.壓力加工方面的應(yīng)用氣壓成形過程中材料的變形可以分為三個(gè)階段：

第一階段:自由變形階段，用小壓力以獲得盡量均勻的壁厚。如下圖（a）至（b）所示（板材為矩形模板）圖（a）圖（b）1.壓力加工方面的應(yīng)用氣壓成形過程中材料的變形可以分為三個(gè)階1.壓力加工方面的應(yīng)用第二階段：與模具開始接觸階段，由于摩擦阻力，凡與模具接觸部分，幾乎不再參加變形，也盡量用小壓力低速變形。如下圖（c）所示第三階段：圓角凸出部分連續(xù)變形。即填充模具的細(xì)部，如圓角、溝槽等部分需最大壓力，以使局部填滿。如下圖（d）所示圖（c）圖（d）1.壓力加工方面的應(yīng)用第二階段：與模具開始接觸階段，由于摩擦1.壓力加工方面的應(yīng)用在氣壓成形時(shí)，由于材質(zhì)的變化和加工環(huán)境條件會(huì)引起材料局部縮減。主要原因：①半球成形時(shí)，由于邊底部分受到夾持，變形困難，而中間（圓頂）部分接近自由脹形，變形容易，因而引起局部縮減。②材料與模具接觸時(shí)間不同，由于摩擦阻力的原因，所以先接觸的部分變形困難，相對(duì)尺寸要厚，而最后成形的圓角溝槽等部分最容易形成局部縮減。變形過程中材料的變形狀況如上圖（a）-（d）所示。1.壓力加工方面的應(yīng)用在氣壓成形時(shí)，由于材質(zhì)的變化和加工環(huán)境發(fā)展方向：該技術(shù)在航空航天和汽車工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，但在成形過程中，由于周邊材料被模具壓緊不參與變形，零件面積增加完全由材料的變薄來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)分布不均勻造成了零件最終壁厚的明顯差異，即使對(duì)應(yīng)變速率敏感系數(shù)m值接近于1.0的高硬化材料也難以避免厚度分布明顯不均的問題，它直接關(guān)系零件能否滿足設(shè)計(jì)要求，因而是限制該工藝應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。如何改進(jìn)超塑性氣壓成形工藝方法，改善厚度分布，提高超塑成形零件的質(zhì)量就成為眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員普遍關(guān)注和研究的問題。1.壓力加工方面的應(yīng)用發(fā)展方向：該技術(shù)在航空航天和汽車工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，但1.壓力加工方面的應(yīng)用為改善這種不均勻的變形狀況，簡(jiǎn)要介紹一種用半球形觸頭預(yù)先接觸增加摩擦阻力的方法。如下圖所示（大禮帽形容器）材料用Zn-22%Al合金，加工溫度250oC，成形壓力為1.06kg/cm3。圖1-1用球形觸頭反向加壓的成形方法P>P01.壓力加工方面的應(yīng)用為改善這種不均勻的變形狀況，簡(jiǎn)要介紹一1.壓力加工方面的應(yīng)用其成形特點(diǎn)：預(yù)先加以反向壓力，使杯體最易在變形中減薄的杯頂部分先與觸頭接觸。由于摩擦阻力的原因，這部分在開始時(shí)相對(duì)變形量要小，而使周邊不易變形的部分首先加大變形，經(jīng)一定的變形量以后，再正向加壓，使之與模壁全部接觸，這樣就可以得到壁厚比較均勻的容器。1.壓力加工方面的應(yīng)用其成形特點(diǎn)：預(yù)先加以反向壓力，使杯體最2.熱處理方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用，例如用于鋼材的形變熱處理、等溫鍛造、滲炭、滲氮、滲金屬等方面；另外相變超塑性還可以有效的細(xì)化晶粒，改善材料品質(zhì)。1.應(yīng)用相變超塑性改善金屬材質(zhì)：在相變超塑性處理過程中，每一次通過相變點(diǎn)A1或A3的熱循環(huán)由于新相的形成，晶粒可以得到一次細(xì)化。多次以后可以得到極細(xì)的晶粒組織。純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼及鑄鐵都可以通過快速的循環(huán)加熱—冷卻方式來細(xì)化晶粒。2.熱處理方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用，2.熱處理方面的應(yīng)用2.相變超塑性在表面熱處理方面的應(yīng)用：滲碳鋼經(jīng)過循環(huán)加熱通過相變點(diǎn)A1或A3時(shí)，材料處于一種活化狀態(tài)，具有極大的擴(kuò)散能力，利用這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行表面化學(xué)熱處理，如滲碳、滲氮、碳氮共滲可以顯著的提高滲入效率，縮短滲透時(shí)間。圖1-2相變超塑性滲碳厚度與時(shí)間的關(guān)系曲線（在有外加應(yīng)力下施以熱循環(huán)）2.熱處理方面的應(yīng)用2.相變超塑性在表面熱處理方面的應(yīng)用：圖3.焊接方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為相變超塑性在焊接方面的應(yīng)用，利用其超塑狀態(tài)下金屬流動(dòng)特性和高擴(kuò)散能力進(jìn)行焊接。將兩塊金屬材料接觸，利用相變超塑性的原理，即施加很小的負(fù)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。稱之為相變超塑性焊接——TSY。其特點(diǎn)：加熱溫度低（在固相加熱），沒有一般熔化焊接的熱影響區(qū)，也沒有高壓焊接的大變形區(qū)，焊后可不經(jīng)熱處理或其他輔助加工，即可應(yīng)用。3.焊接方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為相變超塑性在焊接方面的應(yīng)用，利用3.焊接方面的應(yīng)用超塑性焊接所需控制的工藝條件：1.加熱溫度：根據(jù)相變點(diǎn)而定，上限一般超過相變點(diǎn)50—100oC，下限超過A1即可。2.加熱速度：為防止在加熱過程中發(fā)生蠕變變形，應(yīng)盡量采用快速加熱，一般為50—100oC/s。3.循環(huán)周期：一般為4—5次。4.施加壓力：很小，（1/10~1/30）бb。5.接觸表面：即材料焊接表面要求清潔，應(yīng)清除氧化物，可以填充抗氧化劑。3.焊接方面的應(yīng)用超塑性焊接所需控制的工藝條件：3.焊接方面的應(yīng)用幾種工藝條件的關(guān)系如圖1-3：圖1-3相變點(diǎn)的溫度與加熱和冷卻速度的關(guān)系相變超塑性用于不同管徑的鋼管焊接如下，大管徑與小管徑中間填充材料為炭粉或炭粉末加鐵粉的混合體，加熱溫度范圍?T=600-900oC，在一分鐘內(nèi)循環(huán)4-5次，壓力1-2kg/mm2，焊后無殘余應(yīng)力，得到牢固的結(jié)合。圖1-4相變超塑性焊接異形管件裝置圖3.焊接方面的應(yīng)用幾種工藝條件的關(guān)系如圖1-3：圖1-3相1.基于超塑性的縱多突出優(yōu)點(diǎn)，其在生產(chǎn)中的應(yīng)用必將廣闊。2.在航空航天上的應(yīng)用越來越廣，如利用SPF/DB復(fù)合工藝制造鈦合金和鋁合金的復(fù)雜板結(jié)構(gòu)件。3.在特殊材料上的應(yīng)用，如鎳基合金、陶瓷材料、金屬基復(fù)合材料的成形。三、應(yīng)用的前景和方向1.基于超塑性的縱多突出優(yōu)點(diǎn)，其在生產(chǎn)中的應(yīng)用必將廣闊。三、謝謝大家！謝謝大家！題目：超塑性的應(yīng)用主講：題目：超塑性的應(yīng)用主講：內(nèi)容目錄一、概述二、超塑性的應(yīng)用分類三、應(yīng)用的前景和方向四、參考文獻(xiàn)內(nèi)容目錄一、概述由于金屬及合金在超塑性狀態(tài)具有異常好的塑性和極低的流動(dòng)應(yīng)力，極大的活性和擴(kuò)散能力，對(duì)成形加工極為有利。并且對(duì)于形狀極為復(fù)雜或變形量很大的零件，應(yīng)用超塑性都可以一次成形。超塑性在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。一、概述由于金屬及合金在超塑性狀態(tài)具有異常好的塑性和極低的流動(dòng)應(yīng)力，二、超塑性的應(yīng)用分類根據(jù)應(yīng)用方向不同，主要包括：1.壓力加工方面的應(yīng)用2.熱處理方面的應(yīng)用3.焊接方面的應(yīng)用二、超塑性的應(yīng)用分類根據(jù)應(yīng)用方向不同，主要包括：超塑性壓力加工：屬于粘性和不完全粘性加工，對(duì)形狀復(fù)雜或變形量很大的零件，都可以一次直接成形。成形的方式：氣壓成形、液壓成形、體積成形、板材成形、管材成形、杯突成形、無模成形、無模拉拔等多種方式。其優(yōu)點(diǎn)：流動(dòng)性好，填充性好，需要設(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：需要一定的成形溫度和持續(xù)時(shí)間，對(duì)設(shè)備、模具潤(rùn)滑、材料保護(hù)等都有一定的特殊要求。1.壓力加工方面的應(yīng)用超塑性壓力加工：屬于粘性和不完全粘性加工，對(duì)形狀復(fù)雜或變形量1.壓力加工方面的應(yīng)用壓力加工的基本條件：溫度條件：整個(gè)變形過程中要保持坯料在最佳溫度范圍內(nèi)。變形速度：超塑合金的最佳變速范圍一般處于低速區(qū)。潤(rùn)滑：直接影響成形壓力、流動(dòng)性和填充性。工件毛坯的預(yù)處理：直接影響成形性能和成形后零件質(zhì)量。一般通過拉伸試驗(yàn)、金相觀察和硬度測(cè)試檢查。1.壓力加工方面的應(yīng)用壓力加工的基本條件：1.壓力加工方面的應(yīng)用以下針對(duì)氣壓成形作簡(jiǎn)要介紹：氣壓成形是在超塑條件下，將毛坯周邊壓緊，然后通過流體壓力使毛坯變薄而成形的一種成形工藝。它是最能體現(xiàn)超塑性成形全部特點(diǎn)的一種新工藝，也是超塑性加工中最有前途的工藝。與擠壓成形相似，氣壓成形不需要傳統(tǒng)脹形的高能量、高壓力。氣壓成形是自體變形，氣體壓力幾乎全部作用于金屬變形。由于超塑材料的變形應(yīng)力很小(Zn-22%Al的Qb-0.2kg/mm2)。使得成形壓力比傳統(tǒng)的成形壓力降低了2到3個(gè)數(shù)量級(jí)。即由傳統(tǒng)成形的幾千個(gè)、幾百個(gè)大氣壓，降低到幾十個(gè)、幾個(gè)大氣壓。而且可以一次進(jìn)行很大的變形，制成輪廓清晰、形狀復(fù)雜的零件。而且成形表面精致，幾乎與接觸模具具有同等的表面質(zhì)量。1.壓力加工方面的應(yīng)用以下針對(duì)氣壓成形作簡(jiǎn)要介紹：1.壓力加工方面的應(yīng)用氣壓成形過程中材料的變形可以分為三個(gè)階段：

第一階段:自由變形階段，用小壓力以獲得盡量均勻的壁厚。如下圖（a）至（b）所示（板材為矩形模板）圖（a）圖（b）1.壓力加工方面的應(yīng)用氣壓成形過程中材料的變形可以分為三個(gè)階1.壓力加工方面的應(yīng)用第二階段：與模具開始接觸階段，由于摩擦阻力，凡與模具接觸部分，幾乎不再參加變形，也盡量用小壓力低速變形。如下圖（c）所示第三階段：圓角凸出部分連續(xù)變形。即填充模具的細(xì)部，如圓角、溝槽等部分需最大壓力，以使局部填滿。如下圖（d）所示圖（c）圖（d）1.壓力加工方面的應(yīng)用第二階段：與模具開始接觸階段，由于摩擦1.壓力加工方面的應(yīng)用在氣壓成形時(shí)，由于材質(zhì)的變化和加工環(huán)境條件會(huì)引起材料局部縮減。主要原因：①半球成形時(shí)，由于邊底部分受到夾持，變形困難，而中間（圓頂）部分接近自由脹形，變形容易，因而引起局部縮減。②材料與模具接觸時(shí)間不同，由于摩擦阻力的原因，所以先接觸的部分變形困難，相對(duì)尺寸要厚，而最后成形的圓角溝槽等部分最容易形成局部縮減。變形過程中材料的變形狀況如上圖（a）-（d）所示。1.壓力加工方面的應(yīng)用在氣壓成形時(shí)，由于材質(zhì)的變化和加工環(huán)境發(fā)展方向：該技術(shù)在航空航天和汽車工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，但在成形過程中，由于周邊材料被模具壓緊不參與變形，零件面積增加完全由材料的變薄來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)分布不均勻造成了零件最終壁厚的明顯差異，即使對(duì)應(yīng)變速率敏感系數(shù)m值接近于1.0的高硬化材料也難以避免厚度分布明顯不均的問題，它直接關(guān)系零件能否滿足設(shè)計(jì)要求，因而是限制該工藝應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。如何改進(jìn)超塑性氣壓成形工藝方法，改善厚度分布，提高超塑成形零件的質(zhì)量就成為眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員普遍關(guān)注和研究的問題。1.壓力加工方面的應(yīng)用發(fā)展方向：該技術(shù)在航空航天和汽車工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，但1.壓力加工方面的應(yīng)用為改善這種不均勻的變形狀況，簡(jiǎn)要介紹一種用半球形觸頭預(yù)先接觸增加摩擦阻力的方法。如下圖所示（大禮帽形容器）材料用Zn-22%Al合金，加工溫度250oC，成形壓力為1.06kg/cm3。圖1-1用球形觸頭反向加壓的成形方法P>P01.壓力加工方面的應(yīng)用為改善這種不均勻的變形狀況，簡(jiǎn)要介紹一1.壓力加工方面的應(yīng)用其成形特點(diǎn)：預(yù)先加以反向壓力，使杯體最易在變形中減薄的杯頂部分先與觸頭接觸。由于摩擦阻力的原因，這部分在開始時(shí)相對(duì)變形量要小，而使周邊不易變形的部分首先加大變形，經(jīng)一定的變形量以后，再正向加壓，使之與模壁全部接觸，這樣就可以得到壁厚比較均勻的容器。1.壓力加工方面的應(yīng)用其成形特點(diǎn)：預(yù)先加以反向壓力，使杯體最2.熱處理方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用，例如用于鋼材的形變熱處理、等溫鍛造、滲炭、滲氮、滲金屬等方面；另外相變超塑性還可以有效的細(xì)化晶粒，改善材料品質(zhì)。1.應(yīng)用相變超塑性改善金屬材質(zhì)：在相變超塑性處理過程中，每一次通過相變點(diǎn)A1或A3的熱循環(huán)由于新相的形成，晶?？梢缘玫揭淮渭?xì)化。多次以后可以得到極細(xì)的晶粒組織。純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼及鑄鐵都可以通過快速的循環(huán)加熱—冷卻方式來細(xì)化晶粒。2.熱處理方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用，2.熱處理方面的應(yīng)用2.相變超塑性在表面熱處理方面的應(yīng)用：滲碳鋼經(jīng)過循環(huán)加熱通過相變點(diǎn)A1或A3時(shí)，材料處于一種活化狀態(tài)，具有極大的擴(kuò)散能力，利用這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行表面化學(xué)熱處理，如滲碳、滲氮、碳氮共滲可以顯著的提高滲入效率，縮短滲透時(shí)間。圖1-2相變超塑性滲碳厚度與時(shí)間的關(guān)系曲線（在有外加應(yīng)力下施以熱循環(huán)）2.熱處理方面的應(yīng)用2.相變超塑性在表面熱處理方面的應(yīng)用：圖3.焊接方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為相變超塑性在焊接方面的應(yīng)用，利用其超塑狀態(tài)下金屬流動(dòng)特性和高擴(kuò)散能力進(jìn)行焊接。將兩塊金屬材料接觸，利用相變超塑性的原理，即施加很小的負(fù)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。稱之為相變超塑性焊接——TSY。其特點(diǎn)：加熱溫度低（在固相加熱），沒有一般熔