淺談自己對超塑性認識

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1、淺談自己對于超塑性的理解這學期新選修了《特種精密成型工藝》這門課程，當時就很好奇什么是特種成型工藝？這些工藝技術“特種”在什么地方？相比于其他成型工藝，這些工藝“特種”在什么地方？隨著新學期的開始，課程也就開始了，也慢慢的解決了自己心中的疑問！首先學到的就是超塑性成型工藝。對于超塑性成型工藝，除了上課老師講解的，課下我也從網上和其他書中做了許多了解，對超塑性這種工藝技術，有了一個框架。超塑性成型工藝，使得塑性成形工藝更加省力，更加有效率，經濟性更強，它的存在有很重要的意義！一、超塑性技術的發(fā)展金屬材料的超塑性是指金屬在特

2、定條件(晶粒細化、極低的變形速度及等溫變形)下，具有更大的塑性。如低碳鋼拉伸時延伸率只有30~40%，塑性好的有色金屬也只有60~70%，但超塑性狀態(tài)。一般認為塑性差的金屬延伸率在100~200%范圍內，塑性好的金屬延伸率在500~2000%范圍內。早在1920年，德國W.Rosenhain等人將冷軋后的Zn-Al-Cu三元共晶金的鋁板慢速彎曲的時候，發(fā)現這種脆性材料被彎成180°而未出現裂紋，它和普通晶體材料大不相同。他們推斷這種負荷速度有密切依賴關系的異常現象，可能是由于加工產生了非晶質。1934年，英國C.E.pe

3、arson初次對共晶合金的異常彎曲進行了詳細研究。這種合金的擠壓材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson將其緩慢拉伸，得到了伸長率為2000%的試樣。很奇怪的是這種慢速大延伸的金屬，在落地實驗中呈脆性斷裂，這是一個更大的發(fā)現，在當時雖然引起了一部分人的強烈反響，但在第二次世界大戰(zhàn)的卻被擱置了。第二次世界大戰(zhàn)后，前蘇聯科學家對金屬的異常延伸現象進行了系統(tǒng)研究，用Zn-Al共析合金在高溫拉伸試驗中得到異常的伸長率，并應用于“超塑性”這個詞匯。1962年，美國E.E.Underwood發(fā)表了一篇評論解說性文章，從冶金學的

4、角度分析了實現超塑性成形的可能性、條件及基本原理。人們評價這篇文章是超塑性研究的總結。從此超塑性研究引起了人們越來越多的重視。目前，在我國的超塑性研究領域中，已形成了開發(fā)、應用以鋁合金、鈦合金、銅合金為代表的結構合金超塑性材料的熱潮，主要進行了三方面的工作：①研究結構合金獲得超塑性的途徑；②探索結構合金超塑性成形工藝規(guī)范；③解決成形工藝關鍵，并進入工藝實用，其中很大部分曾在航空航天、儀表、電子、輕工、機械、鐵路等各個領域內得到了有效的應用。二、超塑性的形成機理關于超塑性變形機理目前尚無統(tǒng)一的認識。有人認為在超塑性變形過程

5、中，起支配作用的變形機理是晶界滑移；也有人認為，擴散蠕變機理的作用很大；還有人認為，在超塑性變形過程中，伴隨有動態(tài)回復和動態(tài)再結晶。由于超塑性變形過程中，晶粒的大小和形狀都沒有顯著的變化，大量的變形來自晶間滑移，但同時，晶間滑移不可能作為獨立的變形機理，還必須有其他的變形機理來相互協(xié)調配合。擴散蠕變機理是在應力場的作用下原子（或空位）發(fā)生定向轉移，引起物質的遷移和晶體的塑性變形；但若此過程單獨地進行，必然會引起晶粒沿外力方向伸長，而這與超塑性變形中晶粒仍基本保持等軸狀也是相矛盾的。動態(tài)再結晶雖然能解釋超塑性變形中等軸晶粒

6、的形成，但是，在通常的熱塑性變形過程中亦有發(fā)生再結晶，卻不能獲得像超塑性變形那樣的大伸長率、低流動應力和表現出對應變速率的高敏感性。所有這些都說明，沒有哪一個理論能過完滿地解釋各種金屬材料中所發(fā)生的超塑性變形現象。事實上，超塑性變形機理比常規(guī)塑性變形機理更為復雜，它包括晶界的滑移和晶粒的轉動、擴散蠕變、位錯的運動、在特殊情況下還有再結晶等，不可能是單一的變形機理，而是幾個機理是綜合作用；而且，在不同情況下，可能有不同的機理起著主導作用。三、超塑性成形特點根據超塑性成形的宏觀變形特性，可用大變形、無縮頸、小應力、易成形來描

7、述超塑性成形特點。1、大變形超塑性材料在單向拉伸時延伸率極高。很多超塑性材料在單向拉伸條件想伸長率可以達到1000%以上，鋁青銅的伸長率最高可達8000%以上，代表了金屬材料的最高伸長率。2、無縮頸超塑性材料在單向拉伸條件下不像常規(guī)塑性材料那樣表現出明顯的縮頸行為，卻類似于粘性物質的流動，變形在整個試樣上均勻地產生，沒有（或很?。冇不@也是能夠實現大延伸的原因所在。3、小應力超塑性材料在變形過程中，變形抗力可以很小，因為它具有粘性或半粘性流動的特點。變形抗力可以低到10MPa的量級，便于實現甚至像吹塑這樣的低壓

8、力成形，而且基本上沒有加工硬化行為。易成形由于超塑性具有以上特點，而且變形過程基本上沒或只有很小的應變硬化現象，所以超塑合金易于壓力加工，流動性和填充性極好，可用多種方式進行成形，而且產品質量可大大提高。四、超塑性的變形的工藝環(huán)境超塑性變形的工藝環(huán)境主要有二條：其一為變形溫度，超塑性變形一般要求材料的溫度保持在Tc≥