《超塑性合金》PPT课件

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1、第八章超塑性合金出现背景高强度材料可以满足一些耐受性要求较高的部件制造，但加工难度相应也增大了。长期以来，人们一直希望能够很容易地对高强度材料进行塑性加工成型，成型以后，又能像钢铁一样坚固耐用。随着超塑性合金的出现，这种想象成为了现实。超塑性现象的定义１９２８年英国物理学家森金斯下了一个定义：凡金属在适当的温度下变得像软糖一样柔软，而且其应变速度为每秒１０毫米时产生３００％以上的延伸率，均属超塑性现象。１９４５年苏联包奇瓦尔等针对这一现象提出了“超塑性”这一术语，并在许许多多有色金属共晶体及共析体合金中，发现了不少的延展性特别显著的特异现象。７０年代的初期，全世界都在追寻金属的

2、超塑性，并已发现１７０多种合金材料具有超塑性。在通常情况下，金属的延伸率不超过９０％，而超塑性材料的最大延伸率可高达１０００％～２０００％，个别的达到６０００％。金属只有在特定条件下才显示出超塑性。在一定的变形温度范围内进行低速加工时可能出现超塑性。产生超塑性的合金，晶粒一般为微细晶粒，这种超塑性叫作微晶超塑性。有些金属受热达到某个温度区域时，会出现一些异常的变化，若使这种金属在内部结构发生变化的温度范围上下波动，同时又对金属施力，就会使金属呈现相变超塑性。超塑性合金的定义超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。超塑性是一种奇特的现象。具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、2

3、0倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。金属的超塑性现象，是英国物理学家森金斯在1982年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。最初发展的超塑性合金是一种简单的合金，如锡铅、铋锡等。一根铋锡棒可以拉伸到原长的19.5倍，然而这些材料的强度太低，不能制造机器零件，所以并没有引起人们的重视。60年代以后，研究者发现许多有实用价值的锌、铝、铜合金中也具有超塑性，于是前苏联、美国和西欧一些国家对超塑性理论和加工发生了兴趣。特别在航空航天上，面对极难变形的

4、钛合金和高温合金，普通的锻造和轧制等工艺很难成形，而利用超塑性加工却获得了成功。到了70年代，各种材料的超塑性成型已发展成流行的新工艺。现在超塑性合金已有一个长长的清单，最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有10～15个牌号，它们的延伸率在200～2000％之间。如铝锌共晶合金为1000％，铝铜共晶合金为1150％，纯铝高达6000％，碳和不锈钢在150～800％之间，钛合金在450～1000％之间。实现超塑性的主要条件实现超塑性的主要条件是一定的变形温度和低的应变速率，这时合金本身还要具有极为细小的等轴晶粒（直径五微米以下），这种超塑性称为超细晶粒超塑性。还有一些钢，在一定的温度下

5、组织中的相发生转变，在相变点附近加工也能完成超塑性，称为相变超塑性。一般将金属的超塑性分为两大类：(1)结构超塑性。这类超塑性的特点是首先要使金属材料具有晶粒尺寸为5μm以下的稳定的超细晶粒结构，然后在一定的变形温度(≥0．5T熔)、变形速度(应变速率为1×10-1～10-4s-1)下拉伸时，其延伸率即可达到200%～2000%。(2)动态超塑性。这类超塑性不要求金属具有超细晶粒，但要求金属具有相变或同素异形转变；在载荷作用下，将金属在相变或同素异形转变温度附近反复加热冷却，经过一定次数循环后，即可获得很高的延伸率，因此也称为相变超塑性或环境超塑性。结构超塑性的特点：结构超塑性

6、的变形力学特点可归纳为大延伸、无缩颈、低应力和易成形。(1)大延伸超塑性金属的特点之一是宏观均匀变形能力极好，抗局部变形能力极大，或者说对缩颈的传播能力很强。拉伸试验的断面收缩率接近100%，延伸率可达百分之几百，甚至达百分之二干。(2)无缩颈。超塑性材料的无缩颈是指断口部位的断面收缩率ψ几乎可达100%。这说明缩颈部位存在应变速率硬化效应，即缩颈部位由于应变速率高而出现了强化，其余未强化的部位继续变形，而使缩颈向外传播，因之可获得特别大的宏观均匀变形。(3)低应力。超塑性材料变形过程中的流变抗力很低，只有非超塑性状态下的几分之一或十几分之一，甚至几十分之一。(4)易成形。超塑

7、性变形过程中，基本没有或只有微弱的加工硬化现象。超塑性金属材料的流动性、填充性均极佳，易于进行多种形式的塑性成形，例如，体积成形、板材和管材的气压成形、无模拉丝、无模成形等等，这为金属塑性成形技术开辟了一条新途径。在微观组织结构上，超塑性变形与一般塑性变形也有很大差别。如从表象上看，超塑性金属变形后，试样表面平滑、无起皱、凹陷、微裂及滑移痕迹等。金相组织上，变形前的等轴细晶粒超塑性变形后，仍然为等轴晶粒，看不到晶粒被拉长。变形前的柱状晶粒经超塑性变形后变成等轴晶粒，原来具有的带状组织也能在变