课件：材料加工与成型.pptxVIP

黄光胜;3.4 超塑性及其成形; 半个多世纪来，在金属变形的研究中，有人发现某些金属在一定条件下具有大大超过一般塑性的特异性能，这些具有超塑性的金属，其延伸率可超过百分之百，甚至百分之几千也不会产生缩颈现象，同时变形抗力很小。 关于超塑性的定义，目前尚未有一个严格确切的描述。通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的延伸率而不产生缩颈与断裂现象。当延伸率大于100%时，即可称为超塑性。 也有人用应变速率敏感指数m值来定义超塑性，当材料的m值大于0.3时，材料即具有超塑性。 ; 　m值的物理意义: 在试样拉伸变形区某一局部产生颈缩时，其应变速率增加; 当材料m值较大时，为使颈缩扩展，就需要更大的应力，从而使变形向其他地方转移，因而拉伸试样呈现近似均匀的伸长变形。 m值是材料参数，它还与材料显微组织的变化如拉伸中晶粒粗化的程度和m值对晶粒度的敏感程度等有关。;超塑性的特点;超塑性分类;t /℃;这类超塑性不要求材料有超细晶粒，而是在一定的温度和负荷条件下，经过反复的循环相交或同素异形转变而获得很大的延伸率。其必要条件是应具有固态相变的特性，并在外载荷作用下，在相变温度上下循环加热与冷却，这样就能诱发产生反复的组织结构变化，使金属原子发生剧烈运动而呈现超塑性。 例如碳素钢和低合金钢，加一定的负荷，同时于A1温度上下施以反复的一定范围的加热和冷却，每一次循环发生?←→?的两次转变， 可以得到二次跳跃式的均匀延伸，这样多次的循环即可得到累积的大延伸。 相变超塑性不要求微细等轴晶粒，但是要求变形温度频繁变化，给实际应用带来困难，故实用上受到限制。 ;3　其它超塑性;3.4.2　超塑性变形的组织特征;晶粒的滑动和转动 　 晶粒的滑动和转动在超塑性变形时是经常发生的，通过这些运动可以使拉伸试样得到极大的延伸。晶粒在滑动和转动过程中其尺寸和形状会有所变化，但仍会保持接近1的等轴比。晶粒的滑动和转动并非刚性运动，因为超塑性变形类似物质的粘滞性流动。在超塑性变形条件下晶界强度低于晶内强度，所以变形主要表现为晶界滑动行为，实质是晶界位错运动。 　　一般认为，晶粒转动是无规则的，主要是适应变形需要而产生的，晶粒转动也是晶界滑动作用的表现形式。 ;孔洞和断裂 　　 孔洞是合金超塑性拉伸变形中很重要的组织特征，虽然不能说所有合金超塑性拉伸断裂都是由孔洞造成的，但可以说大多数合金拉断是孔洞的连接引起的。孔洞住住产生于晶界、三角晶界、或第二相粒子处，后者是因为高温下合金中的第二相有比基体高得多的强度（硬度），当晶界滑动时界面上的粒子不会发生协调变形而产生孔洞。 　超塑材料的典型特点之一是其对孔洞产生和孔洞连接的高阻力。孔洞形态明显依赖于应变速率。;3.4.3　超塑性变形机理; 这些复合机制的变形理论虽然也有某些实验事实的支持，但也都各有其局限性。就超塑性变形理论的现状而言，通过几十年特别是最近二十年的探索，至少对下面两个问题的看法基本上趋于一致： 1）超塑性变形主要是一种包括晶界滑动和晶界迁移在内的晶界行为，是多种机制综合作用的结果。 　 2）在S形曲线的II区，变形以晶界滑动为主，这种晶界滑动既受空位扩散机制的调节，又受位错运动的调节；随着应变速率的降低（在I、II区之间的过渡带和I区），空位扩散机制的作用增强；随着应变速率的提高（在III、II区的过波带和Ill区），位错运动机制的作用增强。 ;;Experimental material;Result;3.4.4　超塑性在塑性加工工程中的应用; 超塑成形出的尾翼尺寸符合设什要求，无表面缺陷，且成形后尾翼因晶粒细化使其综合力学性能高于坯料的性能，材料利用率从原工艺的10％提高到66％，单件加工工时从5.7h减少为1.9h。; 图为超塑挤压成形的自带铆钉式保持架，结构比较简单，过梁的头部带有铆接头。挤压成形时，先挤出柱型过梁，然后通过车内、外台阶形成异型铆接头，或在过梁上直接成形出铆接头。压盖铆接孔的形状可由挤压压头的头部形状来成形。这样就可以使本体和压盖直接铆接，省掉铆钉，并省去了在过梁上加工铆钉孔，使加工工序大为简化。;模锻是利用模具使坯料产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的锻造方法。在成形过程中使坯料处于超塑性状态的模锻称为超塑性模锻。 超塑性模锻是近年来发展起来的一种少无切削和精密的锻造新工艺，它利用材料的超塑性得到形状复杂及尺寸较精确的锻件。超塑性模锻目前主要用于钛合金和高温合金的成形，因为这类合金流变抗力高，可塑性低，具有不均匀变形所引起力学性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成本高昂。 高温合金和钛合金超塑性模锻工艺过程如下：首先将合金在接近再结晶温度下进