超塑性现象

1.1超塑性的概念超塑性是指材料在特定条件下，表现出异常高的塑性而不产生缩颈与断裂的现象。

但至今还没有从物理本质上确实切定义。

有的以拉伸试验的延伸率来定义，认为 >200%即为超塑性；有的以应变速率敏感性指数m来定义，认为m>0.3，即为超塑性；还有的认为抗颈缩能力大，即为超塑性。

1.2超塑性的分类根据目前世界上各国学者研究的成果，按照实现超塑性的条件〔组织，温度，应力状态等〕可将超塑性分为三类：1.微晶组织超塑性〔即恒温超塑性或构造超塑性〕一般所指超塑性多属这类，它是国内外研究最多的一种。

当材料是微细的等轴晶粒组织，间距为0.5一5μm，温度大于该材料熔点温度的一半，应变速度为10-4一10-1/s之间时，材料拉伸断裂将呈现超塑性变形的能力。

2.相变超塑性〔变温超塑性或动态超塑性〕将材料在相变温度附近进展热循环，利用相变过程，每一次热循环奉献一小的应变，从而在屡次热循环过程中获得大的延伸率。

3.内应力超塑性和相变超塑性一样进展热循环，利用材料的热膨胀系数的差异产生内应力，内应将有助于基体的塑性流动，从而使材料获得超塑性。

1.3超塑性的特点金属塑性成形时宏观变形有几个特点:大延伸、无缩颈、小应力、易成形。

〔1〕大变形：超塑性材料在单向时延伸率极高，有的可以到8000%说明超塑性材料在变形稳定性方面要比普通材料好很多。

这样使材料的成形性能大大改善，可以使许多形状复杂，一般难以成形的材料变形成为可能。

〔2〕无紧缩：超塑性材料的变形类似于粘性物质的流动，没有〔或很小〕应变硬化效应，但对应变速率敏感，当变形速度增大，材料会强化。

因此，超塑性材料变形时初期有紧缩形成，但由于紧缩部位变形速度增大而发生局部强化，而其余未强化局部继续变形，这样使紧缩传播出去，结果获得巨大的宏观均匀变形。

超塑性的无紧缩是指宏观上的变形结果，并非真的没有紧缩。

〔3〕小应力：超塑性材料在变形过程中，变形抗力可以很小，因为它具有粘性或半粘性流动的特点。

金属材料的超塑性行为分析金属材料是一种重要的工程材料，广泛应用于制造业。

在某些条件下，金属材料表现出了超塑性行为，即在高温和大应变速率下具有显著的塑性变形能力。

超塑性行为不仅使金属材料能够制备出高精度的零部件，还能提高材料的工艺性能和延展性。

本文将对金属材料的超塑性行为进行分析和探讨。

一、超塑性的定义和特征超塑性是指某些材料在高温和高应变速率下能够实现显著的塑性变形。

与常规塑性变形不同，超塑性变形是在材料达到高应力状态下才开始发生的。

其特征包括晶粒滑移、晶界滑动和晶粒形变。

超塑性材料通常具有细小的晶粒尺寸和特殊的晶界结构，这使得它们能够实现高应变速率下的变形。

二、超塑性行为的机理超塑性行为的机理主要包括晶界滑移和晶界扩散。

晶界滑移是超塑性行为的重要因素之一。

在高温下，晶界处的位错运动能够促进材料的塑性变形。

此外，晶界扩散也是实现超塑性的关键因素。

高温下的晶界扩散能够提供塑性形变所需的能量，从而使材料变得更加柔软和延展。

三、超塑性行为的影响因素超塑性行为受多种因素的影响，包括温度、应变速率、晶粒尺寸和合金成分等。

通常情况下，超塑性材料需要在高温下进行加工。

随着温度的升高，金属材料的塑性增加，更容易发生超塑性变形。

而应变速率的增大也会促进超塑性行为的发生，但过大的应变速率可能导致材料的破坏。

此外，具有细小晶粒尺寸的材料更容易发生超塑性变形，并且合金成分对超塑性行为也有较大的影响。

四、超塑性行为的应用超塑性材料因其优异的塑性变形能力，在航空航天、汽车制造和电子设备等行业得到了广泛的应用。

在航空航天领域，超塑性材料制备的零部件具有更高的精度和可靠性，能够提高飞机的性能和安全性。

在汽车制造领域，超塑性材料的应用能够减轻车身质量，提高燃油效率和环保性。

在电子设备领域，超塑性材料具有良好的导电性和热导性，能够满足高性能电子产品的需求。

总结通过对金属材料的超塑性行为进行分析，我们了解到超塑性是一种重要的材料塑性变形方式，拥有广泛的应用前景。

对超塑性成型的认识超塑性的简介及发展历史一.（如晶粒尺寸及形状、条件啊超塑性是指材料在一定的内部（组织），呈现出异常低如温度、应变速率等)环境)条件下()相变等和外部(超塑性的特)的现象。

异常高的流变性能(如大的延伸率的流变抗力、易成形。

点有大延伸率，无缩颈（小缩颈），小应力，超塑性是一种奇特超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。

倍甚至上百2010倍、的现象。

具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长倍，既不出现缩颈，也不会断裂。

金属的超塑性现象，是英国物理学年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适1982家森金斯在变得像软糖一样柔软，当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超而应变速度10 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。

一倍，然而这些材料的强度太低，不19.5根铋锡棒可以拉伸到原长的能制造机器零件，所以并没有引起人们的重视。

年代以后，研究者发现许多有实用价值的锌、铝、铜合金中 60美国和西欧一些国家对超塑性理论和加于是前苏联、也具有超塑性，面对极难变形的钛合金和高温合工发生了兴趣。

特别在航空航天上，而利用超塑性加工却获得了金，普通的锻造和轧制等工艺很难成形，1 / 8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。

超塑加工具有很大的实用价值，只要很小的压力就能获得形状非常复杂的制作。

超塑性成形的原理及应用1. 超塑性成形的定义超塑性成形是一种金属加工方法，通过在高温下施加压力使金属材料具有超塑性，从而实现复杂形状的制造。

2. 超塑性成形的原理超塑性成形的原理主要涉及金属材料的微观结构和形变机制。

2.1 微观结构超塑性材料具有特殊的微观结构，通常是由细小的晶粒和高温下的晶界扩散组成。

这种微观结构使得金属材料在高温下容易发生塑性变形。

2.2 形变机制超塑性成形主要通过两种形变机制实现：•滑移机制：材料的晶粒沿着晶界滑移，形成细长的晶粒。

这种滑移机制使得材料在高温下能够发生较大的塑性变形。

•胀裂机制：在高温下，材料变形时会在晶界产生小裂纹，然后通过扩散修复这些裂纹，完成塑性变形。

3. 超塑性成形的应用超塑性成形在许多工业领域都有广泛的应用，下面列举其中几个典型的应用。

3.1 航空航天工业超塑性成形在航空航天工业中被广泛应用于制造复杂形状的航空零部件，如发动机叶片、导向器等。

超塑性成形技术能够实现复杂曲率的制造，提高零部件的性能和寿命。

3.2 汽车工业超塑性成形在汽车工业中被应用于制造汽车外壳和车身构件。

由于超塑性成形能够实现复杂曲面的成形，可以有效减少焊接接头和减轻车身重量，从而提高汽车的燃油效率和安全性能。

3.3 石油化工工业超塑性成形在石油化工工业中常用于制造反应器、换热器和塔器等设备。

超塑性成形技术能够制造出更大尺寸的设备，降低焊接接头的数量和风险，提高设备的可靠性和安全性。

3.4 电子工业超塑性成形在电子工业中被应用于制造微型零部件，如手机外壳、导电网格等。

超塑性成形技术能够制造出更细小、复杂的零部件，满足电子产品越来越小型化、轻量化和高性能化的需求。

4. 超塑性成形的优点和挑战超塑性成形具有以下优点： - 可以制造出复杂形状的零部件，减少后续加工工序； - 可以提高材料的力学性能和耐腐蚀性能； - 可以减少材料的残余应力。

然而，超塑性成形也面临一些挑战： - 高温下的材料处理复杂，需要精确控制温度和应力； - 高温下的工艺条件对设备要求较高； - 需要选择合适的超塑性材料。

金属超塑性成形工艺及其发展超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件（如晶粒形状及尺寸，相变等）和外部（环境）条件下（如温度、应变速率等），呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能（例如大的延伸率）的现象。

超塑性现象最早的报道是在1920年，ROSENHAIN等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可以弯曲近180º。

1934年，C.P.PEARSON发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉伸时可以得到2000％的延伸率。

但是由于第二次世界大战，这方面的研究设有进行下去。

1945年A.A.BOCHV AR等发现Zn-Al共析合金具有异常高的延伸率并提出“超塑性”这一名词。

1964年，W.A.BACKOFEN对Zn-Al合金进行了系统的研究，并提出了应变速率敏感性指数m值这个新概念，为超塑性研究奠定了基础。

金属超塑性可以分为几类，主要是以下两种：①细晶超塑性（又称组织超塑性或恒温超塑性），其内在条件是具有稳定的等轴细晶组织，外在条件是每种超塑性材料应在特定的温度及速率下变形；②相变超塑性（又称环境超塑性），是指在材料相变点上下进行温度循环的同时对试样加载，事次循环中试样得到累积的大变形。

目前研究和应用最事的超塑性现象属于前者。

从60年代起，各国学者在超塑性材料学、力学、机理、成形学等方面进行了大量的研究并初步形成了比较完整的理论体系。

超塑性既是一门科学，一又是一种工艺技术。

利用它可以在小吨位设备上实现形状复杂、其他塑性加工工艺难以或不能进行的零件的精密成形。

在超塑性材料学方面，上述经典的超塑性理论对于“超塑性材料”规定的“均匀、稳定、等轴、细晶”的苛刻条件对超塑性的应用有很大的限制。

人们从为数甚少的“天然”超塑性材料（例如Pb-Sn及Zn-Al合金等）开始，进而研制“专门”的超塑性材料（例如Al-Cu-Zr合金等），其应用范围很小。

70年代起人们注意开发工业牌号合金的超塑性、基于上述组织条件，在超塑性变形或成形前要对材料进行细化晶粒的预处理，包括热处理和形变热处理，有些处理工艺相当繁杂，消耗了能源、人力和材料。

材料的超塑性及其变形机理专业：材料工程学号：2012177姓名：孙宇材料的超塑性及其变形机理1.材料超塑性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、20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1928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。

超塑性材料是指：具有相对细小的晶粒（20微米-30纳米）的金属、陶瓷等，其晶粒分布可以是均匀或不均匀的，且晶粒或相的形状、尺寸或取向具有各向异性或各相同性。

2.超塑性及其宏观变形特征通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的伸长率而不产生缩δ100％时，即可称为超塑性。

实际上，有的超塑材颈与断裂现象。

当伸长率≥料其伸长率可达到百分之几百，甚至达到百分之几千，如在超塑拉伸条件下Sn-Bi 共晶合金可获得1950％的伸长率，Zn-AI共晶合金的伸长率可达3200％以上。

也有人用应变速率敏感性指数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。

金属材料在超塑性状态下的宏观变形特征，可用大变形、小应力、无缩颈、易成形等来描述。

1) 大变形超塑性材料在单向拉伸时伸长率占极高，目前已有占达8000％以上的报道。

超塑性材料塑性变形的稳定性、均匀性要比普通材料好得多，这就使材料成形性能大为改善，可以使许多形状复杂，难以成形构件的一次成形变为可能。

2) 小应力材料在超塑性变形过程中的变形抗力很小，它往往具有粘性或半粘性流动的特点，在最佳超塑变形条件下，超塑流变应力σ通常是常规变形的几分之一乃至几十分之一。

例如，Zn-22％Al合金在超塑变形时的流动应力不超过2MPa，钛合金板料超塑成形时，其流动应力也只有几十兆帕甚至几兆帕。

材料的超塑性及其变形机理专业：材料工程学号：2012177姓名：孙宇材料的超塑性及其变形机理1.材料超塑性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、20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1928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。

超塑性材料是指：具有相对细小的晶粒（20微米-30纳米）的金属、陶瓷等，其晶粒分布可以是均匀或不均匀的，且晶粒或相的形状、尺寸或取向具有各向异性或各相同性。

2.超塑性及其宏观变形特征通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的伸长率而不产生缩δ100％时，即可称为超塑性。

实际上，有的超塑材颈与断裂现象。

当伸长率≥料其伸长率可达到百分之几百，甚至达到百分之几千，如在超塑拉伸条件下Sn-Bi 共晶合金可获得1950％的伸长率，Zn-AI共晶合金的伸长率可达3200％以上。

也有人用应变速率敏感性指数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。

金属材料在超塑性状态下的宏观变形特征，可用大变形、小应力、无缩颈、易成形等来描述。

1) 大变形超塑性材料在单向拉伸时伸长率占极高，目前已有占达8000％以上的报道。

超塑性材料塑性变形的稳定性、均匀性要比普通材料好得多，这就使材料成形性能大为改善，可以使许多形状复杂，难以成形构件的一次成形变为可能。

2) 小应力材料在超塑性变形过程中的变形抗力很小，它往往具有粘性或半粘性流动的特点，在最佳超塑变形条件下，超塑流变应力σ通常是常规变形的几分之一乃至几十分之一。

例如，Zn-22％Al合金在超塑变形时的流动应力不超过2MPa，钛合金板料超塑成形时，其流动应力也只有几十兆帕甚至几兆帕。

焊接材料的超塑性行为分析与优化引言：焊接是一种常见的金属加工方法，它通过熔化金属材料并使其冷却形成连接，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。

然而，焊接过程中产生的应力和变形问题一直是制约焊接质量和可靠性的重要因素。

为了解决这一问题，研究人员开始关注焊接材料的超塑性行为，并通过分析和优化来提高焊接质量。

一、焊接材料的超塑性行为分析焊接材料的超塑性行为是指在高温下，金属材料具有较高的塑性变形能力。

这种超塑性行为可以通过应变速率敏感性系数（m值）来描述，m值越大，材料的超塑性能力越好。

研究人员通过实验和模拟方法来分析焊接材料的超塑性行为。

实验方面，研究人员可以通过拉伸实验、压缩实验等方法来测量焊接材料的塑性变形能力。

通过改变实验条件，如温度、应变速率等，研究人员可以得到焊接材料的应变速率敏感性系数。

此外，还可以通过显微组织观察和力学性能测试来分析焊接材料的超塑性行为。

模拟方面，研究人员可以利用有限元方法来模拟焊接材料的超塑性行为。

通过建立材料的本构模型和应变硬化模型，研究人员可以预测焊接过程中的应力和变形情况。

此外，还可以通过模拟不同焊接参数对焊接材料超塑性行为的影响，进一步优化焊接工艺。

二、焊接材料超塑性行为的优化为了提高焊接材料的超塑性行为，研究人员可以通过以下几个方面进行优化。

1. 材料选择：选择具有良好超塑性行为的焊接材料是提高焊接质量的关键。

研究人员可以通过实验和模拟方法来评估不同材料的超塑性能力，并选择最合适的材料进行焊接。

2. 焊接参数优化：焊接参数对焊接材料的超塑性行为有着重要影响。

研究人员可以通过实验和模拟方法来优化焊接参数，如温度、应变速率等，以提高焊接材料的超塑性能力。

3. 焊接工艺改进：改进焊接工艺也是提高焊接材料超塑性行为的重要手段。

研究人员可以通过改变焊接方式、预热温度等来减少焊接过程中的应力和变形，从而提高焊接质量。

结论：焊接材料的超塑性行为分析与优化是提高焊接质量和可靠性的重要研究方向。

对超塑性成型的认识一.超塑性的简介及发展历史超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件啊（如晶粒尺寸及形状、相变等)和外部(环境)条件下(如温度、应变速率等)，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能(如大的延伸率)的现象。

超塑性的特点有大延伸率，无缩颈（小缩颈），小应力，易成形。

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、20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。

超塑加工具有很大的实用价值，只要很小的压力就能获得形状非常复杂的制作。