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第6章超塑性及超塑变形机理6.1超塑性的概念6．1．1超塑性及其宏观变形特征关于超塑性的定义，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，表现出异常高的伸长率而不产生缩颈与断裂现象。
当伸长率δ100％时，即可称为超塑性。
实际上，有的超塑材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。
超塑性的产生首先取决于材料的内在条件，如化学成分、晶体结构、显微组织(包括晶粒大小、形状及分布等)及是否具有固态相变(包括同素异晶转变，有序-无序转变及固溶-脱溶变化等)能力。
在上述内在条件满足一定要求的情况下，在适当的外在条件(通常指变形条件)下将会产生超塑性。
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 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。
3)无缩颈一般具有一定塑性变形能力的材料在拉伸变形过程中，当出现早期缩颈后，由于应力集中效应使缩颈继续发展，导致提前断裂。
超塑性材料的塑性流变类似于粘性流动，没有(或很小)应变硬化效应，但对变形速度敏感，有所谓“应变速率硬化效应”，即变形速度增加时，材料的变形抗力增大(强化)。
Al基复合材料超塑性相关研究1概念介绍与总述超塑性：是指材料在一定的内部条件（如晶粒形状、尺寸和相变等）和外部条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力及异常高的流变性能的现象。
1.1超塑性变形特点超塑性现象从发现到深入研究经历了几十年的时间，自上世纪70 年代以来，世界各工业发达国家包括美、英、法、日以及前苏联等竞相研究金属超塑性技术，掀起了超塑性应用技术及理论研究的热潮，已经发现具有超塑性的金属材料已达200 多种以上，特别是近年来，由于陶瓷及其复合材料超塑性研究取得了突破性的进展，超塑性研究范围从金属材料扩展到了非金属领域[1-4]。
与一般塑性变形不同，超塑性变形具有以下特点：（1）非常大的延伸率，一般200%，最大可达5000%以上。
（2）变形抗力小，无或少加工硬化，易变形。
（3）很强的抗缩颈能力，可发生很大变形而无明显的局部缩颈。
（4）对应变速率非常敏感，m 值一般大于0.3。
（5）对晶粒尺寸、状态敏感，一般要求微细晶粒。
一些超塑性合金及复合材料因变形性能优异，在航空航天、汽车制造等工业部门的应用前景越来越广阔，尤其适宜用于制备形状复杂的构件[5]。
1.2 超塑性变形影响因素超塑性是材料在特定条件下表现出来的一种综合机械性能，其影响因素有很多，下面就其主要的集中因素进行分析1.2.1 应变速率的影响应变速率是影响超塑性的重要因素，应变速率ε对流动应力δ和应变率敏感系数m有显著影响；m 值较小，应力随应变速率变化缓慢，m 值大，应力随应变速率变化剧烈，在此范围内的材料变形具有很高的应变速率敏感性，且超塑性好，是实现超塑性变形的最佳应变速率范围。
1.2.2 变形温度的影响温度对超塑性变形有关参数的影响主要有：（a）随着温度升高，流动应力普遍下降，曲线也向高应变速率方向移动；（b）随着温度升高，m 值增大，曲线峰值向高应变速率方向移动；（c）当应变速率很高时，m 值对温度的敏感性减弱。
目录一．超塑性的定义 (2)二．超塑性的发展 (2)三．超塑性的分类 (3)四．典型的超塑性材料 (4)五．超塑性的应用 (5)⑴超塑性在压力加工方面的应用 (6)⑵相变超塑性在热处理方面的应用 (6)⑶相变超塑性在焊接方面的应用 (7)⑷相变诱发塑形的应用 (7)一．超塑性的定义是指材料在一定的内部条件（如晶粒形状尺寸、相变等）和外部条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能(如大的延伸率等）.1920年Rsenhain发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可以弯曲近180°1934年英国Pearson发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉深时可以得到200％的延伸率1945年前苏联Bochvar发现Zn-Al共析合金具有异常高的延伸率1964年美国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二．超塑性的发展近年来的发展：①先进材料超塑性的研究,主要指金属基复合材料，金属间化合物,陶瓷材料等超塑性的开发。
一般加工性能较差，所以有必要对其进行深入研究。
②高速超塑性研究,主要是提高超塑变形的速率,目的在于提高超塑成形的生产率。
③研究非理想超塑性材料的超塑性变形规律，以实现降低对超塑性变形材料的苛刻要求，从而提高成形件质量，扩大超塑性使用范围。
三．超塑性的分类早期由于超塑性现象仅限于Bi—Sn和Ai—Cu共晶合金、Zn-Al共析合金等少数低熔点的有色金属，也曾有人认为超塑性现象只是一种特殊现象。
随着更多的金属及合金实现了超塑性，以及与金相组织及结构联系起来研究以后，发现超塑性金属有着本身的一些特殊规律，这些规律带有普遍的性质。
而并不局限于少数金属中。
因此按实现超塑性的条件（组织、温度、应力状态等)一般分为以下几种①恒温超塑性。
一般所说超塑性变形多数属于这类，其特点是材料具有微细的等轴晶粒组织。
在一定的温度区间和一定变形速率下呈现超塑性。
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。
陶瓷材料的超塑性刘文娣齐鲁工业大学材料科学与工程学院材工10-2班山东济南 250353摘要：虽然陶瓷材料在本质上是一种脆性材料；然而研究已表明细晶陶瓷材料具有超塑性，在高温下能产生很大的拉伸形变。
陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率，断裂前无颈缩发生。
通过对超塑性晶界滑移微观机理的解释，了解超塑性产生的原因，进而分析一下陶瓷材料的形变特征参数，最后简单介绍纳米陶瓷材料，及陶瓷材料超塑性的发展前景。
关键词：陶瓷材料；超塑性；晶界滑移；相变超塑性；陶瓷应用引言：陶瓷材料由于具有优良的性能,如高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨、比重小等,因而得到越来越广泛的应用,尤其适合用于在高温、摩擦和腐蚀介质的场合取代金属部件。
陶瓷很容易获得细晶结构，而且结构比较稳定，即使在较高的温度时晶粒长大也不是很明显，这显示了陶瓷具有超塑性变形的潜力，但陶瓷材料在常温下几乎不产生塑性变形，实现超塑性形变要比金属材料困难得多。
陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率，断裂前无颈缩发生。
陶瓷的超塑性要求1.试验温度应达到材料熔化温度的一半以上；2晶粒尺寸要很小，通常应小于<1μm；3.能稳定保持细晶结构，没有或只有轻微的晶粒生长;4晶粒具有等轴粒状，以利于晶界滑移的发生；5.能抑制空洞的产生和连接以及晶界分离。
一．陶瓷材料超塑性介绍1.1 超塑性的分类细晶超塑性：晶粒尺寸通常小于10微米；变形温度T>0.5Tm,并在变形过程中保持恒定应变速率较低。
相变超塑性：并不要求具有超细晶粒组织，而是在一定的温度和应力条件下，经过多次循环相变或同素异构转变而获得大延伸率。
1.2 陶瓷材料超塑性变形的结构特征晶界滑动是人们普遍接受的变形机制，从晶界的组织结构出发，可以将晶界滑动分为三种类型：第一，界面结构使晶界上的原子比在晶格内的扩散快得多，这种类型的界面一般来说是大角度晶界；第二种类型，晶界间存在少量液相，如果晶相在液相中有一点溶解度，就可以增强晶间的扩散作用；第三种类型，主要是小角度晶界，推测是晶间位错而产生的超塑性，它具有最大的变形速率，在工艺技术上最有意义。
