1、超塑性

2）、应变速率的影响
细晶超塑性具有高度的速度敏感性，速度的变化对流动应力 10 和m值的影响很显著，只有控制在＝ 4 ～101 min 1 范围内， 才能获得超塑性。 3）、温度的影响
不同材料只有较窄的温度区间适合超塑性成形
1.3、 超塑性变形机理 目前仍处于探讨阶段，尚无统一的认识。 几种主流的观点：
超塑性成形实例
Bi-44Sn挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率现象 （δ ＝1950％），左为拉伸前的试样。
我国已成功开发应用了以铝合金、钛合金、 铜合金为代表的结构合金超塑性材料。 （1）、研究获得超塑性的途径； （2）、探索成型工艺规范； （3）、解决成型工艺关键
1.2、超塑性成形的基本特点 金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的延伸率 而不产生缩颈与断裂现象，把延伸率能超过100% 的材料统称为“超塑性材料”，相应地把延伸率
高温变形时，这种再结晶过程是一个动态的、
连续的恢复过程，即一方面产生应变硬化，一 面产生再结晶恢复（软化）。如果这种过程在
变形中能继续下去，好象变形的同时又有退火，
就会促使物质的超塑性。
1.4、超塑性成形工艺与设备 1.4.1、常用超塑性成形工艺方法
1.4.2、超塑性成形设备选择 （1）、锻造设备
（2）、分类 1）、细微晶粒超塑性（恒温超塑性） 晶粒尺寸通常小于10 m
变形温度T>0.5 Tm ,并在变形过程中保持恒定
m
应变速率较低，通常
10

4
~ 10
1
s
2）、相变超塑性（动态超塑性）
相变超塑性，并不要求材料具有超细晶粒组织，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。产生相变超 塑性的必要条件，是材料应具有固态相变的特性，
1.2、超塑性的分类及影响超塑性的因素 （1）、现象 超塑性是材料特定条件下呈现的特质：极 低的流动应力、极高的伸长率、良好的流动 性与复制性，晶间变形的比率提高。像熔融 塑料那样的金属，因此可成形大变形量、高 精度、源自文库杂件，并可进行良好的复制。 力学特征：贝可芬方程
K
. m
普通金属，m=0.02~0.2；超塑性材料， m=0.3~1
起 始 状 态
σ І
该理论认为，在
晶界滑移的同时伴随 有扩散蠕变，对晶界 滑移起调节作用的不 是晶内位错的运动， 终
了 阶 而是原子的扩散迁移。 段
σ
中 间 状 态
ІІ
动态再结晶理论 晶界移动（迁移）与再结晶现象密切相关，
这种再结晶可使内部有畸变的晶粒变为无畸变
的晶粒，从而消除其预先存在的应变硬化。在
超过100%的现象叫做“超塑性”。 但实际的变形程度要更大。也可用应变速率敏感性 指数m来定义超塑性。 宏观上，可用大变形、无缩颈、小应力、 易成形来描述超塑性特点。
（1）、大变形 金属材料的最高伸长率铝青铜可达8000﹪, 材料成型性能好，可成形复杂程度高、变形 量大的成型件。 （2）、无缩颈 超塑性成形类似于粘性物质的流动，对 应变速率较敏感，既有应变速率硬化效应。 （3）、小应力 超塑性成形的流动应力是常规成型的十 几到几十分之一，设备吨位小。 （4）、易成形 成形过程无硬化，流动性和填充性好，可用多 种方式成形。
晶界滑移的观点；
扩散蠕变机理的作用；
动态回复和动态再结晶。
一般地认为，超塑性变形机理比常规塑性变形机理 更为复杂，它包括晶界的滑移和晶粒的转动、扩散蠕 变、位错的运动、在特殊情况下还有再结晶等，是几 个机理的综合作用。
由Ashby和Verrall
提出的晶界滑动和扩
散蠕变联合机理，简 称A-V机理。
pA F 1000 F 变形力（kN）； p 单位面积上的变形力Mpa)； ( A 锻件在锻造方向上的投 影面积（m m2） . 其中，单位面积上的变形力 p 是流动应力
的2~4倍。 要求设备：可调速、可保压、有大的封闭高度与足 够的工作台面、有顶出装置、有温控系统。
（2）、超塑性气胀成形设备 要求： 除具有锻造设备的要求外，还有以下要求： 更长时间的保压； 更大的工作台面； 气源及控制系统。 典型设备：
①、锌合金
Zn-22％Al：550~590℃精炼后浇铸铸锭。355~375 ℃8h以 上固溶后空冷。加热到290~360 ℃保温2小时，制成板 材或棒材后，加热至310~360 ℃保温1h以上，在低于18 ℃的水中淬火，保持1h.再加热至250~260℃保温0.5h. m:0.6, σ :2MPa,δ :1000~2000﹪, ‫³‾01×6.1: غ‬s‾¹,t:200~300 ℃ Zn-4％Al与Zn-5％Al ：精炼后浇铸铸锭，在320 ℃退火 3h，在300 ℃ （Zn-4％Al ）和260 ℃ （Zn-5％Al ） 下轧制。 m:0.5,σ :2MPa,δ :2000﹪, ‫³‾01×6.1: غ‬s‾¹,t:350 ℃
④、钢
45钢：830~850 ℃淬火，反复4次。 m: σ:δ:240﹪, ‫⁴‾01×0.2: غ‬s‾¹ ,t:680 ℃. T8钢：760 ℃水淬，后加热到537 ℃空冷。 m:σ:35MPa,δ:305﹪, ‫⁴‾01×)5.9~4.2( : غ‬s‾¹ ,t:680~710 ℃. GCr15：退火料830 ℃调质1~4次。 3Cr2W8V：950 ℃循环淬火。 m:σ:49MPa,δ:156﹪, ‫, ³‾01×0.2: غ‬t:800~850 ℃. s‾¹ 1Cr13、2Cr13:950~990 ℃加热，600 ℃回火，两次 调质。 钢的细晶化，基本上是采用热处理。
③、铝合金
Al-6Cu-0.5Zr：用冷模浇铸铸锭，采用热轧及冷轧， 变形量大于90％，最后进行时效热处理。 m:0.50, σ :10~12MPa,δ :1000﹪, ‫³‾01×3.1: غ‬s‾¹, t:430 ℃. 7475铝合金：供货板材固溶处理后，400 ℃过时效 8h；200 ℃轧制，轧制变形量为85％，482 ℃保 温5min。 Al-Li合金： Al-Li二元合金强度较低，加入铜、鎂、 锆、錳等合金元素，可使其强度与塑性有所改善。
并在外加载荷作用下，在相变温度上下循环加热
与冷却，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出超塑性。 相变超塑性不要求微细等轴晶粒，这是有利 的，但要求变形温度反复变化，给实际生产带来
困难，故使用上受到限制。
3）、其他超塑性
近年来发现，普通非超塑性材料在一定条件下快速
变形时，也能显示出超塑性。 有些材料在消除应力退火过程中，在应力作 用下也可以得到超塑性，Al-5%Si及Al-4%Cu合金 在溶解度曲线上下施以循环加热可以得到超塑性。
1.5、超塑性成形展望 1、成形大型金属结构及相关成形设备 主要指超塑性气压胀形与扩散连接复合工艺 2、陶瓷材料与复合材料的超塑性 3、Al-Li合金的研究 4、工艺过程的数值模拟
此外，国外正在研究的还有升温超塑性，异向超
塑性等。 有人把上述的第二类及第三类超塑性统称为 动态超塑性，或环境超塑性。
（3）、影响超塑性的因素 1）、获得细晶的途径及晶粒度的影响 ①冶金学方法 成核初期加微量元素，快速冷凝法； ②压力加工法 冷、热、温轧制或锻造 ③热处理方法 反复淬火、形变热处理、球化退火等 要求处理后的组织细晶、等轴、稳定 晶粒越小，流动应力越低，m值越大。
特种塑性成形
1、发展省力成形工艺
F K s A
K 应力状态系数，异号时<1，同号时>1
s
流动应力，与材料成分、组织、变形温度、 变形速度、变形程度有关。
A 接触面积在主作用力方向上的投影
2、提高成形的柔度 3、提高成型的精度，如粉末锻造等
超塑性成形
1、金属超塑性概况及特点 1.1、发展概况 1920年，德国科学家发现一些脆性材料在 某些加工条件下产生较大弯曲、拉伸等变 形，二次大战后由前苏联科学家通过锌铝 合金拉伸试验提出超塑性的概念。
②、钛合金
TC4(Ti-6Al-4V)和TC9：供货状态即为细晶组 织。 m:0.85, σ :,δ :1000﹪, ‫³‾01×0.1: غ‬s‾¹,t:800~1000 ℃. Ti679：在900℃下锻造，800 ℃下退火1h后 空冷。 m:0.43, σ :25MPa,δ :734﹪, ‫⁴‾01×7.6: غ‬s‾¹,t:800~850 ℃.
1.4.3、超塑性成形的摩擦与润滑 特点： （1）、模具温度高 原子扩散加剧，提高摩擦系数，脱模困难； （2）、应变速率低 易于接触面咬合，挤出润滑剂，导致摩擦系数增大； （3）、变形时间长 对润滑剂要求： （1）、在整个成形过程中能在模具和坯料之间形成连续的润 滑剂薄膜，并具有较低的摩擦系数； （2）、对坯料表面具有防护作用，防止其氧化或吸收其他气 体； （3）、兼具脱模剂的作用； （4）、不与坯料和模具发生反应； （5）、易于涂覆和去除； （6）、应为无毒、非易燃、非稀缺物。
⑤ 、鎂、铜合金
MB8：供货状态即为细晶组织。 m:0.34σ :25MPa,δ :228﹪, ‫⁴‾01×8.2 : غ‬s‾¹,t:400 ℃. MB15：360℃保温1h，然后空冷。 m:0.51σ :23MPa,δ :574﹪, ‫⁴‾01×0.1 : غ‬s‾¹,t:290 ℃. HPb59-1：300 ℃温轧后，450 ℃保温1h。 m:0.5σ :23MPa,δ :550﹪, ‫⁴‾01×33.8 : غ‬s‾¹,t:600 ℃. H62：250~300 ℃保温1h,然后空冷。