超塑性成型

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。

超塑性成形的原理和应用1. 超塑性成形的概念超塑性成形是一种可以在极高温度下并且应力条件下进行的金属塑性变形技术。

它的特点是在高温下，金属材料具有极高的塑性，可以在较小的应力下实现大变形。

超塑性成形主要应用于高温合金的成形加工，如航空航天零部件、发动机叶片和复杂形状的零件等。

2. 超塑性成形的原理超塑性成形的原理是通过改变金属材料的晶体结构和形变机制来实现。

在高温下，金属材料的晶体结构会发生变化，从原来的多晶结构转变为细小的晶粒。

这种细小晶粒的结构使得金属材料在高温下具有较高的塑性。

超塑性成形的变形机制主要有固溶变形机制和晶界滑移机制。

固溶变形机制是指在晶体内部出现位错和断裂，通过位错运动和撤消来实现变形。

晶界滑移机制是指晶界变形的滑移和滑动机制，在晶界上形成高密度的位错和滑移。

3. 超塑性成形的应用超塑性成形的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：3.1 航空航天领域在航空航天领域，超塑性成形可以用于制造各种复杂形状的零部件，如发动机叶片、涡轮盘等。

超塑性成形能够在一次成形过程中实现复杂形状的制造，不仅可以减少后续加工工序，还能够提高零件的质量和性能。

3.2 汽车制造领域在汽车制造领域，超塑性成形可以用于制造汽车车身和车身零部件。

通过超塑性成形，可以使得汽车的轻量化设计成为可能，提高汽车的燃油效率和性能。

3.3 铁路交通领域超塑性成形在铁路交通领域的应用主要集中在制造高速列车的车体和车轮等零部件。

通过超塑性成形，可以使得高速列车具有更好的抗风阻能力和稳定性，提高列车的运行速度和安全性。

3.4 石油化工领域在石油化工领域，超塑性成形可以用于制造各种复杂形状的化工设备，如反应器、换热器等。

超塑性成形能够使得化工设备具有更好的耐腐蚀性和耐压性，提高设备的使用寿命和效率。

3.5 其他领域此外，超塑性成形还可以应用于船舶制造、电子设备制造、科学研究等其他领域。

通过超塑性成形，可以制造出更加复杂和精密的零部件，提高产品的质量和性能。

金属超塑性成形的理论与实践研究金属超塑性成形是一种新型的金属加工方法，它具有高精度、高效率、高质量的特点。

近年来，随着金属材料科学技术的发展，越来越多的研究者开始关注金属超塑性成形技术的发展。

本文主要介绍金属超塑性成形的理论与实践研究。

一、金属超塑性成形的概念金属超塑性成形是指在高温和高应变率下，金属材料表现出了极好的塑性变形和高度的变形容限。

这种性能在某些特殊工艺条件下，可以实现细节复杂、形状相对规则的零部件的加工。

金属超塑性成形在工业的应用领域非常广泛，尤其在航空、航天、汽车、电子、玻璃和陶瓷领域中占有重要的地位。

二、金属超塑性成形的理论金属超塑性成形理论主要包括两部分：材料理论和加工技术理论。

材料理论：金属超塑性成形的理论基础主要是材料的变形学和热力学。

材料的变形学研究材料在各种外力作用下的变形行为，包括刚性塑性变形、弹性变形和塑性变形等。

而热力学则是研究材料在加热和冷却过程中所产生的热量以及其对材料的影响。

加工技术理论：金属超塑性成形的加工技术理论主要包括加热加工、变形机制、变形控制和断裂行为等几个方面。

其中，加热加工是指将材料升温，使材料达到超塑变形温度；变形机制则是指材料的变形方式和变形过程。

变形控制是指采取合理的控制措施，使材料变形到设计的形状和尺寸。

而断裂行为则是指超塑材料在变形过程中的断裂机制和规律。

三、金属超塑性成形的应用金属超塑性成形技术在航空、航天、汽车、电子、玻璃和陶瓷领域中有着广泛的应用。

在航空和航天领域，金属超塑性成形技术被广泛用于制造各种零部件，如涡轮叶片、喷气发动机燃烧室和飞机机身等。

在汽车领域，金属超塑性成形技术可以用于制造车身外壳、排气管、油箱和变速器壳体等。

相较于传统的冲压技术，金属超塑性成形技术可以提高成形精度，减少板材的扭曲和变形。

在电子领域，金属超塑性成形技术可以用于制造微型零件，例如微型夹具、微型感应器、微型电机和半导体器件等。

在玻璃和陶瓷领域，金属超塑性成形技术可以用于制造高精度的模具，例如光纤芯棒、金属注塑机配件和玻璃成型机的零部件。

先进材料超塑成形技术先进材料超塑成形技术是一种利用特殊的工艺方法和控制技术，将金属材料在高温和高应变率条件下通过塑性变形成型的一种先进制造技术。

超塑成形技术能够制备出复杂几何形状的零件，并且具有优异的力学性能和表面质量。

本文将对超塑成形技术的原理、应用、发展现状和未来发展进行探讨。

超塑成形技术的原理主要是利用材料在高温和高应变率条件下的特殊塑性行为。

在高温下，材料的塑性变形能力会显著增强，可以实现超塑性变形。

高应变率条件下，由于材料的快速变形速率，可以避免材料的回弹和微观缺陷的形成，从而得到理想的成形零件。

超塑成形技术通常需要在高温下进行，因此需要使用专门设计的设备和控制系统来保持合适的温度和应变率。

超塑成形技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。

在航空航天领域，超塑成形技术可以制造出轻量化的结构件，提高整体效能并减少燃料消耗。

在汽车制造领域，超塑成形技术可以制造出复杂形状和轻质的车身零件，提高车辆的安全性能和燃油经济性。

在医疗器械领域，超塑成形技术可以制造出精密的植入器械和医疗设备，提高治疗效果和患者的生活质量。

目前，超塑成形技术已经得到了广泛的研究和应用。

一些国家和地区已经建立了专门的研究中心和实验室，对超塑成形技术进行深入研究，并推动其产业化发展。

在实践中，超塑成形技术已经成功应用于一些特定领域的生产工艺中，取得了较好的成果。

然而，超塑成形技术还存在一些挑战和限制。

首先，高温和高应变率条件下材料容易发生晶粒长大和孔洞形成等缺陷，导致材料的力学性能下降。

其次，超塑成形技术的设备和工艺复杂，生产周期长，需要大量的热能和人工操作。

此外，超塑成形技术还需要对材料的力学性能和塑性变形行为进行深入研究，以满足不同应用领域对材料的要求。

未来，超塑成形技术的发展方向主要包括材料的改进、工艺的优化和设备的突破。

首先，需要开发出具有优异力学性能和高温稳定性的超塑性材料。

其次，需要改进超塑成形工艺，提高生产效率和产品质量。

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的确切定义。

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（即恒温超塑性或结构超塑性）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行热循环，利用相变过程，每一次热循环贡献一小的应变，从而在多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行热循环，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%表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，而其余未强化部分继续变形，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。

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。