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非合金钢板的超塑性成形技术研究及其应用潜力超塑性成形是一种通过在高温条件下对材料应力施加的加工方法，可以使非合金钢板也能够实现高度塑性变形。
本文将探讨非合金钢板超塑性成形技术的研究现状以及其在实际应用中的潜力。
首先，我们将介绍非合金钢板超塑性成形技术的研究现状。
非合金钢板由于其较低的碳含量以及少量的合金元素，通常具有较低的塑性，限制了其在成形过程中的应用。
然而，通过对非合金钢板进行超塑性成形的研究，可以改善其塑性特性，使其具备更广阔的应用前景。
目前，非合金钢板超塑性成形技术的研究主要集中在以下几个方面。
首先，研究人员通过调整非合金钢板的化学成分，改变晶体结构，提高材料的塑性。
其次，采用热处理方法，通过控制加热温度和时间，使非合金钢板获得更高的塑性。
此外，研究人员还探索了不同的成形方法，如等温拉伸、等温压缩、等温缩径等，以实现非合金钢板的超塑性变形。
在实际应用中，非合金钢板超塑性成形技术具有广阔的潜力。
首先，超塑性成形可以极大地提高材料的成形能力，使非合金钢板能够制造出更复杂的形状和结构。
这对于一些应用场景，如汽车、航空航天以及能源领域的零部件制造具有重要意义。
其次，超塑性成形技术可以减少材料在成形过程中的应力和变形，降低材料的变形硬化率，从而改善零部件的成形质量和机械性能。
此外，超塑性成形还可以降低材料的成形温度，减少能源消耗，降低生产成本。
然而，在实际应用中，非合金钢板超塑性成形技术还面临一些挑战。
首先，超塑性成形需要非常严格的加工条件和设备配置，包括高温环境、复杂的工艺参数控制等。
这增加了生产成本和困难。
其次，非合金钢板超塑性成形技术的研究还相对较少，需要进一步的实验研究和理论探索。
此外，超塑性成形后的材料往往会出现晶界滑移和晶界扩散现象，可能会影响材料的综合性能和寿命。
为了克服这些挑战，进一步开展非合金钢板超塑性成形技术的研究是非常必要的。
首先，可以通过优化材料的化学成分，改善非合金钢板的塑性特性。
塑性成形原理知识点总结一、塑性成形的基本原理1. 塑性成形的基本原理是通过施加外部应力使材料受力，发生形变，从而改变其形状和尺寸。
外部应力可以是拉伸、压缩、弯曲等形式，材料受到应力后发生塑性变形，达到所需的形状和尺寸。
2. 塑性成形的基本原理还包括在一定的温度条件下进行成形。
材料在一定温度范围内会发生晶粒的滑移和再结晶等变化，使材料更容易流动和变形，这对于塑性成形的效果非常重要。
3. 塑性成形的基本原理还涉及到应变硬化和材料流动等方面的知识。
应变硬化是指材料在形变过程中发生的一种增加抗力的现象，材料流动则是指材料在应力作用下发生的形变过程，通过流动来实现所需的成形效果。
二、材料在塑性成形过程中的变形规律1. 材料在塑性成形过程中会发生各种形式的变形，包括平面应变变形、轴向应变变形、弯曲应变变形、扭曲应变变形等。
不同的成形方式会引起不同形式的变形，需要根据具体情况进行分析和处理。
2. 材料在塑性成形过程中的变形还受到横向压缩和减薄等因素的影响。
横向压缩会导致材料沿其厚度方向出现侧向膨胀的现象，减薄则是指材料在成形过程中产生的减小尺寸和厚度的现象。
3. 材料在塑性成形过程中还会出现显著的硬化现象。
随着形变量的增加，材料的硬度和抗力会逐渐增加，这对于成形过程的控制和调整非常重要。
三、材料在塑性成形过程中的流变规律1. 材料在塑性成形过程中会发生流变，即在应力的作用下发生形变的过程。
材料的流变规律是指在应力条件下材料的变形规律和流动规律，这对于塑性成形技术的研究和应用非常重要。
2. 材料在塑性成形过程中还会出现应力和应变的分布不均匀、表面变形、壁厚变化等现象。
这些现象会导致成形件质量的不稳定性和变形过程的复杂性，需要进行合理的控制和调整。
3. 材料在塑性成形过程中还会受到局部热和化学变化的影响。
局部热和化学变化会影响材料的微观结构和性能，对于成形过程的控制和调整也具有重要的参考意义。
四、塑性成形的热变形和冷变形1. 塑性成形通常分为热变形和冷变形两种方式。
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。
塑性变形：材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法。
塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。
滑移：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
滑移面：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶面。
滑移方向：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶向。
孪生：晶体在切应力作用下，晶体一部分沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。
张量：由若干个当坐标改变时，满足转换关系的分量所组成的集合。
晶粒度：金属材料晶粒大小的程度。
变形织构：在塑性变形时，当变形量很大，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。
这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织。
动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的再结晶。
主应力：切应力为 0 的微分面上的正应力。
主方向：主应力方向，主平面法线方向。
主应力空间：由三个主方向组成的空间主切应力：切应力达到极值的平面上作用得切应力。
主切应力平面：切应力达到极值的平面。
主平面 : 应力空间中，可以找到三个互相垂直的面，其上均只有正应力，无切应力，此面就称为主平面。
平面应力状态：变形体内与某方向轴垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴无关的应力状态。
平面应变状态：物体内所有质点都只在同一个坐平面内发生变形，而该平面的法线方向没有变形的变形状态。
理想刚塑性材料：研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。
理想弹塑性材料：塑性变形时，需考虑塑性变形之前的弹性变形，而不考虑硬化的材料。
弹塑性硬化材料：塑性变形时，既要考虑塑性变形前的弹性变形，又要考虑加工硬化的材料。
刚塑性硬化材料：研究塑性变形时，不考虑塑性变形之前的弹性变形，需考虑变形过程中的加工硬化的材料。
屈服轨迹：两相应力状态下屈服准则的表达式在主应力坐标平面上的几何图形，一条封闭的曲线。
屈服表面：屈服准则的数学表达式在主应力空间中的几何图形是一个封闭的空间曲面称为屈服表面。
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。
试想一下，金属变成了饴糖状，从而具有了可吹塑和可挤压的柔软性能，因此过去只能用于玻璃和塑料的真空成型、吹塑成型等工艺被沿用过来，用以对付难变形的合金。
而这时所需的压力很小，只相当于正常压力加工时的几分之一到几十分之一，从而节省了能源和设备。
使用超塑性加工制造零件的另一优点是可以一次成型，省掉了机械加工、铆焊等工序，达到节约原材料和降低成本的目的。
在模压超塑性合金薄板时，只需要具备一种阴模或阳模即可，节省一半模具费用。
超塑性加工的缺点是加工时间较长，由普通热模锻的几秒增至几分钟。
超塑性的铝合金已经商品化，如英国的Supral 100
（Al—6Cu—0.4Zr）和加拿大的Alcan 08050（Al—5Ca—5Zn）。
铝板可在300～600℃时利用超塑性成型为复杂形状，所用模具费用降
低至普通压力加工模具费用的十分之一，因此它具有和薄钢板、铝压铸件及塑料模压件相竞争的能力。
据推测，最近超塑性成形工艺将在航天、汽车、车厢制造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金包括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合金等
二.超塑性的发展方向
近年来超塑性在我国和世界上主要的发展方向主要有如下三个方面：
1. 先进材料超塑性的研究，这主要是指金属基复合材料、金属
间化合物、陶瓷等材料超塑性的开发，因为这些材料具有若干优异的性能，在高技术领域具有广泛的应用前景。
然而这些材料一般加工性能较差，开发这些材料的超塑性对于其应用具有重要意义；
2. 高速超塑性的研究：提高超塑变形的速率，目的在于提高超
塑成形的生产率；
3. 研究非理想超塑材料（例如共货态工业合金）的超塑性变形
规律，探讨降低对超塑变形材料的苛刻要求，而提高成形件的质量，目的在于扩大超塑性技术的应用范围，使其发挥更大的效益。
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。
因此按照实现超塑性的条件（组织、温度、应力状态等）一般分为以下几种1. 恒温超塑性或第一类超塑性。
根据材料的组织形态特点也称之为微细晶粒超塑性。
1.一般所指超塑性多属这类超塑性，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（Ts≥0.5Tm，Ts和Tm分别为超塑变形和材料熔点温度的绝对温度）和一定的变形速度条件下（应变速率在10-4~10-1/S之间）呈现超塑性。
这里指的微细晶粒尺寸，大都在微米级，其范围在0.5～5μ之间。
一般来说，晶粒越细越有利于塑性的发展，但对有些材料来说（例如Ti合金）晶粒尺寸达几十微米时仍有很好的超塑性能。
还应当指出，由于超塑性变形是在一定的温度区间进行的，因此即使初始组织具有微细晶粒尺寸，如果热稳定性差，在变形过程中晶粒迅速长大的话，仍不能获得良好的超塑性。
2. 相变超塑性或第二类超塑性，亦称转变超塑性或变态超塑性。
这类超塑性，并不要求材料有超细晶粒，而是在一定的温度和负荷条件下，经过多次的循环相变或同素异形转变获得大延伸。
例如碳素钢和低合金钢，加以一定的负荷，同时于A1,3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（αγ)的两次转变，可以得到二次条约式的均匀延伸。
等用AISI1018、1045、1095、52100等钢种试验表明，延伸率可达到500%以上，这样变形的特点是，初期时每一次循环的
变形量（△ε∕N）比较小，而在一定次数之后，例如几十次之后，每一次循环可以得到逐步加大的变形，到断裂时，可以累积为大延伸。
有相变的金属材料，不但在扩散相变过程中具有很大的塑性，并且淬火过程中奥氏体向马氏体转变，即无扩散的脆性转变过程（γ→a）中，也具有相当程度的塑性。
同样，在淬火后有大量残余奥氏体的组织状态下，回火过程，残余奥氏体向马氏体单向转变过程，也可以获得异常高的塑性。
另外，如果在马氏体开始转变点（Ms）以上的一定温度区间加工变形，可以促使奥氏体向马氏体逐渐转变，在转变过程中也可以获得异常高的延伸，塑性大小与转变量的多少，变形温度及变形速度有关。
这种过程称为"转变诱发塑性"。
即所谓"TRIP"现象。
Fe-Ni 合金，Fe-Mn-C等合金都具有这种特性。
3. 其它超塑性（或第三类超塑性）：在消除应力退火过程中在应力作用下可以得到超塑性。
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，根据Johnson试验，在具有异向性热膨胀的材料如U，Zr等，加热时可有超塑性，称为异向超塑性。
有人把a-U在有负荷及照射下的变形也称为超塑性。
球墨铸铁及灰铸铁经特殊处理也可以得到超塑性。
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。
通常用流动应力来表示变形抗力的大小。
在最佳变形条件下，流动应力要比常规的变形的小到几分之一乃至几十分之一。
（4）易成形：超塑性材料在变形过程中没有或只有很小的应变硬化
现象，所以超塑性材料易于加工、流动性和填充性好，可以进行多种方式成形，而且产品质量可以大大提高。
