金属超塑性及应用

・４４６・　材料导报　２００６年５月第２０卷专辑Ⅵ　

Ｎｉ－ＡＩ系金属间化合物超塑性的研究进展　

张光业　，张华　，蔡小华　，郭建亭　

（１湖南科技大学机电工程学院，湘潭４１１２０１；２中国科学院金属研究所，沈阳１１００１６）　

摘要　在一定组织形态和外界条件下，单相或多相的镍铝金属间化合物及其合金表现出超塑性变形行为，其中　

多相挤压态ＮｉＡ１合金及单相ＮｉｓＡｌ合金的超塑性变形机制是晶界滑移（动态回复和再结晶协调变形）；单相ＮｉＡ１的　超塑性变形则来自于变形过程中发生动态回复和再结晶；而定向凝固多相ＮｉＡｌ合金的超塑性则是在拉伸过程中动态　

再结晶与应变硬化平衡的结果。超塑性变形机制多样性源于镍铝金属间化合物晶体结构独特的物理性质。　

关键词　Ｎｉ—Ａｌ系金属间化合物超塑性变形机制　

Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｉｎ　Ｎｉｃｋｌｅ－Ａｌｕｍｉｎｉｄｅｓ　Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ　

ＺＨＡＮＧ　Ｇｕａｎｇｙｅ　，ＺＨＡＮＧ　Ｈｕａ　，ＣＡＩ　Ｘｉａｏｈｕａ　，ＧＵＯ　Ｊｉａｎｔｉｎｇ　

（１　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ　４１　１２０１；　

２　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１００１６）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｉｎ　ｍｕｌｔｉ－ａｎｄ　ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ　ｎｉｃｋｌｅ－ａｌｕｍｉｎｉｄｅｓ　ｉｓ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｏｆ　

ｔｈｅｓｅ　ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｐｏｓｓｅｓｓ　ａｌｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ　ａｎｄ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ　ｎｉｃｋｌｅ－ａｌｕｍｉｎｉｄｅｓ　ｉｓ　ｓｔｅｍｍｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｇｒａｉｎ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｓｌｉｄｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ—　ａｌｌｙ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ　ｎｉｃｋｌｅ－ａｌｕｍｉｎｉｄｅｓ　ｉｓ　ｃｏｍｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｂａｌａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒａｉｎ　ｈａｒｄ（ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）ａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ｓｏｆｔ　

金属镀层的特点及应用

镀锌

1.名称: 镀锌.

2.特点:

锌在干燥空气中,比较稳定,不易变色,在水中及潮湿大气中则与氧或二氧化碳作用生成氧化物或碱性碳酸锌薄膜, 可以防止锌继续氧化.起保护作用.

锌在酸及碱、硫化物中极易遭受腐蚀.

镀锌层一般都要经钝化处理, 在铬酸或在铬酸盐液中钝化后, 由于形成的钝化膜不易与潮湿空气作用, 防腐能力大大加强.

对弹簧零件,薄壁零件(壁厚＜0.5mm)和要求机械强度较高的钢铁零件,必须进行除氢,铜及铜合金零件可不除氢.

镀锌成本低、加工方便、效果良好.

锌的标准电位较负, 所以锌镀层对很多金属均为阳极性镀层.

3.应用:在大气条件和其他良好环境中使用的钢铁零件普遍使用镀锌.但不宜作摩擦零件的镀层.

镀镉

1.名称: 镀镉.

2.特点:在海洋性的大气或海水接触的零件及在70℃以上的热水中,镉镀层比较稳定,耐蚀性强,润滑性好,在稀盐酸中溶解很慢,但在硝酸里却极易溶解, 不溶于碱,它的氧化物也不溶于水.

镉镀层比锌镀层质软, 镀层的氢脆性小, 附着力强,而且在一定电解条件下,所得到的镉镀层比锌镀层美观.

但镉在熔化时所产生的气体有毒, 可溶性镉盐也有毒.

在一般条件下,镉为钢铁为阴性镀层,在海洋性和高温大气中为阳极镀层.

3.应用:它主要用来保护零件免受海水或与海水相类似的盐溶液以及饱和海水蒸汽的大气腐蚀作用.

航空、航海及电子工业零件、弹簧、螺纹零件,很多都用镀镉.

可以抛光、磷化和作油漆底层,但不能作食具.

镀铬

1.名称: 镀铬.

2.特点:铬在潮湿的大气中、碱、硝酸、硫化物、碳酸盐的溶液中以及有机酸中非常稳定,易溶于盐酸及热浓的硫酸.

在直流电的作用下, 如铬层作为阳极则容易溶于苛性钠溶液.

铬层附着力强 ,硬度高 ,HV800-1000,耐磨性好,光反射性强,同时还有较高的耐热性,在480℃以下不变色,500℃以上开始氧化,700℃则硬度显著下降.

其缺点是硬、脆,容易脱落,当受交变的冲击负荷时更为明显.并具有多孔性.

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。

科普园地　一　

金属超塑技术前景广阔　

一些金属如某些铝合金，当被加　热到１８００华氏度（９８２Ｅ）的高温时就　

会产生超塑性。在这样的温度条件下。　

被加热的金属可以像塑料薄膜那样拉　伸，而且可以用模具压制成既非常结　

实又复杂、精细的部件。　

这种技术已经在工业企业、特别　

是飞机制造企业中获得应用，但是这　

种技术在生产汽车等消费产品的企业　中普及速度却十分缓慢。问题在于。利　

用这种技术生产零部件所需的时间对　于大量生产某种产品的工业企业来说　

太长了　而且使金属产生超塑性所需　

的温度对于某些实际应用来说也太高　

了。　但是现在这种情况正在发生改　

变。　

美国加利福尼亚大学的研究人　员说，他们已经可以在４５０华氏度（２３２　

℃）的相对低温条件下使金属产生超　塑性，并且宣称他们已经将这种技术　

用于包括镍和陶瓷在内的多种材料的　制造领域。　

该大学的研究人员说，这～研究　

成果使“低重量、高强度的建筑材料具　

有广阔的潜在应用前景，，ｏ急性颈部扭　伤病人使用的颈部金属支撑物就是一　

个典型的例子。超塑性金属材料可以　

在不降低支撑物强度的情况下，将其　重量减轻约７０％。美国加利福尼亚的一　

家企业使用超塑材料来生产可以用于　

导弹和跑车等各种产品的部件。　

超塑材料的最佳用途是制造飞机　机身“肋骨”之类的复杂大型零部『牛。　

该大学麦克法登博士说，如果不借助　金属的超塑性，“人们将不得不切割出　

许许多多不同形状的零部件，完成大　

量的加工工作。而金属的超塑性使人　们可以用一次成型的方法制造出同样　

的零件。”　

８０嬉　越冬２０１０年第１期　目前的　

加工方法所　用的金属是　

由一种被称　

为微晶体的　细小金属颗　

粒组成的，每　

个微晶体　

的直径都不　

超过人的头　

发直径的１／　４。加利福尼　

亚大学的研　口李兵编译　

究人员在进行试验时使用了俄罗斯合　

作伙伴提供的经过结构重组的金属，　这种金属中的微晶体被体积缩小到干　

分之一的纳米晶体所取代。　

美国专家克利夫．班普顿说：“在　超塑状态下，微小的颗粒可以像滚珠