超塑性合金

什么叫超塑性合金？什么叫超塑性？准确地讲，是指材料在一定条件下，具有极其异常的塑性，不会断裂甚至不产生缩颈的现象。

说通俗一点，大家都吃过拉面吧，拉面的面团就是具有超塑性的材料。

金属一般也有塑性，但通常变形到一定程度后就会出现缩颈而逐渐断裂，这只能叫一般塑性，不能叫超塑性。

但是，金属在一定条件下也表现出像拉面一样的粘滞现象，即使拉长至几十倍、上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，这就是金属的超塑性。

包括陶瓷在内的许多材料，人们常常认为是不能变形的东西，但在一定的温度和变形速度下，也具有超塑性，至于金属与合金就更不用说了。

现在有超塑性的铝合金就有100多种。

其中很重要的工业用铝合金就有5种，包括钝铝、铝铜系合金、铝镁系合金和铝锂系合金。

金属不会“自动”具有超塑性，必须在一定的温度条件下进行预处理。

科学家告诉我们，只有在获得微小等轴晶粒的情况下金属才能具有超塑性。

利用金属的超塑性可以制造高精度、形状极其复杂的零件，而这是一般锻造或铸造方法所达不到的。

超塑性金属的加工温度范围和变形速度虽有限制，但由于它的晶粒组织细致，又容易和其他合金压接在一起，组成复合材料，这在材料加工中可是一个很大的优势。

超塑性金属和合金有着广泛的用途。

超塑性锌合金可以用挤压或气压法生产出形状复杂、轮廓清晰的零件，如橡皮或塑料制品的腔形模，薄铜板的冲裁模，带凸筋的各种手枪、旋转纽、微波导体、各种仪表壳体，不一而足。

再如，超塑性铝合金可以用气体吹塑法“吹”成各种复杂的壳体，取代飞行器上传统的镀金零件，同时也可以在仪表、计算机和装饰业中广泛应用。

另外，超塑性钛合金中的碳钢在汽车工业中可用于制造外形复杂的车体零件。

超塑性钛合金在航空工业和造船工业中的应用前景就更为广泛了。

选自《十万个为什么》。

超塑性金属拉面，很多人都吃过。

一小块面团，随着厨师们双手的甩动，由一根到两根，由十根变成二十根，由小指粗到头发丝细，一气合成，中间不断，真是技术高超。

而细心的科学家们却想，如果有一种金属也能像拉面一样由粗到细，却中间不断裂，那么金属的应用又将会有一个新的空间。

塑性是金属自身具有的一种物理属性。

所谓塑性，是指当材料或物体受到外力作用时，所发生显著的变形而不立即断裂的性质。

塑性的大小，标志着材料变形能力的好坏。

对于同种材料来说，塑性愈高表示材料的杂质愈少，纯度愈高，使用起来也就愈平安。

同时，塑性好的材料，在加工过程中容易成形，可以制造出形状复杂的零件。

这种具有象拉面般柔软的金属叫做超塑性合金。

这种合金在一定的温度下，以适当的速度拉伸，其拉伸长度可以是原来长度的几倍，甚至十几倍，目前已有近百种金属具有这种超塑性能。

那么超塑性合金为什么会比一般的金属或合金的塑性好呢？这让我们先看一看它在结构上与普通金属到底有何不同。

普通金属在电子显微镜下的结构图，图中块状的物质我们称之为晶粒，它是在金属形成过程中，由金属原子组成的。

我们注意到这些晶粒体积庞大，形状千差万别，而且排列极不规那么。

同倍数放大镜下超塑性合金的结构图，超塑性合金的晶粒形状规那么精细，晶粒与晶粒之间的排列整齐有序。

这好比小孩子玩滑沙的游戏，当地面上沙层的沙粒越细，磨擦就越小，我们也就越容易在上面滑动；如果沙粒越大，磨擦力越大，滑动起来自然就非常困难了。

因此金属的晶粒越细，越整齐，它的塑性也就越好，同时也就越容易被拉伸。

我们再做一个试验，看看金属是如何被拉断的。

首先我们将铝棒固定在拉伸试验机上，然后施加拉力，一分钟后，铝棒中的某一部位迅速变细，我们看到此处的拉伸速度明显比其他位置的拉伸速度快，结果铝棒在变细的部位被拉断。

这个由粗变细，拉断的部位像脖颈一样的过程，科学上把它称为颈缩。

通过这个试验，我们了解到，一般金属变形能力很差的原因是宏观均匀变形能力差，容易早期出现颈缩，并由于颈缩导致了早期的断裂。

铸造合金的超塑性与成型工艺优化铸造合金是一种常见的金属材料，广泛应用于工业领域。

其中，超塑性是一种特殊的力学行为，指材料在高温条件下具有显著的塑性变形能力。

超塑性材料的成型工艺优化对于提高产品质量和生产效率至关重要。

本文将重点探讨铸造合金的超塑性特性及其成型工艺优化。

一、铸造合金的超塑性特性铸造合金是通过熔融金属倾注到特定模具中，通过冷却凝固形成所需产品的过程。

合金的化学成分和冷却过程会影响材料的力学性能，包括超塑性。

常见的铸造合金如锌合金、铝合金等都具备一定的超塑性。

超塑性材料的主要特点是在高温下具有优异的塑性变形能力，可以实现较大的应变。

通常来说，超塑性的温度范围为材料的熔点到固溶温度之间。

在这个温度范围内，合金的晶粒可以发生迁移和重组，从而使其形变能力得到提高。

此外，超塑性材料还具备细化晶粒和改善材料的韧性的特点。

二、成型工艺优化的重要性成型工艺是指将铸造合金进行成型和制造所需产品的过程。

优化成型工艺可以改善产品质量和生产效率，降低成本和资源浪费。

在铸造合金的超塑性成型过程中，合适的工艺优化可以实现以下目标：1. 提高产品的致密性：通过合理的温度控制和形变条件，可以使铸造合金的晶粒细化，从而提高产品的致密性和力学性能。

2. 减少缺陷和变形：合金的超塑性成型过程容易产生缺陷和变形，因此需要精确控制温度、应变速率和周围环境等因素，以减少产品的缺陷和变形。

3. 提高工艺稳定性：合理的成型工艺可以提高生产的稳定性和可重复性，降低生产过程中的变异性和不良品率。

三、铸造合金的超塑性成型工艺优化方法1. 温度控制：超塑性成型的温度控制非常重要。

一般来说，温度控制在合金的熔点到固溶温度之间，以保证合金处于超塑性状态。

此外，温度的均匀性也对成型的质量具有重要影响，需要通过加热设备和热处理工艺进行控制。

2. 应变速率控制：合金的超塑性成型过程中，应变速率对产品的细化效果有直接影响。

较低的应变速率有利于晶粒的细化，但也会导致成型时间加长。

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。

超塑性合金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。

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。

近几十年来金属超塑性已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。

超塑性材料正以其优异的变形性能和材质均匀等特点在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。

关于超塑性的微观机制，虽然已从各个角度进行了大量的研究，但目前尚无定论。

一般认为组织超塑性变形机制以晶界滑动和晶粒转动为主，但还要靠其他变形机制进行调节。

【1】对于给定材料来说，影响其超塑性的因素主要有晶粒度、变形温度和应变速率。

一般来说，晶粒越细，等轴度越高，越有利于超塑性变形，因为晶粒细小时晶界总面积较大，为晶界滑动提供了条件，而等轴度高有利于晶粒转动。

超塑性变形与许多热激活过程有关，因此温度也就成为它的一个很主要的影响因素。

一般要求温度E≥0．5丁m。

但变形温度超过临界温度时，继续升高变形温度会使晶界强度进一步降低，材料传递外加应力的能力迅速降低，而且，变形温度过高会使得晶粒长大速度进一步加快，这两方面均对超塑性不利【2】。

因此，要根据实际情况选择合适的超塑性变形温度，对于不同的材料需要区别对待外界环境对它们超塑性的影响。

超塑性成形工艺主要包括了气胀成形和超塑性成形工艺主要包括了气胀成形和体积成形两类。

气压胀形是超越传统成形方法的一种新型工艺，主要应用于汽车航天工业结构型工艺，主要应用于汽车航天工业结构钢件的成形。

它是由航天工业成形铝、钛结构件的超塑性成形（SPF）和热胀成形（HBFHBF）技术发展而来的。

超塑性气胀成形是用气体的压力使板坯料（也有管坯料或其他形状坯料）成形为壳型件，如仪差壳、抛物面天线、球为壳型件，如仪差壳、抛物面天线、球型容器、美术浮雕等。

材料的超塑性及其变形机理专业：材料工程学号：2012177姓名：孙宇材料的超塑性及其变形机理1.材料超塑性的定义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1928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。

超塑性材料是指：具有相对细小的晶粒（20微米-30纳米）的金属、陶瓷等，其晶粒分布可以是均匀或不均匀的，且晶粒或相的形状、尺寸或取向具有各向异性或各相同性。

2.超塑性及其宏观变形特征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δ100％时，即可称为超塑性。

实际上，有的超塑材颈与断裂现象。

当伸长率≥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。

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σ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。

超塑性合金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。

最初发现的超塑性合金是锌与２２％铝的合金。

１９２８年英国物理学家森金斯下了一个定义：凡金属在适当的温度下变得像软糖一样柔软，而且其应变速度为每秒１０毫米时产生３００％以上的延伸率，均属超塑性现象。

１９４５年苏联包奇瓦尔等针对这一现象提出了“超塑性”这一术语，并在许许多多有色金属共晶体及共析体合金中，发现了不少的延展性特别显著的特异现象。

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。

在通常情况下，金属的延伸率不超过９０％，而超塑性材料的最大延伸率可高达１０００％～２０００％，个别的达到６０００％。

金属只有在特定条件下才显示出超塑性。

在一定的变形温度范围内进行低速加工时可能出现超塑性。

１９２０年，德国人罗森汉在锌－铝－铜三元共晶合金的研究中，发现这种合金经冷轧后具有暂时的高塑性。

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，全世界都在追寻金属的超塑性，并已发现１７０多种合金材料具有超塑性。