材料超塑性成型

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 超塑性在压力加工方面的应用 6 相变超塑性在热处理方面的应用 6 1 相变超塑性在焊接方面的应用 7 相变诱发塑形的应用 7 2 一 一 超塑性的定义超塑性的定义 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 二 超塑性的发展超塑性的发展 近年来的发展 先进材料超塑性的研究 主要指金属基复合材料 金属 3 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 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 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 三 超塑性的分类超塑性的分类 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 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 这里指的微细晶粒尺寸 大都在微米 级 其范围在 0 5 5 之间 一般来说 晶粒越细越有利于塑 4 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 相变超塑性 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 转变获得较大的延伸率 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 的两次转变 可以得到二次条约式的均匀延伸 其他超塑性 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 四 四 典型的超塑性材料典型的超塑性材料 目前已知的超塑性金属及合金已有数百种 按基体区分 5 有 Zn 基 Al 基 Ti 基 Mg 基 Ni 基 Pb 基 Sn 基 Fe 基 等合金 其中包括共析合金 共晶合金多元合金 高级合金等 类型 部分典型的超塑性合金见下表 五 五 超塑性的应用超塑性的应用 由于金属在超塑状态具有异常高的塑性 极小的流动应力 6 极大的活性及扩散能力 可以在很多领域中应用 包括压力加 工 热处理 焊接 铸造 甚至切削加工等方面 超塑性在压力加工方面的应用超塑性在压力加工方面的应用 超塑性压力加工属于黏性和不完全黏性加工 对于形状 复杂或变形量很大的零件 都可以一次直接成型 成型的方式 有气压成形 吹塑成形 挤压成形 锻造成形 拉延成形 无 模成形等多种方式 优点 流动性好 填充性好 需要的设备功率吨位小 材料利用率高 成形件表面精度质量高 相应的困难是需要一定的成形温度和持续时间 对设备 模具润滑 材料保护等都有一定的特殊要求 相变超塑性在热处理方面的应用相变超塑性在热处理方面的应用 相变超塑性在热处理领域可以得到多方面的应用 例如 钢材的形变热处理 渗氮 渗碳 渗金属等方面都可以应用相 变超塑性的原理来增强处理效果 相变超塑性还可以有效地细 化晶粒 改善材料品质 7 相变超塑性在焊接方面的应用相变超塑性在焊接方面的应用 将两块金属材料接触 利用相变超塑性原理 施加很小 的负荷和加热 冷却循环即可使接触面完全粘合 得到牢固的 焊接 我们称之为相变超塑性焊接 优点 这种焊接由于加热温度低 在固相加热 没有一 般融化焊接的热影响区 也没有高压焊接的大变形区 焊后不 经过热处理或其他辅助加工即可应用 相变超塑性焊接所用的材料 可以是钢材 铸铁 Al 合金 Ti 合金等 相变诱发塑形的应用相变诱发塑形的应用 在热挤压方面的应用 不论是微晶超塑形还是相变超塑性 均已用于热挤压方 面 相变超塑性热挤压就是在相变区域附近给予周期性的温度 循环 在负荷较小的情况下进行压接 相变温