超塑性
塑性，是指在外力作用下，材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。当材料中的应力超过屈服点时，塑性被激活（也就是说，有塑性应变发生）。对大多数的工程材料,当其应力低于比例极限（弹性极限）时,应力一应变关系是线性的，表现为弹性行为，也就是说，当移走载荷时，其应变也完全消失。而应力超过弹性极限后，发生的变形包括弹性变形和塑性变形两部分，塑性变形不可逆。评价金属材料的塑性指标包括伸长率（延伸率）A 和断面收缩率Z表示。
韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。
超塑性是指在特定的条件下，即在低的应变速率(ε=10-2～10-4s-1)，一定的变形温度(约为热力学熔化温度的一半)和稳定而细小的晶粒度(0.5～5μm)的条件下，某些金属或合金呈现低强度和大伸长率的一种特性。
超塑性成形 - 超塑性成形的特点
1)金属塑性大为提高过去认为只能采用铸造成形而不能锻造成形的镍基合金，也可进行超塑性模锻成形，因而扩大了可锻金属的种类。
2)金属的变形抗力很小一般超塑性模锻的总压力只相当于普通模锻的几分之一到几十分之一，因此，可在吨位小的设备上模锻出较大的制件
3)加工精度高超塑性成形加工可获得尺寸精密、形状复杂、晶粒组织均匀细小的薄壁制件，其力学性能均匀一致，机械加工余量小，甚至不需切削加工即可使用。因此，超塑性成形是实现少或无切削加工和精密成形的新途径。
超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。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。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。
其伸长率可超过100%以上，如钢的伸长率超过500%，纯钛超过300%，铝锌合金超过1000%。
目前常用的超塑性成形的材料主要有铝合金、镁合金、低碳钢、不锈钢及高温合金等。
加工精度高超塑性成形加工可获得尺寸精密、形状复杂、晶粒组织均匀细小的薄壁制件，其力学性能均匀一致，机械加工余量小，甚至不需切削加工即可使用。因此，超塑性成形是实现少或无切削加工和精密成形的新途径。
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。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。
超塑性成形的重要特点是可在较小的变形力下只需1～2道成形加工就能获得形状复杂的或薄壁的零部件；主要缺点是加工成形速度慢。超塑性成形主要用于加工薄壁的、形状复杂的或其他成形方法很难加工的制品和一些飞行器用零部件。
对超塑性材料除了可以进行薄板成形、锻造、挤压、拉延等普通方法成形外，还可以进行超塑性成形和扩散焊接等复合成形。
薄板超塑性成形它分气压成形(吹塑胀形)、真空成形及模压成形
气压成形法是一种特殊的吹塑胀形工艺，与利用机械法、液压法或爆炸法实现的高压高能的胀形不同，它是一种低压(一般0.3～2MPa)、低能量消耗的一次可获得大变形量的胀形技术。在此种胀形过程中，被成形金属是自由的，摩擦损失很小。按照使用的模具结构不同，气压超塑性成形分为凸模成形法和凹模成形法。前者用于内表面尺寸精度高、形状准确、深宽比较大、脱模困难的成形零件；后者用于外表面的尺寸精度高、形状准确、深宽比较小、脱模较易的成形零件。
真空成形法是成形压力只有0.1MPa的气压成形，它也分为凸模成形法和凹模成形法。
模压成形法是把板料放在耦合模间的成形，它与一般冲压不同的是成形温度高，模压的速度慢。
板料成形
其成形方法主要有。
真空成形法有凹模法和凸模法。将超塑性板料放在模具中，并把板料和模具都加热到预定的温度，向模具内吹入压缩空气或将模具内的空气抽出形成负压，使板料贴紧在凹模或凸模上，从而获得所需形状的工件。对制件外形尺寸精度要求较高时或浅腔件成形时用凹模法，而对制件内侧尺寸精度要求较高时或深腔件成形时则用凸模法。
真空成形法所需的最大气压为105Pa，其成形时间根据材料和形状的不同，一般只需20~30s。它仅适于厚度为0.4~4mm的薄板零件的成形。
板料深冲
在超塑性板料的法兰部分加热，并在外围加油压，一次能拉出非常深的容器。深冲比
H/d0可为普通拉深的15倍左右。
挤压和模锻
超塑性模锻高温合金和钛合金不仅可以节省原材料，降低成本，而且大幅度提高成品率。所以，超塑性模锻对那些可锻性非常差的合金的锻造加工是很有前途的一种工艺。
实现超塑性的主要条件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。
超塑性成形- 精密模锻
1.精密模锻的概念
精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经切削加工。模锻件尺寸公差等级可达CT12～CT15，表面粗糙度为Ra3.2～1.6μm。
2.精密模锻的工艺
一般精密模锻的工艺过程大致是：先将原始坯料普通模锻成中间坯料；再对中间坯料进行严格的清理，除去氧化皮或缺陷；最后采用无氧或少氧化加热后精锻(图2-62)。为了最大限度地减少氧化，提高精锻件的质量，精锻的加热温度
较低，对碳钢锻造温度在900～450℃之间，称为温模锻。精锻时需在中间坯料中涂润滑剂以减少摩擦，提高锻模生命和降低设备的功率消耗。
3.精密模锻工艺特点
①需要精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料；否则会增大锻件尺寸公差，降低精
度。
②需要精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其他缺陷等。
③为提高锻件的尺寸精度和降低表面粗糙度，应采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。
④精密模锻的锻件精度在很大程度上取决于锻模的加工精度，因此，精锻模膛的精度必须很高。一般情况下，它要比锻件精度高两级。精锻模一定有导柱导套结构，保证合模准确。为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。
⑤模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。
⑥精密模锻一般都在刚度大、精度高的模锻设备上进行，如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。
超塑性成形- 粉末锻造
粉末锻造是粉末冶金成形方法和锻造相结合的一种金属加工方法。它是将粉末预压成形后，在充满保护气体的炉子中烧结制坯，将坯料加热至锻造温度后模锻而成。其工序如图2-63所示。与模锻相比，粉末锻造具有以下优点。
①材料利用率高，可达90%以上；而模锻的材料利用率只有50%左右。
②机械性能高。材质均匀无各向异性，强度、塑性和冲击韧性都较高。
③锻件精度高，表面光洁，可实现少或无切削加工。
④生产率高，每小时产量可达500～1000件。
⑤锻造压力小，如130汽车差速器行星齿轮，钢坯锻造需用总力为2500～3000kN压力机，粉末锻造只需总力为800kN压力机。
⑥可以加工热塑性差的材料，如难于变形的高温铸造合金可用粉末锻造方法锻出形状复杂的零件。采用粉末锻造出的零件有差速器齿轮、柴油机连杆、链轮、衬套等。
超塑性成形- 高能高速成形
高能高速成形是一种在极短时间内释放高能量而使金属变形的成形方法。高能高速成形的历史可追溯到100多年前，但由于成本太高及当时工业发展的局限，该工艺在当时并未得到应用。随着高新技术的发展及某些重要零部件的特殊需求，近些年来，高能高速成形得以飞速发展。高能高速成形主要包括：利用高压气体使活塞高速运动来产生动能的高速成形，利用火药爆炸产生化学能的爆炸成形，利用电能的电液成形，以及利用磁场力的电磁成形。
这些特殊的成形工艺不仅赋予了成形后的材料特殊的性能，而且与常规成形方法相比还有以下特点。
①高能高速成形几乎不需模具和工装以及冲压设备，仅用凹模就可以实现成形。
②高能高速成形时，零件以极高的速度贴模，这不仅有利于提高零件的贴模性，而且可以有效地减小零件弹复现象。所以得到的零件精度高，表面质量好。
③因为是在瞬间成形，所以材料的塑性变形能力提高，对于塑性差的用普通方法难以成形的材料，采用高能高速成形仍可得到理想的成形产品。
④高能高速成形方法对制造复合材料具有独特的优越性，例如，在制造钢-钛复合金属板中，采用爆炸成形瞬间即可完成。
⑤高能高速成形是特殊的成形工艺，成本高、专业技术性强是这种工艺的不足之处。
超塑性成形- 静液挤压
利用高压粘性介质给坯料外力而实现挤压的方法，称为静液挤压法。静液挤压的原理如图2 -64所示。
图2-64静液挤压原理图静液挤压所使用的高压介质，一般有粘性液体和粘塑性体。前者如蓖麻油、矿物油等，主要用于冷静液挤压和500～600℃以下的温、热静液挤压；后者如耐热脂、玻璃、玻璃-石墨混合物等，主要用于较高熔点金属的热静液挤压(坯料加热温度在7 00℃以上的挤压)。与普通挤压法一样，根据需要，静液挤压可在不同的温度下进行。一般将金属和高压介质均处于室温时的挤压过程，
称为冷静液挤压；在室温以上变形金属的再结晶温度以下的挤压过程，称为温静液挤压；而在再结晶温度以上的挤压过程，称为热静液挤压。
1.静液挤压的特点
静液挤压时的金属流动均匀，特别适合于各种包复材料的挤压成形，如钛包铜电极、多芯低温超导线材的成形。静液挤压时坯料处于高压介质中，有利于提高坯料的变形能力，因而静液挤压适于难加工材料的成形、精密型材成形。
静液挤压的材料主要有铝合金、铜合金、钢铁等金属材料，以及各种复合材料、粉体材料等。用于静液挤压的坯料准备比普通挤压时的要求高。为了在挤压初期顺利地在挤压筒内建立起工作压力，一般需要将
坯料的头部车削成与所用挤压模模腔相一致的形状。为了提高挤压制品的质量，防止污染高
压介质，需要对坯料进行车皮处理。坯料表面的车削状态对挤压制品的表面质量影响较大。当挤压比较小时，要求表面粗糙度在几个微米的范围内；当挤压比较大时，要求表面粗糙度在十几个微米以下。对于用于管材挤压的坯料，还要进行镗孔。
2.静液挤压的应用
1)异型材挤压
由于静液挤压时可以获得良好的润滑条件和均匀涂层流动状态，因而特别适合于内表面或外表面带有细小复杂筋条，且形状与尺寸精度和表面质量要求高的各种异型管材与棒材的成形。静液挤压可以在较低温度下实现大变形程度的高速挤压，所以对于一些高强度铝合金，由于高温脆性的缘故，在普通挤压机上，只能采取很低的速度进行挤压；而静液挤压可以将挤压温度降低至200～300℃，这样既可以避免高温脆性
又可以大幅度提高挤压速度。采用静液挤压法，铜及铜合金小尺寸管材可用高达数百的挤压比实现一次挤压成形，大大简化了生产工艺。同时，由于挤压温度较低，可获得细小再结晶组织的制品。
2)难加工材料挤压
钛合金型材，特别是薄壁型材，采用普通挤压方法成形十分困难。采用静液挤压法挤压钛合金时，挤压温度可大大降低，且挤压制品具有尺寸精度高，表面质量好，性能均匀等特点，同时，还可以提高挤压制品的力学性能。
3)高温合金挤压
利用静液挤压强烈的三向压应力作用，可以改善金属的变形能力，进行镍基合金、金属间化合物等高温合金零部件的直接成形。
4)难熔金属材料挤压
大多数难熔金属因其变形抗力大、塑性差，采用常规挤压法挤压难熔金属难度大。在900～1500℃高温下，难熔金属不能在空气介质中成形，因为金属易与气体发生作用，使性能显著劣化。采用静液挤压法，以玻璃-石墨混合物为高压介质，使部分难熔金属挤压成为可能。
5)粉体材料挤压
热静液挤压同时具有热等静压和挤压成形两种功能，尤其适合于粉体材料的直接挤压成形。例如，在钢质包套中以70%的相对密度填充高速钢粉末，然后进行热静液挤压，可以获得与铸造坯料经锻造后材料力学性能的制品。采用热等静压工艺处理，然后在400～500℃温度下进行静液挤压，可以获得致密无缺陷的SiC纤维强化铝基复合材料。
6)包复材料挤压
利用金属流动均匀和具有高静水压力作用等特点，静液挤压非常适合于各种包复材料(或称层状复合材料)的成形。例如，冷静液挤压的铜包铝复合材料，在高温下金属间化合物的包复材料的成形。由于高温和高压作用，容易获得具有完全冶金接合的界面接合质量。
超塑性成形- 连续挤压
与轧制、拉拔等加工方法相比，常规挤压(包括正挤压、反挤压、静液挤压)的最大缺点是生产的不连续性，一个挤压周期中非生产性间隙时间长，对挤压生产效率的影响较大。并且，由于这种间隙性生产的缘故，使得挤压生产的几何废料(压余与切头尾)比例大为增加，成品率下降。因此，挤压加工领域很早以来一直致力于尽可能地缩短挤压周期中的非生产性间隙时间，并同时力求减少挤压生产几何废料。因此，自20世纪70年代起，各国都在致力于连续挤压新技术的开发和研究。连续挤压方法(包括半连续挤压法)大致可以分为两大类。第一类是基于Green的Conform连续挤压原理的方法，其共同特征是通过槽轮或链带的连续运动(或转动)，实现挤压筒的“无限”工作长度，而挤压变形所需的力，则由与坯料相接触的运动件所施加的摩擦力提供。例如，连续摩擦筒挤压法(Fuchs等，1973年)、轧挤法(Avitzu r,1974年)、轮盘式连续挤压法(Sekiguchi等，1975年)、链带式连续挤压法(Black等，1 976年)、连续铸挤(英国Alform公司，1983年)等均属此类。第二大类是源于20世纪60年代后期为了克服静液挤压生产周期中间隙时间过长的缺点，而试图使挤压生产连续化的研究。这一类方法的共同特点是，利用高压液体的压力或粘性摩擦力，或再辅之以外力作用，实现半连续或连续的挤压变形。例如，半连续静液挤压-拉拔法(Sabroff等，1967年)、粘性流体摩擦挤压法(Fuchs,1970年)、连续静液挤压-拉拔法(松下富春等，1974年)等属于此类。所有这些方法中，Conform连续挤压法是目前应用范围最广、工业化程度最高的方法。
Conform连续挤压原理为了实现连续挤压，必须满足以下两个基本条件：
①不需借助挤压轴和挤压垫片的直接作用，即可对坯料施加足够的力实现挤压变形；
②挤压筒应具有无限连续工作长度，以便使用无限长的坯料。为了满足第一个条件，其方法
之一是采用如图2-65(a)所示的方法，用带矩形断面槽的运动槽块和将挤压模固定在其上的固定矩形块(简称模块)构成一个方形挤压筒，以代替常规的圆形挤压筒。当运动槽块沿图中箭头所示方向连续向前运动时，坯料在槽内接触表面摩擦力的作用下向前运动而实现挤压。
但因为运动槽块的长度是有限的，所以仍无法实现连续挤压。为了满足上述的第二个条件，其方法之一就是采用槽轮(习惯上称为挤压轮)来代替槽块，如图2-65(b)所示。随着挤压轮的不断旋转，即可获得“无限”工作长度的挤压筒。挤压时，借助于挤压轮凹槽表面的主动摩擦力作用，坯料(一般为连续线杆)连续不断地被送入，通过安装在挤压靴上的模子挤出成所需断面形状的制品。这一方法称为Conform连续挤压法，是由英国原子能局(UKAEA)斯普林菲尔德研究所的D.Green于1971年提出来的。
应用编辑
超塑成形技术最广泛的应用是与扩散连接技术组合而成的超塑成形/扩散连接组合工艺技术，利用金属材料在一个温度区间内兼具超塑性与扩散连接性的特点，一次成形出带有空间夹层结构的整体构件。按照成形构件初始毛坯数量不同可以分为单层、两层、三层及四层结构形式。采用超塑成形/扩散连接工艺成形的空心夹层结构零件具有成形性好、设计自由度大、成形精度高、没有回弹、无残余应力、刚性大、周期短、减少零件数量等优点。由于
采用这种结构减少了零件和连接件的数量，消除了大量的连接孔，也避免了连接孔在连接过程中可能出现的裂纹，大大提高了结构的耐久性和损伤容限。另外，该结构可以实现最佳的刚度重量比。用超塑成形/扩散连接结构代替常规的金属结构件，一般可减轻结构重量
10%~50%，制造成本可降低25%~40%，所带来的经济效益相当可观，广泛应用于航空航天领域。钛合金在相同的温度窗口内，兼具优良的超塑性及扩散连接性，是目前应用最为广泛的超塑成形/扩散连接工艺材料，军民用飞机机身整体框、梁、壁板、口盖、舱门、机翼、后机身隔热板等部件均采用超塑成形/扩散连接多层空心结构形式，减重效益突出。除此以外，在大涵道比涡扇发动机中采用超塑成形/扩散连接技术成形宽弦空心风扇叶片，代表了超塑成形/扩散连接技术发展应用的最高水平。[1]
材料超塑性及应用
材料超塑性及应用 课程编号： 课程名称：材料超塑性及应用 英文名称：Superplasticty and its Application for Materials 学分：2 先修课程基础：《晶体结构与缺陷》，《工程力学》与《材料力学》二者之一。教材：自编 一、课程简介 本课程的目的在于使学生对于材料超塑性的力学、微观机理、应用等方面具有比较深入的理解，初步掌握超塑性的研究路线及方法。对超塑性力学行为与显微组织及其变化的关系的物理本质具有比较清晰的认识，对超塑性的发展及其应用领域具有比较明确的分析，对超塑性的试验研究手段具有一定的了解，对于超塑性的应用及超塑性成形工艺具有一定的初步知识。通过本课程的学习，使研究生对超塑性实验、理论、应用，及其与常规塑性变形的关系具有比较明确的认识，为其在今后研究和工作中的应用打下基础。 二、基本要求 基础知识：超塑性力学特征，材料超塑性宏观行为与微观结构的关系，几种典型超塑性材料及其成形应用。
实验及技能：超塑性力学性能实验应力、应变、应变速率、ｍ植等的热力模拟试验，数据分析、实验报告；超塑性材料显微组织及其在超塑性变形 中的变化。 三、内容概要 第一章材料超塑性概述（２学时） １.１、超塑性研究及应用的历史 １.２、超塑性的分类 １.３、对超塑性变形机理的认识和争论 １.４、几位对超塑性学术发展具有重要影响人物研究工作介绍 第二章超塑性力学特征（４学时） ２.１、超塑性本构关系 ２.２、超塑性应力—应变关系、应力—应变速率关系 ２.２、超塑性力学实验方法 第三章超塑性变形微观机理（６学时） ３.１、常规塑性变形、蠕变、绝热剪切等变形的微观机理 ３.２、对超塑性变形微观机理的认识及争论 第四章几种材料超塑性（５学时）
金属塑性成性原理考试资料
1、塑性：在外力的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称为塑性。 2、塑性成形：金属材料在一定的外力作用条件下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形也称塑性加工或压力加工。 3、塑性成形分为块料和板料成形，块料成型又分为一次加工和二次加工。 4、一次加工：生产原材料，加工方法包括轧制、挤压、和拉拔。 5、二次加工：生产零件或坯料，加工方法包括自由锻和模锻。 6、滑移：所谓滑移是指晶体在力的作用下，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。 7、就金属的塑性变形能力来说，滑移方向的作用大于滑移面的作用。 8、滑移面对温度具有敏感性。 9、设拉力P 引起的拉伸力为σ，则在此滑移方向上的切应力分量为τ=σcos Φcos λ,令u=cos Φcos λ，若Φ=λ=45o，则u=u ax m =0.5 τ=τmax =σ/2 10、位错增值：由于晶体产生一个滑移带的位移量
需要上千个位错的移动，且当位错移至晶体表面产生一个原子间距的位移后，位错便消失，这样，为使塑性变形能不断进行，就必须有大量的位错出现，这就是在位错理论中所说的位错的增值。11、晶体中的滑移过程，实质就是位错的移动和增值过程，加工硬化的原因就是位错增值。 12、孪生：是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）发生均匀切变。 13、晶间变形：晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。…………晶间变形小，主要是因为晶间变形强度低。 14、塑性变形的特点：（1）各晶粒变形的不同时性（2）各晶粒变形的相互协调性（3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 (屈服强度)越大，δ越大，金属A晶粒越细，σ B 的塑性也越好。 15、冷塑性变形对金属组织和性能的影响：（一）组织的变化：1、晶粒形状的变化；2、晶粒内产生亚结构；3、晶粒位向改变；4、晶粒内部出现滑移带和孪生带。（二）性能的变化：金属的力学性能
金属材料的塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。字串2 编辑本段 金属材料的硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度（HB） 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度（HR） 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。 3 维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。
大块非晶合金的超塑性成形技术及发展现状
本科生课程论文 (2013-2014学年第二学期) 大块非晶合金超塑性成形技术及研究现状 曾昭源 提交日期：2014、6、2 学生签名：曾昭源
大块非晶合金超塑性成形技术及研究现状 曾昭源 摘要：与晶态合金相比，大块非晶合金成形出来的零件在表面光洁度、强度、硬度、冲击断裂性能以及耐腐蚀性等方面具有十分明显的优势。但是大块非晶合金的高强度、高硬度的特点使得其在室温下机加工困难、可塑性差、延伸率几乎为零，这大大制约了非晶合金的广泛应用。超塑性成形方法是利用大块非晶合金在过冷液相区下呈现牛顿粘性流动状态或近似的牛顿粘性流动状态而表现出优良的塑性的特点，实现对大块非晶合金的塑性加工。本文从大块非晶合金的超塑成形原理、影响非晶合金超塑性的因素以及该技术在精细零部件中的应用等方面对大块非晶合金超塑性成形技术进行综述，介绍大块非晶合金在上述三方面的研究现状，指出目前研究主要考虑了温度和应变速率对大块非晶合金超塑性的影响，而对应力应变状态、加热速率等研究却很少涉及。同时说明了理论体系建立落后于实验研究是目前大块非晶合金超塑成形技术的主要问题。 关键词：大块非晶合金；过冷液相区；超塑性成形；温度；应变速率；精细零部件 1 大块非晶合金超塑性成形机理及其特点 大块非晶合金是指在结构上具有长程无序、短程有序和各向同性的特点，其原子在空间排列上不具有周期性和平移性，不存在晶态合金所特有的各种晶体缺陷的一类合金。[1]大块非晶合金在热力学上属于亚稳态材料，当温度升高时，会发生玻璃化转变，进而发生晶化反应。在玻璃转化温度与晶化开始温度之间存在一个50 ~150C 的温度区间，这个区间被称为过冷液相区。正是这一特殊区域的存在，使大块非晶合金可以在保持类似于液体结构的同时表现出具有一定粘度的与氧化物玻璃极为相似的性质，呈现牛顿粘性流动状态或近似的牛顿粘性流动状态，表现出优良的超塑性能。[2]因此，对于大块非晶合金，所谓的超塑性成形是指把合金的温度控制在过冷液相区的塑性成形。与传统的成形工艺相比，大块非晶合金超塑性成形机理成形出来的零件具有高强度、高精度、高表面光洁度的特点，适合应用于国防装备、航空航天器件、精密机械等领域精密零部件的制造。 2 影响大块非晶合金超塑性的因素 2.1 温度对大块非晶合金超塑变形的影响 以Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金为例[3]，由其图1所示为采用NETzsCH DSC204热分析仪测得的该非晶合金的示差扫描量热分析(DSC)曲线可看出该大块非晶合金的过冷温度域为635.6K——710.4K。如图2为实验测得的zr基非晶合金在不同温度下的应力一应变曲线。
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 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； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
金属塑性成型原理-知识点
名师整理精华知识点 名词解释 塑性成型：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法 加工硬化：略 动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶 超塑性变形：一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等，则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态 塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 屈服准则（塑性条件）：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，指点才开始进入塑性状态，这种关系成为屈服准则。 塑性指标：为衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指标。 晶粒度：表示金属材料晶粒大小的程度，由单位面积所包含晶粒个数来衡量，或晶粒平均直径大小。填空 1、塑性成形的特点（或大题？） 1组织性能好（成形过程中，内部组织发生显著变化）2材料利用率高（金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不切削，废料少，流线合理）3尺寸精度高（可达到无切削或少切屑的要求）4生产效率高适于大批量生产 失稳——压缩失稳和拉伸失稳 按照成形特点分为1块料成形（一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形（滑移，孪生）和晶界变形 超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性 冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变 固溶强化、柯氏气团、吕德斯带（当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹，称为吕德斯带） 金属的化学成分对钢的影响（C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆）；组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。 摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦 摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论 库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件 t=mK 塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属 常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余 影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物 常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂（干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂） 问答题 1、提高金属塑性的基本途径 1、提高材料成分和组织的均匀性 2、合理选择变形温度和应变速率 3、选择三向压缩性较强的变形方式 4、减小变形的不均匀性 2、塑性成形中的摩擦特点 1、伴随有变形金属的塑性流动 2、接触面上压强高 3、实际接触面积大 4、不断有新的摩擦面产生 5、常在高温下产生摩擦 3、塑性成形中对润滑剂的要求 1、应有良好的耐压性能 2、应有良好的耐热性能 3、应有冷却模具的作用 4、应无腐蚀作用 5、应无毒 6、应使用方便、清理方便 4、防止产生裂纹的原则措施 1、增加静水压力 2、选择和控制适合的变形温度和变形速度 3、采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。 4、提高原材料的质量 5、细化晶粒的主要途径 1、在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作为脱氧剂 2、采用适当的变形程度和变形温度 3、采用锻后正火或退火等相变重结晶的方法 6、真实应力-应变的简化形式及其近似数学表达式1、幂指数硬化曲线Y=B?n 2、有初始屈服应力的刚塑性硬化曲线Y=σs+B1?m 3、有初始屈服应力的刚塑性硬化直线Y=σs+B2?4、无加工硬化的水平直线Y=σs 7、为什么晶粒越细小，强度和塑性韧性都增加？晶粒细化时，晶内空位数目与位错数目都减少，位错与空位、位错间的交互作用几率减小，位错易于运动，即塑性好。位错数目少，塞积位错数目少，使应力集中降低。晶粒细化使晶界总面积增加，致使裂纹扩展的阻力增加，推迟了裂纹的萌生，增加了断裂应变。晶粒细小，裂纹穿过晶界进入相邻晶粒并改变方向的频率增加，消耗的能量增加，韧性增加。另外晶界总面积增加可以降低晶界上的杂质浓度，减轻沿晶脆性断裂倾向。 8、变形温度对金属塑性的影响 总趋势：随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并非简单的线性上升；在加热过程的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在一般情况下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个脆性区，包括低温的、中温的、和高温的脆性区。 9、动态回复、为什么说是热塑性变形的主要软化机制？ 动态回复是指在热塑性变形过程中发生的回复，2，动态回复，主要是通过位错的攀移，交滑移等，来实现的，对于铝镁合金、铁素体钢等，由于它们层错能高，变形时扩展位错宽度窄，集束容易，位错的攀移和交滑移容易进行，位错容易在滑移面间转动，而使异号位错相互抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平。因此这类金属在热塑性变形过程中，即使变形程度很大，变形温度远高于再结晶温度，也只会发生动态回复，而不发生动态再结晶。 10、什么是动态再结晶，其主要影响因素？（自己总结吧，课本太乱） 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶。与金属的位错能高地有关，与晶界迁移的难易有关 ，金属越纯，发生动态再结晶的能力越强。
金属超塑性成形
第一章绪论 1.1钛及钛合金 英国矿物学家和化学家William Mcgregor在1791年发现了钛元素，他分析了钛铁矿（FeOTiO2），并利用磁铁除去了矿砂中的铁，再用盐酸处理剩余物，得到了不太纯的钛氧化物。但是由于钛与氧、氮、碳、氢等元素有极强的亲和力，且与绝大多数耐火材料在高温下发生反应，从而使金属钛的提取工艺非常复杂和困难。因此经历了一百多年的摸索和努力，最终卢森堡化学家Wihelm Justin 和Ca制取了大量的钛。后来发明了生产金属钛的钠热Kroll于1932年用TiCl 4 法、碘化法等方法。 钛合金的突出特点，在于它的高比强度及优良的耐腐蚀性，同时又具有良好的耐热性和低温性能，因而实用性强，应用面广。只要选材得当，不仅能够大大提高装备的工作效能，同时也可以带来明显的经经济效益。在耐腐蚀性方面，钛合金在氧化性及中性介质中极为稳定，在海水中的腐蚀速率远远低于不锈钢，可与白金媲美，故适于在航空、航天、石油、化工、电力、冶金、农药、造纸、造船、食品及医疗卫生等部门应用。 钛合金一般按退火组织分为α型，β型及α+β型三大类。国产钛合金牌号分别用 TA、TB、TC作为字头，其后标明合金序号，如 TA7，表示第七号钛合金。 α型钛合金（包括纯钛）在常温下不能保留高温的体心立方β相，因此应全部为单相α组织。但根据热加工和热处理的差异，α相有几种形态：塑性变形后经过完全再结晶退火，α相呈等轴状，但由于杂质元素对β相稳定作用，α基体上可能出现少量（2～3%）的粒状β相；若α相呈片状，且呈规则排列，这种形态称为魏氏组织；如在β相区加热后水淬，将发生马氏体转变，此时α相呈针状或锯齿形；当α型钛合金含有过量氢时，则会出现针状氢化钛。α+β型钛合金的组织特点：在平衡状态下，合金由α+β两相组成，两相比例取决于合金成分，特别是β稳定化元素的含量。国产α+β型钛合金中的β相含量大约在 5～20%范围内。两相的形态和分布与热加工历史及热处理等工艺有直接关系，变化复杂，但是它还是有几种典型组织：等轴α+β组织，α相为基体，β分布在α相相边界处，均呈等轴或多边形，只有经过充分塑性变
金属塑形作业题答案
一、填空题（括号内为参考答案） 1、板料冲压成形的主要工序有冲裁、弯曲、拉深、（起伏、胀形、翻边）等。 2、衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 3、金属单晶体变形的两种主要方式有滑移和孪晶。 4、金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 5、研究塑性力学时，通常采用的基本假设有连续性假设、均匀性假设、初应力为零、体积力为零、各向同性假设、体积不变假设。 6、金属塑性成形方法主要有拉拔、挤压、锻造、拉深、弯曲等。（冲孔、落料、翻边、、） 7、金属的超塑性可分为微细晶粒（恒温）超塑性和相变（变态）超塑性两大类。 8、金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 9、影响金属塑性的主要因素有：化学成分，组织状态，变形温度，应变速率，变形力学条件。 10、平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σz =（σx +σy）/2 = σm 。 11、主应力法的实质是将平衡微分方程和屈服方程联立求解。 二、判断题 1、促使材料发生塑性变形的外力卸除后，材料发生的塑性变形和弹性变形都将保留下来，成为永久变形。 ( F ) 2、为了消除加工硬化、减小变形抗力，拉拔成形时应该将坯料加热到再结晶温度以上。金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积发生变化。 ( F ) 3、弹性变形时，应力球张量使物体产生体积的变化，泊松比ν＜。 ( T ) 4、理想塑性材料在发生塑性变形时不产生硬化，这种材料在中性载荷时不可产生塑性变形。 ( F ) 5、由于主应力图有九种类型，所以主应变图也有九种类型。 ( F ) 6、八面体平面的方向余弦为l=m=n=1/3。（±） ( F ) 7、各向同性假设是指变形体内各质点的组织、化学成分都是均匀而且相同的，即各质点的物理性能均相同，且不随坐标的改变而变化。(这是均匀性假设) ( F ) 8、金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积发生变化。 ( F ) 9、金属材料在完全热变形条件下无法实现拉拔加工。 ( T )
超塑性成形的发展状况
超塑性成形的发展状况 摘要：金属材料的超塑性是指金属在特定条件下，具有更大的塑性。本文主要介绍了超塑性成形的主要发展历程，超塑性成形的主要应用，非金属材料的超塑性研究和国内外的发展现状。 关键词：超塑性金属材料成形 一、绪论 近年来，高温合金和钦合金的使用不断增加，尤其是在宇航飞行器及其发动机生产中。这些合金的特点是:流变杭力高，可塑性低，具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成木高昂。如采用普通热变形锻造时，机械加工的金属损耗达80%左右，如采用超塑性成形方法，就能改变锻件肥头大耳的落后状况。 金属材料的超塑性是指金属在特定条件(晶粒细化.极低的变形速度及等温变形)下，具有更大的塑性。如低碳钢拉伸时延伸率只有30~40%，塑性好的有色金属也只有60~70%，但超塑性状态。一般认为塑性差的金属延伸率在100~200%范围内，塑性好的金属延伸率在500~2000%范围内。 要使超塑性出现，必须满足某些必要条件。首先必须使金属具有0.25-2.5μm的极细晶粒，即必须小于一般晶粒大小的十分之一。其次，当温度达金属熔点一半以上时，具有一般晶粒金属的晶粒便开始长大，而这时细晶粒金属的晶粒保持稳定。因此，超塑性除要求有极细的晶粒度外，还必须具有高的延伸率和低的屈服应力，并以低的变形速率在高于熔点一半的温度下进行加工。 二、超塑性成形的发展 早在1920年，德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹，它和普通晶体材料大不相同。他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。1934年，英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是 C.E.pearson 将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000%的试样。很奇怪的是这种慢速大延伸的金
超塑性金属
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，使用起来也就愈安全。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，而且排列极不规则。 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则精细，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。而超塑性合金恰恰宏观变形能力极好，它在拉伸过程中能够抑制颈缩的发生。那么超塑性合金又是怎样有效地抑制颈缩的发生呢？众所周知，我们用力拉动弹簧时，手给弹簧一个拉力，同时弹簧为了保持原有的状态，会给手一个反作用力。这个反作用力就是变形抗力。当超塑性合金受到外界拉力时，同样会在合金内部产生一个变形抗力。变形抗力的不均匀，导致了颈缩的发生。为了找到影响变形抗力的因素，捕捉它们之间的规律，科学家们对所有超塑性合金做实验。在实践中他们发现超塑性合金的变形抗力随着拉伸速度的增加而增加。也就是说，速度越快，抗力越大，速度越慢，抗力越小。我们在做拉伸试验时，当超塑性合金在拉伸过程中出现颈缩时，颈缩处拉伸的速度迅速加快，所以它产生的变形抗力比其他没有发生颈缩的位置抗力大。这时的拉力就象电流一样，哪里电阻小，电流就会流向哪里。因此拉力首先拉动那些变形抗力小的部分，从而有效地抑制了颈缩的发生。
金属的超塑性的应用论文韩老师
超塑性应用论文 金属的超塑性的应用 河北科技大学材料科学与工程学院成型113班王芳雪 摘要： 1.金属超塑性的概念。 2.超塑性金属的组织特征。 3.影响超塑性的主要因素。 4.超塑性的主要因素。 5.超塑性发展面临的主要问题。 目的： 根据超塑性的概念和组织结构及影响超塑性的主要因素可以推知其可能的主要的应用，从而可以为人们在超塑性材料领域进一步发展和应用做出一定的基础。 正文： 1.金属超塑性的概念： 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（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。 2.超塑性金属的组织特征: 到目前为止所发现的细晶超塑性材料，大部分是共析和共晶合金，要求有极细的等轴晶粒、双相及稳定的组织。之所以要求双相，是因为第二相晶粒能阻碍母相晶粒的长大，而母相也能阻碍第二相的长大。所谓稳定，是要求在变形过程中晶粒较大的速度要慢，以便有充分的热变形持续时间。由于超塑性变形并不全是滑移、孪生等普通塑性变形机制，而是一种晶界作用，这就要求有数量多而又短的晶粒边界，并且界面要平坦，易于变形流动，以减少组织内的切应力。在这些因素中，晶粒尺寸是主要的因素。一般认为大于10μm 的晶粒组织是难以实现超塑性的。 超塑性变形时，尽管达到异常大的伸长率，但与普通塑性变形不同。首先是对应异常大的伸长率，晶粒没有被拉长，仍保持等轴状态，而晶粒的直径在变形部分长大。显微观察发现，晶粒不是原样的简单粗大化，而是伴随晶粒回转的同时发生同相晶粒的接近、合并和再分割过程的反复进行。其次是发生显著的晶界滑移、移动及晶粒回转，但并不产生脆性的晶界断裂。再次是几乎观察不到位错组织。最后是结晶学织构不发达，若原始取向无序，超塑性变形后仍为无序，而原来故意使之具有的变形织构在超塑性变形后织构破坏，
陶瓷材料的超塑性
陶瓷材料的超塑性 刘文娣 齐鲁工业大学材料科学与工程学院材工10-2班山东济南 250353 摘要：虽然陶瓷材料在本质上是一种脆性材料；然而研究已表明细晶陶瓷材料具有超塑性，在高温下能产生很大的拉伸形变。陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率，断裂前无颈缩发生。通过对超塑性晶界滑移微观机理的解释，了解超塑性产生的原因，进而分析一下陶瓷材料的形变特征参数，最后简单介绍纳米陶瓷材料，及陶瓷材料超塑性的发展前景。 关键词：陶瓷材料；超塑性；晶界滑移；相变超塑性；陶瓷应用 引言：陶瓷材料由于具有优良的性能,如高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨、比重小等,因而得到越来越广泛的应用,尤其适合用于在高温、摩擦和腐蚀介质的场合取代金属部件。 陶瓷很容易获得细晶结构，而且结构比较稳定，即使在较高的温度时晶粒长大也不是很明显，这显示了陶瓷具有超塑性变形的潜力，但陶瓷材料在常温下几乎不产生塑性变形，实现超塑性形变要比金属材料困难得多。 陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率，断裂前无颈缩发生。陶瓷的超塑性要求 1.试验温度应达到材料熔化温度的一半以上；2晶粒尺寸要很小，通常应小于<1μm；3.能稳定保持细晶结构，没有或只有轻微的晶粒生长;4晶粒具有等轴粒状，以利于晶界滑移的发生；5.能抑制空洞的产生和连接以及晶界分离。 一．陶瓷材料超塑性介绍 1.1 超塑性的分类 细晶超塑性：晶粒尺寸通常小于10微米；变形温度T>0.5Tm,并在变形过程中保持恒定应变速率较低。 相变超塑性：并不要求具有超细晶粒组织，而是在一定的温度和应力条件下，经过多次循环相变或同素异构转变而获得大延伸率。 1.2 陶瓷材料超塑性变形的结构特征 晶界滑动是人们普遍接受的变形机制，从晶界的组织结构出发，可以将晶界滑动分为三种类型：第一，界面结构使晶界上的原子比在晶格内的扩散快得多，这种类型的界面一般来说是大角度晶界；第二种类型，晶界间存在少量液相，如果晶相在液相中有一点溶解度，就可以增强晶间的扩散作用；第三种类型，主要
第三章 金属的塑性变形与再结晶
第三章 金属的塑性变形与再结晶 在机械制造业中，许多金属制品都是通过对金属铸锭进行压力加工获得的。压力加工就是对金属施加外力，使其产生塑性变形，改变形状和尺寸，用以制造毛坯、工件或机械零件的成形加工方法，在生产中称为锻压，即锻造与冲压的总称。常见的金属压力加工方法有锻造、轧制、挤压、拉拔、冷冲压等，如图3－1所示。 压力加工不仅改变了金属的外形和尺寸，而且其内部的组织和性能也发生了变化。因此，研究金属塑性变形的过程，了解金属变形时组织与性能的变化规律，以及加热对变形金属的影响，对金属的加工工艺、加工质量和使用有很重要的意义。 第一节 金属的塑性变形 金属在外力作用下产生变形，其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。弹性变形在外力去除后能够完全恢复，所以不能用于成形加工。只有塑性变形才是永久变形，才能用于成形加工。 弹性变形是由于外力克服原子间的作用力，使原子之间的距离发生改变，原子偏离原来平衡位置而产生的。当外力去除后，在原子间作用力 的
作用下，原子返回原来的平衡位置，金属恢复原来的形状。金属产生弹性变形后，其组织和性能不发生改变。 金属的塑性变形过程比弹性变形复杂，而且塑性变形后金属的组织及性能发生了改变。 一、单晶体的塑性变形 工业用金属材料大多是由多晶体构成的，要说明多晶体的塑性变形，必须首先了解单晶体的塑性变形。 实验证明，晶体在正应力作用下，只能产生弹性变形，并直接过渡到脆性断裂，只有在切应力作用下才会产生塑性变形。单晶体的塑性变形主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动，如图3－2所示。要使晶体产生滑移，作用在晶体上的切应力必须达到一定的数值。当原子移动到新的平衡位置时，晶体就产生了微量的塑性变形，大量晶面上滑移的总和，就形成了宏观上的塑性变形。 一般来说，滑移是沿原子排列最密集的晶面及原子排列最密集的方向进行的，分别称为滑移面和滑移方向。金属因晶体结构不同，其滑移面和滑移方向的数量是不同的，所以金属的塑性存在着差异。滑移面和滑移方向的数量越多，金属的塑性就越好。 研究表明，晶体滑移时，并不是一部分相对于另一部分沿滑移面作整体移动。如果是整体移动，那么，需要克服的滑移阻力是十分巨大的。实际上滑移是借助于晶体中位错的移动来进行的，如图3－3所示。在切应力的作用下，通过一条位错线从滑移面的一侧移动到另一侧，便产生了一个原子间距的滑移，这只需要位错线附近少数原子作微量移动，而且移动的距离小于一个原子间距。大量的位错移出晶体表面，就产生了宏观上的塑性变形。因此。通过位错移动来实现滑移，所需克服的滑移阻力很小，滑移容易进行，这与实际测量的结果是一致的。 单晶体在滑移变形时还伴随着晶面的转动，如图3－4所示。晶体受拉
对超塑性成型的认识
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
具有超塑性的铝合金
具有超塑性的铝合金 摘要:本文通过查阅文献,介绍了铝合金的超塑性,解释了超塑性等基本概念，阐述了该合金的制备方法、工艺，同时结合文献中的数据，讨论了超塑性的产生机理。 1.概述 金属或合金在特定组织形貌、形变温度、形变速度时，可以呈现异常高的塑性，延伸率可达百分之几百，甚至达百分之一千或几千以上，这种现象称为超塑性[1]。Chokshi等[2]将其解释为：超塑性是多晶材料在断裂前各向同性地显示高拉伸延伸率的能力。Song Y Q等[3]将超塑性变形过程描述为：就微观而言，其变形物理过程是以晶粒旋转、晶界滑移、晶界位移为主，同时伴有位错滑移、动态回复和动态再结晶等协调作用的复杂过程；就宏观力学行为而言，在载荷失稳时不伴随缩颈产生，在缩颈出现后并不导致断裂，而是能重新建立起很长的准稳定变形过程；就材料参数而言，m(应变速率敏感性指数)值和n(应变硬化指数)值越大，n值与τ(应力松弛指数)值越接近，其超塑性越好。具有超塑性的合金包括锌、铝、铜合金等等。同时，某些金属间化合物、陶瓷以及某些高强度硬脆材料也具有超塑性。 应变速率敏感指数(strain rate sensitivity exponent) 指塑性变形时材料的流变应力对于应变速率的敏感性参数，亦即当应变速率增大时材料强化倾向的参数，其表达式为： m=dlgσ/dlgε 式中σ为材料的流变应力；ε为应变速率。m值是表达金属的超塑性特性的极其重要的指标。对于普通金属材料，m=0.02～0.2；而对于许多超塑性金属材料，m=0.3～0.9。一般地，m值越大说明材料的超塑性越好。 关于超塑性的产生机理尚不能确定，较为公认的有以下三种理论： （1）微细晶粒伴随动态再结晶机制。此种机制认为超塑性材料在高应变速率超塑性加工时，会发生动态再结晶，从而形成微细晶粒促进高应变速率超塑性变形。如Al-Mg 系合金在Mg 元素改变其基体的滑移体系的前提下，超塑变形时发生动态再结晶形成细小的亚晶粒，之后，亚晶粒进一步长大由小角度向大角度转化形成微细的晶粒，促进了超塑变形进行[4]。 （2）液相调节晶界滑移机制。普遍认为晶界滑移（GBS）是超塑变形的主要机制，并且应变速率敏感系数m值越高，意味着晶界滑移对总变形的贡献也越大. 在材料超塑性流变
金属塑性_知识点汇总
金属塑性成形原理复习指南 第一章绪论 1、基本概念 塑性:在外力作用下材料发生永久性变形，并保持其完整性的能力。 塑性变形:作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的永久变形成为塑性变形。 塑性成型:材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定的力学性能的加工方法。 2、塑性成形的特点 1）其组织、性能都能得到改善和提高。 2）材料利用率高。 3）用塑性成形方法得到的工件可以达到较高的精度。 4）塑性成形方法具有很高的生产率。 3、塑性成形的典型工艺 一次成形（轧制、拉拔、挤压） 体积成形 塑性成型 分离成形（落料、冲孔） 板料成形 变形成形（拉深、翻边、张形） 第二章金属塑性成形的物理基础 1、冷塑性成形 晶内：滑移和孪晶（滑移为主）滑移性能（面心>体心>密排六方） 晶间：转动和滑动 滑移的方向：原子密度最大的方向。 塑性变形的特点： ① 各晶粒变形的不同时性； ② 各晶粒变形的相互协调性； ③ 晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 合金使塑性下降。 2、热塑性成形 软化方式可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶等。 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移，晶内孪生，晶界滑移和扩散蠕变等。 3、金属的塑性 金属塑性表示方法：延伸率、断面收缩率、最大压缩率、扭转角（或扭转数） 塑性指标实验：拉伸试验、镦粗试验、扭转试验、杯突试验。 非金属的影响：P冷脆性 S、O 热脆性 N 蓝脆性 H 氢脆 应力状态的影响：三相应力状态塑性好。 超塑性工艺方法：细晶超塑性、相变超塑性 第三章金属塑性成形的力学基础 第一节应力分析 1、塑性力学基本假设：连续性假设、匀质性假设、各向同性假设、初应力为零、体积力为零、体积不变假设。
金属塑性成形技术
文献综述 题目金属塑性成形 学院航空制造工程学院专业机械制造及其自动化姓名段盼光 学号140308020101 2015年6月10日
金属塑性成形 （） 【摘要】金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一，包括锻、冲、挤、轧，拉、辊、旋、辗等工艺技术。结合近代科技，金属成形技术正向精密、高效、节能、节材，清洁化生产方向发展，是国家工业发展的最基础工艺技术之一。文章主要对塑性成形的基本原理、方法以及应用做了综合介绍。文章还列举了塑性成形在工业生产中的具体应用实例，收集了国内外关于塑性成形的一些最新研究进展。最后针对塑性成形技术的发展提出了一些建议和对该技术在以后的生产中的展望。 【关键词】塑性成形原理应用展望 【abstract】Metal plastic forming technology is the most basic,oldest and important processing means in machinery, metallurgy, automobile tractor, electrician instruments, the space industry, including forging, blunt, extrusion, rolling, pull, roller, spin and rolling process technology. With modern technology, metal forming technology of positive precision, high efficiency, energy saving, section, the clean production direction development, is the national industrial development of one of the most basic technology. The thesis mainly introduced the principle、method and application of plastic forming.In addition,the thesis also listed some specific application examples about plastic forming in industrial production and collected some latest research progress about plastic forming. Finally, in allusion to the development of plastic forming ,I have given some personal opinions and made a good expectation for the technology . 【key words】plastic forming principle application expectation 引言 金属塑性成形就是利用金属的塑性，在工具及模具的外力作用下来加工制件的少切削或无切削的工艺方法。由于工艺本身的特点，它虽然有很长的发展历史却又在不断的研究和创新之中，新工艺、新方法层出不穷。这些研究和创新的基本目的不外乎增加材料塑性、提高成形零件的精度及性能、降低变形力、增加模具使用寿命和节约能源等。而“塑性成形原理”正是实现这些目的的基础理论知识。金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。除了这些传统的应用外金属成形技术正向精密、高效、节能、节材，清洁化生产方向发展，是国家工业发展的最基础工艺技术之一。 一、金属塑性成形机理 1、冷态下的塑性成形 塑性成形所用的金属材料绝大部分是多晶体，其变形过程较单晶体的复杂得多，这主要是与多晶体的结构特点有关。多晶体是由许多结晶方向不同的晶粒组成。每个晶粒可看成是一个单晶体。晶粒之间存在厚度相当小的晶界。