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 超塑性成形 内容提要 * 材料科学与工程系 Jiangsu Polytechnic University 1. 超塑性与超塑成形 2. 超塑性材料 3. 超塑性变形机理与力学 4. 超塑性成形 5. 超塑成形的应用 1. 超塑性与超塑性成形 钛合金球形卫星燃料箱的吹塑成形 壁厚0.71~1.5mm，若用机械加工，几无可能 而用超塑性吹塑成形，成形精度和性能好，还可以大大节约成本 吹塑成形Ti-6Al-4V球形卫星燃料箱 ★ 超塑性成形一例 1. 超塑性与超塑性成形 吹塑成形5083铝合金备用轮胎厢上下面 吹塑成形5083铝合金墙面装饰浮雕 ★ 超塑性成形例 1. 超塑性与超塑性成形 超塑锻造成形近终形钛合金叶轮 超塑辊轧成形钛合金蜗轮盘 ★ 超塑性成形例 超塑性是什么? 金属塑性加工在国民经济中的重要地位: 铁路运输工具：96% 汽车和拖拉机机制备：95% 机械制造工业：70% 航空和航天工业：90% 基本建设：100% ★　金属材料塑性的提高是人们一贯的长期追求 1. 超塑性与超塑性成形 1. 超塑性与超塑性成形 塑性是材料在外力作用下能够生产永久变形而不断裂的能力.通常用拉伸试验中材料的延伸率表示塑性的大小 l – l0 d = ×100% l0 一般黑色金属在室温的延伸率不于40% 铝铜等有色金属的延伸率约为50~60% 即使在高温下也很难达到100% ★关于塑性 1. 超塑性与超塑性成形 从1928年到1969年,经过40多年的努力,工业用金属材料的平均延伸率提高不超过10% 常规冶金手段对塑性提高远没有对其他性能(比如强度和韧性等)起到的效果显著 人们期待着奇迹的出现 ★ 关于塑性 1. 超塑性与超塑性成形 其实超塑性的奇迹正在悄然发生: 1912年Bengough (a+b)黄铜、1920年Rosenhain 等Zn-Al-Cu合金的慢速大塑性现象。 1934年Pearson Sn-37%Pb、Bi-44%Sn共晶合金挤压材料进行慢速拉伸得到了1950%的延伸率。但在室温呈落地脆断。引起强烈反响。但因二战而被搁置。 ★ 超塑性的出现 1. 超塑性与超塑性成形 战后，Bochvar等一批俄罗斯人对这种异常延伸现象进行了系统研究，在Zn-Al共析合金中得到了异常的大延伸率，并提出了“超塑性”概念。 1962年美国Underwood集各国超塑性研究之大成。 1964年MIT 的Banckofen教授建立了超塑性力学本构方程 超塑性的奇迹具备了迅猛发展和进入应用的基本条件 ★ 超塑性的出现 1. 超塑性与超塑性成形 60年代后期以来，超塑性的发展主要在以下几个方面： 超塑性材料的研发及制备原理 超塑性变形的机理研究 超塑性成形的力学、方法 超塑性成形在制造业中的应用 ★ 超塑性的发展 1. 超塑性与超塑性成形 一般认为，材料在单向拉伸条件下延伸率达到200~ 300 %以上时，称其为超塑性材料。材料具有的这种异常拉伸塑性变形能力称为超塑性。这种现象通常在高温(~0.5Tm以上)、低速(应变速率10-5 ~10-3 s -1)时才能发生。 常规的脆性材料陶瓷在一定条件下也可以表现出超塑性； 一般情况下塑性较差的复合材料也可制备成超塑性材料；非晶合金更是具有优良的超塑性能。 ★ 何为超塑性？ 超塑性不仅局限于金属材料， 1. 超塑性与超塑性成形 大延伸：很多超塑性材料在单向拉伸条件下延伸率可以达到1000%以上。Pb-Sn共晶合金的延伸率最高可达5500%，铝青铜的延伸率最高可达8000%以上，代表了金属材料的最高延伸率。 无径缩：超塑性材料在单向拉伸条件下不象常规塑性材料那样表现出明显的径缩行为，变形在整个试样上均匀地产生，这也是能够实现大延伸的原因所在，这一点对均匀成形非常重要。 低应力：变形抗力可以低到10MPa的量级，便于实现甚至象吹塑这样的低压力成形，而且基本上没有加工硬化行为。 易成形：超塑性材料易于进行压力加工，流动性和填充性极好，可以进行多种方式的成形，如超塑性锻造等体积成形、气压（吹塑）成形、无模拉伸等，而且产品质量均匀可靠。 ★ 超塑性特点 1. 超塑性与超塑性成形 ★ 超塑性的种类 细晶超塑性：以均匀、等轴、细小（一般小于~10mm）为材料的组织基础，又叫组织超塑性；是研究最多、发展最成熟、应用最广的超塑性，也是本讲的核心内容。 相变超塑性：以相变点温度上下一定范围的温度循环并发生循环相变为基础；又叫动态超塑性，主要出现在黑色金属材料中，研究较少，还不太成熟，几乎没什么应用。 其他：如大块非晶材料的过冷液体超塑性、大晶粒材料中出现的位错超塑性、相变诱发塑性等。 1.