11.2金属塑性变形的物理基础后半部分概论.ppt

第四节 金属的超塑性 纳米铜的室温超塑性 超塑性的概念 超塑性的力学特征 超塑性的组织特征 超塑性的机理 超塑性的应用 超塑性的概念 超塑性是指材料在一定的内部（化学成分、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。 一般说来，如果材料的延伸率超过100％，就可称为超塑性。凡具有能超过100％延伸率的材料，则称之为超塑性材料。现代已知的超塑性材料之延伸率最大可超过1000％，有的甚至可达2000％ 超塑性的特点 与一般情形相比，超塑性效应有以下的特点： （1）大延伸率 （2）无颈缩 （3）低流动应力 （4）易成形 正是由于以上特点，且变形中无加工硬化现象，因此具有极好的流动性和充填性，能加工出复杂精确的零件。 超塑性的分类 1 细晶超塑性 是在一定的恒温条件下，应变速率和晶粒度都满足要求条件下所呈现出的超塑性，材料具有微细的等轴晶粒组织。 温度：Ts≥0.5Tm（Ts和Tm分别为超塑变形和材料熔点温度的绝对温度） 应变速率：10-5~10-1/s。 微细晶粒尺寸其范围在0.5～5μm之间。一般来说，晶粒越细越有利于塑性的发展，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。 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。 缺点：晶粒超细化、等轴化、稳定化受到限制，不是所有合金都能达到要求。 超塑性的分类 2 相变超塑性或动态超塑性 这类超塑性，并不要求材料有超细晶粒，要求金属有固态相变特性。 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大延伸。 主要控制因素：温度幅度（ΔT=T上-T下）和温度热循环速度ΔT/t以及温度循环次数n。 超塑性的力学特征 特征2：在超塑性材料中，流动应力特别敏感于应变速率。 应变速率敏感性指数m的物理意义 应变速率敏感性指数m是材料超塑性的一个重要参数，它表征金属抵抗颈缩的能力，高的m值使抵抗颈缩的能力增加。 其理论意义是：产生颈缩的部位应变速率增加，由于高的流动应力应变速率敏感性，需要更高的应力。在试样其余部分没有继续塑性变形的情况下，外加应力不足以使颈缩发展。反映了材料抵抗局部收缩或产生均匀拉伸变形的能力。 * * m是表征超塑性的一个重要指标。当m=1时，上式即为牛顿粘性流动公式。 对于普通金属，m=0.02~0.2；对于超塑性金属，m=0.3~1.0；m值越大，伸长率也越大。