第15讲_超塑性现象-自学.ppt

* * 超塑性的组织特征 试验研究结果表明，于超塑性变形时晶粒的等轴性保持不变，并在变形后通常可以看到晶粒有些长大。在正常微细晶粒超塑性显微组织中在500％的应变下晶粒尺寸可能增加50％或100％。有人在Sn－5％Bi合金上发现，延伸率达1000％时，晶粒仍保持等轴并发现晶粒长大了好几倍。 * * 对某些材料，如a／b黄铜、Al黄铜，AI-Zn-Mg-Cr合金等的超塑性拉伸中也发现有空洞出现。试验证明，空洞的数量和尺寸随应变速率的增大而增多。随着真实应变的增加，空洞数目也增多。 一般认为空洞是由晶界滑移引起的，所以在Ⅱ区内因晶界滑移对塑性变形的作用最大，其空洞速率也就最大。 试验结果还表明，当材料在超塑性变形过程中形成大面积空洞时，其相互连接将导致材料的最终断裂。 * * 超塑性的机理 一、空位—迁移过程理论 空位—迁移过程即为空位蠕变过程，它是指空位在应力梯度的作用下引起的迁移，也就是原子的迁移（扩散）。金属的蠕变变形规律就是用这种原子的扩散来解释的。如图所示，在拉应力作用下，空位扩散到平行于拉伸轴的晶界，而与此相应，原子向垂直于拉伸轴的晶界扩散，由此而使晶体发生变形。 * * 如图所示，在应力作用下的蠕变或扩散蠕变示意图，原于通过晶格按箭头所指的方向扩散，伴随一个相反的空位的流动。虚线勾划的晶粒在应力方向伸长，影格区表示被扩散物质的量 * * 超塑性变形与蠕变变形也有许多相似之处，特别是在应变速度对应力和晶粒长大的关系上，两者几乎是相同的。因此有人认为，在低应力下所引起的空位扩散，不仅可以解释蠕变变形的机理，而且也可以用来解释超塑性变形的机理。 * * 二、晶间滑移理论 在此理论中，设想晶界似如晶体间的流动层，并且晶粒越细小，越接近于完全无序（非晶体）的流动状态。 实际上，这种理想的层流是不大可能存在的。因为即使是超塑性材料，滑动也不能连续地产生于晶界，而不伴有一些晶内变形。因此，塑性流动与一般的层流是有区别的。 * * Zn-Al合金超塑性变形时Zn相(b)与Al相(a)的转换机构 * * 三、再结晶过程理论 有人建议，动态再结晶对解释超塑性变形中的等轴晶粒的形成是一项重要内容。特别是，超塑性变形一般是在再结晶温度以上进行，类似通常所说的热变形过程，所以再结晶过程理论可以容易地被接受。但是有人认为，在超塑性变形中一般不能发生再结晶。 有些迹象表明，在少数特殊情况下，再结晶可能是重要的。有人认为，在超塑性变形中有晶粒细化现象发生，这能够用再结晶来解释。也有人认为，对多数材料来讲，再结晶似乎是不重要的。 * * 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，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。 自七十年代初期，具有超塑性的金属材料在工业上逐渐得到引人注目的应用。据报导，在日本、美、英、德等国已有专门生产超塑性材料的企业。对细晶超塑性材料，在电子工业中已在大量地使用。对相变超塑性材料，也有良好的发展前景，例如不锈钢、钛合金等材料在汽车工业和部分国防工业获得了良好的应用。 * * 一、无模拉伸 如图所示，这种拉伸方法巧妙地利用了材料的超塑性，在拉伸时，根据超塑性材料对温度和变形速度的敏感性，用一感应线圈控制加热温度使工件进行局部加热，并在拉伸时对拉拔速度加以控制。 在拉伸过程中可利用不同形状的感应线圈，通过控制感应热的大小或断续，制出任意断面的各种形状的管材、棒材。 * * 无模拉伸超塑性材料示意图 * * 二、板料冲压 板料冲压是最适宜的超塑成形的方法之一。如图所示，板料冲压成形的一例。这是一种借助于栓塞顶头的成型方法。 * * 三、压焊加工 压焊加工是一种对超塑性材料进行铸造和锻造结合的加工方法。用这种方法可以获得具有极细晶粒结构的制件，从而大大优于一般的铸造技术。 * * 四、其他 通讯卫星地面接收站的抛物面体，曲面形状精度要求很高，用板材冷冲压不但冲压力要很大，而且由于材料反弹，制品与模具形状不一，要求多次矫正修改才能接近理论值。采用超塑成型，压力大大减小，制品与模具形面非常接近误差很小，一次成型，效果很好。 人造卫星上使用的钛合金燃料箱为中空球体，壁厚0.75-1.5mm，采用常规方法几乎无法成形，采用超塑成形，很顺利制成。 * * 金属基复合材料、陶瓷材料和金属间互化物近年来在高新技术领域获得了特别的青睐，因为它们普遍的有重量轻、强度大、耐高温、抗磨损等一系列优点，但它们也有一个共同的特点，即很难加工，冷热加工都很难，这使它们的推广应用受到了限制。但超塑性变形为这些难加工材料的成型获得了一条捷径，可一次超塑成型为成品，避免了很多困难的加工工序，为其应用发展大开方便之门。 * * 课后作业Homework 无 Lesson