第15讲超塑性现象.ppt

金属塑性变形理论Theory of metal plastic deformation 第十五讲 Lesson Fifteen 第七章 金属的塑性 主要内容 Main Content 塑性的概念及塑性指标 影响塑性的主要因素 超塑性现象 7.3 超塑性现象 纳米铜的室温超塑性 在不同温度下ZnAl22的拉伸变形(250℃时延伸率 ) Bi-44Sn挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率（ ） 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（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％ 超塑性的分类 组织超塑性或恒温超塑性。根据材料的组织形态特点也称之为微细晶粒超塑性。 特点是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） 变形速度：10-4~10-1/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。 相变超塑性或变态超塑性 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大延伸。 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（a?g）的两次转变，可以得到两次均匀延伸。D.Oelschl?gel等用AISI1018、1045、1095、52100等钢种试验表明，延伸率可达到500%以上。 变形的特点：初期时每一次循环的变形量比较小，而在一定次数之后，例如几十次之后，每一次循环可以得到逐步加大的变形，到断裂时，可以累积为大延伸。 有相变的金属材料，不但在扩散相变过程中具有很大的塑性，淬火过程中奥氏体向马氏体转变、回火过程中残余奥氏体向马氏体单向转变过程，也可以获得异常高的塑性。 如果在马氏体开始转变点（Ms）以上的一定温度区间加工变形，可以促使奥氏体向马氏体逐渐转变，在转变过程中也可以获得异常高的延伸，塑性大小与转变量的多少，变形温度及变形速度有关。这种过程称为转变诱发塑性。即所谓TRIP现象。Fe-Ni合金，Fe-Mn-C等合金都具有这种特性。 其它超塑性 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。 超塑性的历史及发展 超塑性现象最早的报道是在1920年，德国人罗申汉（N.Rosenhaim）等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可以弯曲近180度。1934年，英国的C.P.Pearson发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉伸时可以得到2000%的延伸率。 1945年前苏联的A.A.Bochvar等发现Zn-Al共析合金具有异常高的延伸率并提出“超塑性”这一名词。1964年，美国的W.A.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值这个新概念，为超塑性研究奠定了基础。上世纪六十年代后期及七十年代，世界上形成了超塑性研究的高潮。 特别引人注意的是，近几十年来金属超塑性已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。一些超塑性的Zn合金、Al合金、Ti合金、Cu合金以及黑色金属等正以它们优异的变形性能和材质均匀等特点，在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。 近年来超塑性在我国和世界上主要的发展方向主要有如下三个方面： 先进材料超塑性的研究，这主要是指金属基复合材料、金属间化合物、陶瓷等材料超塑性的开发，因为这些材料具有若干优异的性能，在高技术领域具有广泛的应用前景。然而这些材料一般加工性能较差，开发这些材料的超塑性对于其应用具有重要意义 ； 高速超塑性的研究，提高超塑变形的速率，目的在于提高超塑