控制变形原理与应用基础-12.ppt

* 第十二章 超塑性 超塑性没有严格的界限，有些文献将延伸率超过100%的材料归类于超塑性，典型的情况是将百分之儿百的延伸率看作超塑性。分类： （a）组织超塑性是对金属赋予准确的变形速度范围以保证当得到很大的应变速度敏感性时，在拉伸变形中得到连续的大延伸率。这个范围主要取决于显微组织的变化，并不一定要求材料是合金，甚至存在相变。 （b）相变超塑性表现为由同素异构转变或相变温度附近的温度循环引起的累积大延伸的可能性。在拉伸实验中，每次循环只产生一个小变形。 细晶超塑性 相变超塑性 其他超塑性 12.1 概述 第十二章 超塑性 不管是组织超塑性还是相变超塑性都具有两个本质特点，而且这两点是相关的： 1、在高温发生，应变硬化很小或者等于零。 2、可将塑性流变用粘滞性流变分析，即可以采用下面的状态方程。 式中， 是应变速度敏感系数。 12.1 超塑性维象学 第十二章 超塑性 Rossard稳定性判据 塑性变形的流变应力一般可用下式表示: 12.2 超塑性维象学 变形不稳定性由R的符号所决定。若R0，变形稳定，不产生颈缩;若R0，变形不稳定，产生颈缩。R=0时计算临界应变值。 对恒变形速率( ),得到 当 ，变形始终是稳定的。 对恒变形速率( ),得到 当 ，变形始终是稳定的。 第十二章 超塑性 12.2 超塑性维象学 Hart判据 Hart提出，如果变形中随试样横截面积的减小，横截面积的减小速度变小，则变形是稳定的。 Hart判据可写作： 变形稳定性判据可表示为： 第十二章 超塑性 Campbell稳定性判据 Campbell将应变速率表示为： 12.2 超塑性维象学 稳定性判据： 若变形速率一定，则上式变为： 如果变形本构方程为： ，则稳定性条件为m1 第十二章 超塑性 12.3 超塑性的一般特征 (a)出现超塑性和条件 高温（T≥0.4Tm） 小变形速度（平均≥10-3s-1） 等轴小晶粒（d的数量级为1μm）。为保持超塑性，晶粒还应该是稳定的。 (b)超塑性的特点（图12.3） 应变速度敏感系数较高（0.5≤m≤0.7,而在非超塑范围通常m≤0.2）。 在恒速度下的流变应力常常是非超塑性流变应力的10%左右。这两个特点表现为log,ma曲线整个实验范围成S形，超塑性范围相应于最大斜率区域（ ）。 超塑性 通常变形 (n≈5) 晶粒不变形 晶界滑移 无亚结构 QQD 晶粒变形 无晶界滑移 亚结构 Q ≈ QD 第十二章 超塑性 12.3 超塑性的一般特征 (b)超塑性的特点 当晶粒尺寸减少时，超塑性区域向大变形速度方向移动。 即使变形超过100%之后，晶粒仍保持等轴不变形。 大量的晶界滑移。 与经典的高温变形相反，晶粒内无多边形化亚结构形成，且位错数目极少。 激活能常常低于自扩散激活能。 第十二章 超塑性 12.4 组织超塑性 绝大多数归因于在变形中存在相变的超塑性实际上都仅仅是由于相变后的显微组织，尤其共晶和共析转变更是如此。 文献中研究较多的情况，即当在同素异构转变温度附近进行热循环时，施加拉抻或扭转应力使样品产生塑性变形，经过无数次循环之后达到很大的延伸。 第十二章 超塑性 12.3 超塑性的一般特征 (b)超塑性的特点： 二、当晶粒尺寸减少时，超塑性区域向大变形速度方向移动。 三、即使变形超过100%之后，晶粒仍保持等轴不变形。 四、大量的晶界滑移。 五、与经典的高温变形相反，晶粒内无多边形化亚结构形成，且位错数目极少。 六、激活能常常低于自扩散激活能。 第十二章 超塑性 12.4 应变速率敏感性指数和激活能 12.4.1 应变速率敏感性指数 许多合金系统的实验结果都证实了 以曲线在整个实验范围内呈S形，而超塑性区只存在于曲线的中间位置。 高m值是超塑性的最重要特征。 确定m的方法有两种: 一种是单试样法。在恒变形速率拉伸试验中使变形速率由V1突变到V2，测量突变前后的载荷P1和P2。若变形速率的变化是瞬时完成的，则可用下式计算m值。 第十二章 超塑性 12.4 应变速率敏感性指数和激活能 12.4.1 应变速率敏感性指数 另一种是多试样法。利用一组试样分别进行不同变形速率的拉伸实验，测出暮一个试样的真应力一真应变曲线，在各曲线的相同应变量下测的应力 及应变速率 ，将 对 作图， 曲线的斜率就是m值。 试验温度和晶粒尺寸对m值有较大的影响。提高温度使S形曲线向低应力方向移动，同时使m的最大值增大且向高应变速率方向移动。晶粒尺寸变小，使S形曲线向右下方移动的同时使m的最大值向高