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第七章 特种固态成形 特种固态成形包括超塑性成形、爆炸成形、低压爆炸成形、高速锻造成形、粉末锻 造成形、粉末轧制成形、电磁力成形和液体中放电成形等。本章只介绍超塑性成形、粉 末锻造成形和粉末轧制成形的原理及应用，以扩大固态成形的知识面。 7.1 超塑性成形 在常规成形条件下，一些较难成形的金属材料，如钛合金、铝合金、镁合金、镍合 金、合金钢等，成形 度范围较窄，流动性较 ，伸长率大多也不高。在锻造具有薄的 膜板或高肋的零件时，毛坯的热量迅速向模具散失，变形抗力很快增加，塑性急剧降低， 不仅需要大幅度提高 备 位，也易造成锻件开裂等缺陷。因此，不得不增加锻件厚度 和机械加工余量，从而降低了材料利用率，提高了制件成本。在成形形状复杂的壳体零 件时，往往需要较多的工序和较多的工装，在受到材料塑性限制时，成形就更加困难。 尤其是一些由复杂壳体组成的多层结构件，不仅组成之前的成形困难，组成时的紧固、 铆接、焊接也将增加结构件的重量,降低结构件的可靠性。 1920 年，德国罗森汉等人发现锌铝铜 （Cu4%，Al7%）三元共晶合金板材快速弯曲 时很快就断裂，但慢速弯到 180也不断，此合金拉伸时塑性也与加载速度密切相 。 1924 年，英国科学家苏非尔在铁棒加热冷却过程中进行扭转试验，发现铁在转变 时塑性大大超过高 下铁的塑性。1934 年，英国科学家潘尔逊用很慢的速度拉伸 Pb-Sn(Pb37%)合金和Bi-Sn(Sn44%)共晶合金试样时，延伸率达到1950%。但 类合金在 落地实验中表现为脆性。1945 年，前苏联学者包赤伐尔等在高 拉伸 Zn-A1 共析合金 试样时，延伸率达到异乎寻常的数值，从此出现了 “超塑性” 一术语。研究表明，选 择适当的变形 度、变形速度和应力状态等有助于充分利用材料的塑性储备。 近十几年，金属的超塑性已在工业生产中得到应用。一些具备超塑性的锌合金、铝 合金、钛合金等已广泛用来制造工艺品、仪器仪表罩壳、形状复杂的构件以及宇航部门 的零部件。除金属材料外，某些非金属材料如陶瓷和有机材料等也会产生超塑性。目前， [77,78] 超塑性金属的品种和数量已经大幅度增加到200 多种 。 7.1.1 超塑性成形的基本特点和种类 1．超塑性成形的基本特点 1）拉伸试验延伸率可达百分之几百，甚至百分之几千。例如，Zn-22%A1 合金制成 的短标距试样，在250℃、夹头速度5mm ／min 的条件下拉伸时，延伸率可达3120%。 2）拉伸试验时，试样均匀变形，在宏观上不出现缩颈现象。 3）拉伸试验时，流动应力很低。例如，在最佳变形条件下，Zn-22%A1 合金的最大 流动应力仅2MPa 左右，Ti-6Al-4V 合金的最大流动应力 1.5MPa，GCr15 钢的流动应力 247 也只有30MPa 左右。 4）成形过程中基本上没有加工硬化现象，所以超塑性合金的流动性和填充性好， 容易成形。 目前，通常认为材料达到下述指标之一，就呈现超塑性： (1) 有色金属的延伸率达到200%以上。黑色金属的延伸率达到100%以上。脆性金 属的塑性超过原有的几倍，或显示明显的塑性。 (2) 应变速率敬感性指数，n＞0.3。 (3) 晶界滑移引起的应变占总应变的30%以上。 2．超塑性成形的种类 超塑性实际上是材料在特定条件下的一种特殊状态。超塑性通常按变形特性和状态 分为三类，即微细晶粒超塑性(又称恒 超塑性或第—类超塑性)、相变超塑性(又称变 态超塑性、转变超塑性或第二类超塑性)以及其他超塑性(又称第三类超塑性)。 1）微细晶粒超塑性(恒 超塑性或第—类超塑性) 根据材料组织形态上的特点。 类超塑性也可称为微细晶粒超塑性。一般所谓超塑 性属于 一类。 微细晶粒超塑性具有三个条件：①材料具有等轴稳定的细晶组织(通常要求晶粒尺 寸在0.5-5m 之间)。—般而言．晶粒越细，越有利于出现超塑性。但是，有些材料， 例如钛合金和铝合金，晶粒尺寸达几十微米时仍有显著的超塑性；②成形 度 T0.5T (T 为材料熔点的热力学 度)且大多低于普通热锻 度，