极端材料和超高压条件.ppt

关于相变超塑性的机制，存在着多种模型，每一模型都有它特定的适用范围，难以统一解释全部现象。Greenwood等人提出的模型认为，相变比容差所产生的极高内应力使引起塑性变形所必需的外部应力减少，并提出半个热循环中的应变量?为：式中，ΔV/V为相变中比容的相对变化，??为弱相的屈服应力。一般认为，其基本的变形机制与细晶超塑性一样是由于晶界(异相晶界)滑动而引起的。第100页,共155页，星期六，2024年，5月三、实用超塑性合金1、锌合金：是最早的超塑性合金，其蠕变强度低，难于加工成板材，冲压加工性能差，不宜作结构材料.用于一般不需切削的简单零件。如Zn-22Al的成型温度为250-270℃，压力为0.39-1.37MPa。Zn-22Al合金的超塑性拉伸试样第101页,共155页，星期六，2024年，5月2、铝合金：超塑性铝合金可加工成复杂形状部件，强度可达686MPa，使用温度可达150℃。如Al-6Cu-0.42Zr、Al-5Ca-5Zn等超塑性温度为300-600℃，在3×10-2/秒的应变速率下可达408%变形率。超塑性变形Al-Li合金件传统方式变形铝合金件第102页,共155页，星期六，2024年，5月3、镍合金：镍基高温合金由于高温强度高，难以锻造成型。利用超塑性作精密锻造，锻造压力小，节约材料和加工费，制品均匀性好。与叶片一体的涡轮盘的超塑性成型(快速凝固粉末的热挤压坯料两步成型)第103页,共155页，星期六，2024年，5月4、超塑性钢:将超塑性用于钢方面，还未完全达到商品化程度。近年来研究的IN-744Y超塑性不锈钢，具有铁素体和奥氏体两相细晶组织，如果把含碳量控制在0.03%,可产生几倍的伸长率。碳素钢的超塑性基础研究正在进行,其中含碳1.25%的碳钢在650-700℃的加工温度下,取得400%的伸长率。超高碳钢的超塑性变形（变形量1100%）40Cr钢的超塑性第104页,共155页，星期六，2024年，5月5、超塑性钛合金：以Ti-6Al-4V为代表，其伸长率可达2000%。第105页,共155页，星期六，2024年，5月6、陶瓷、复合材料和纳米材料：这些材料的超塑性是近年来研究的热点。第106页,共155页，星期六，2024年，5月Y-TZP(氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷材料)的超塑性变形拉伸试样薄板在1450℃下的变形Y-TZP流变应力和应变速率关系第107页,共155页，星期六，2024年，5月7、块状非晶合金：块状Zr基非晶合金在玻璃化温度与晶化温度之间显示出显著的应变能力。正在研究变形过程中晶化的影响。块状非晶合金的高温变形第108页,共155页，星期六，2024年，5月过冷态下模具成型的Zr基金属玻璃第109页,共155页，星期六，2024年，5月从商业角度来看，熔模铸造Nb-Si基合金近净成形部件具有巨大的潜力，因为这接近于目前的复杂叶片生产实践。然而，用于Nb-Si基合金叶片的熔模铸造技术还没有得到充分发展。另外，熔融Nb-Si基合金的活性限制了陶瓷基模壳系统的应用[9]第68页,共155页，星期六，2024年，5月由于定向凝固可获得综合性能较好的组织，具有近终成形及效率高等特点，是制备Nb-Si基合金材料的首选方法。以前的研究主要是采用水冷铜坩埚的Czochralski法来实现定向凝固，但由于温度梯度较低，所制备材料的组织粗大，定向效果差。近年来本课题组对该材料的无坩埚电子束区熔定向凝固进行了研究，但由于熔体的过热度低(据估计不会超过100℃)，定向效果也不是很好。第69页,共155页，星期六，2024年，5月为了获得更好的定向组织，一些人自行设计了超高温度梯度定向凝固设备，并拟在该设备上采用有坩埚的整体定向凝固技术以制备超高温合金的定向凝固样件，为将来制备也平等具有复杂形状的部件进行前期准备和工艺探索[9]。第70页,共155页，星期六，2024年，5月应用前景目前Nb-Si基合金的基础研究工作还应该在强韧和抗氧化综合性能平衡上获得突破。由于含有大量金属间化合物Nb5Si3和Cr2Nb相的Nb-Si基合金对缺陷十分敏感，显微缺陷对合金材料综合性能特别是塑韧性的影响在一定程度上已超过了优化合金成分与组织的作用。因此Nb-Si基合金的制备加工工艺还应该获得极大的发展，以减少微观组织缺陷并获得均匀组织。以上是Nb-Si基合金下一步要重点发展的方向。超高温合金由于具有很高的抗热疲劳、机械疲劳、抗氧化及抗蠕变等性能，将越来越多的应用于工业生产及生活中，特别是航天航海。如下图：第71页,共155页，星期六，2024年，5月图1-1神舟七号飞船推进