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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
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7.3 超塑性现象
纳米铜的室温超塑性
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在不同温度下ZnAl22的拉伸变形(250℃时延伸 率 1083 % )
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超塑成形的波形膨胀节用TC4钛合金波纹管
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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
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超塑性的概念
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Bi-44Sn挤压材料在慢 速拉伸下出现异常大的 延伸率（ 1950 % ）
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高温合金INCONEL718的超塑性成形航天器件
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双相不锈钢超塑性成形的航天器件
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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 （ ag ） 的 两 次 转 变 ， 可 以 得 到 两 次 均 匀 延 伸 。 D.Oelschlä 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。
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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。
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％
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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。 2018/11/14 11
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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。
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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 PbSn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。
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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teen
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 塑成形的生产率 ； 研究非理想超塑材料（例如供货态工业合金）的超塑性变形 规律，探讨降低对超塑变形材料的苛刻要求，而提高成形件 的质量，目的在于扩大超塑性技术的应用范围，使其发挥更 大的效益。