2006年4月云南冶金Apr. 2006
第35卷第2期(总第197期) Y UNNAN MET A LLURGY V ol. 35. N o. 2(Sum 197)
超塑性和超塑性成型刍议
邹艳梅
Ξ
(昆明冶金高等专科学校, 环境与市政工程系, 云南 昆明 650033)
摘 要:文章介绍了超塑性的概念、发展沿革及超塑性变形的机理, 综述了目前常用的几种超塑性成型工艺, 对这一工艺在一些领域的应用情况也作了简单介绍。
关键词:超塑性; 变形; 成型; SPF/D B
中图分类号:TG 13513 文献标识码:A 文章编号:1006-0308(2006) 02-0058-04
Some Opinions on Super -its -(K unming C K , Y unnan 650033, China )
ABSTR basic development history and deformation mechanism of super-plasticity are introduced. Several super-plas 2
ticity shaping only currently and their application in s ome cases are briefly presented.
KE Y WOR DS Super plasticity ; deformation ; shaping ; SPF/DB
1 超塑性
111 基本定义及发展沿革
超塑性是指在应力作用下产生异常大的拉伸变形而不破坏的能力。超塑性合金能产生百分之百甚至百分之几千的拉伸形变, 如Higashi 等报道了一种铝合金能产生大于5500%的拉伸形变。材料展现超塑性的判据为:延伸率>100%, 应变速率敏感性指数m ∂013。
超塑性现象最早的报告是在1920年, ROSE N 2HZI N 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. PE AR 2S ON 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。但是由于第二次世界大战, 这方面的研究没有进行下去。1945年前苏联的A. A. BOCH VAR 等发现Zn -Al 共析合金具有异常高
统的研究, 并提出了应变速率敏感性指数m 值这个新概念。80年代, 超塑性研究遍及材料加工、力学、机械等许多学科。
超塑性可分为3类:(1) 细精超塑性, 又称组织超塑性, 静态超塑性和恒温超塑性。细精超塑性的组织条件可概括为晶粒三化(微细化、等轴化和稳定化) , 大多数金属和合金的超塑性属于这一类, 则当今超塑性研究和应用的重点。(2) 相变超塑性, 又称动态超塑性, 即在相变点上下通过温度循环, 加载而积累产生大变形, 故又称为环境超塑性。钢铁等常用材料显示相变超塑性, 其研究开发也具有广阔应用前景。(3) 其它超塑性(或第三类超塑性) , 指在消除应力退火过程中, 在应力作用下可以得到的超塑性。112 超塑性材料目前已知的超塑性金属及合金已有数百种, 按基体区分, 有Zn 、Al 、T i 、Mg 、Ni 、Pb 、Sn 、Z r 、Fe 基等合金。其中包括共析合金、共晶、多元合
的延伸率并提出“超塑性”这一名词。1964年, 美国的W. A. BACK OFE N 对Zn -Al 合金进行了系
Ξ收稿日期:2005-10-08
作者简介:邹艳梅(1965-) , 女, 云南个旧人, 讲师。昆明理工大学材料与冶金学院在读工程硕士, 主要研究方向:市政、材料工程。
58
邹艳梅 超塑性和超塑性成型刍议
金、高级合金等类型的合金。
表1列出了部分工业合金的超塑性性能, 可见其应用范围之广。113 超塑变形机理
超塑变形机理研究一直是一个活跃的领域, 虽然尚未有一个统一的理论, 但该领域正酝酿着重大突破。
1964年美国学者贝克芬(W. A. . Backofen ) 对超塑性力学特性进行了分析研究, 提出了变形应
ε力σ与应变速率ε的关系方程式:σ=k m 式中k 为与材料有关的常数, m 为应变速率敏感性指数, 它与材料有关, 是评价金属超塑性的力学性的一个
指标, 并提出了测定材料m 值的方法, 奠定了超
塑性的力学基础.
超塑性变形的基本特征如下:1) 力学特征是低应力, 高m 值, 大延伸。2) 微观特征是:①发生了大量晶界滑移和晶界迁移; ②晶粒发生转动; ③发生了三维晶粒重排; ④变形中位错发生在晶界, 消失在晶界; ⑤晶界附近有一严重变形区; ⑥变形中晶粒长大, 尤其在低应变速率时。
这些特征是探讨微观机制的基础。20世纪80年代, 超塑变形理论集中于晶界滑移模型, 有两个很有代表性。
表1 部分工业合金的超塑性能
T ab. 1 Super plasticity of s ome alloys
合金牌号
LY 12(中) LC4(中) LD5(中) 7475(美) 8090(美) 2091(美) H60(中) H62(中) HPb59-1(中) T C4(中) C DA619(美) M gZK 60(美)
合金成分
Al-419Cu-115M g-016Mn Al-518Zn-2116M g-10g-01i 511g-115Cu 1112Cu-0185M g-0115Z r Al-212Li-216Cu-112M g-0115Z r
Cu-40Zn Cu-38Zn Cu-40Zn-1Pb T i-6Al-4V Cu-10Al-4Fe M g-6Zn-015Z r Ni-39Cr-10Fe-2T i-1Al
T/℃[***********][***********][1**********]0Ω450
17×10-4813×10-4116×10-4813×10-4116×10-3813×10-4813×10-4313×10-42×10-41×10-3313×10-31×10-4116×10-3313×10-4116×10-3117×10-41×10-4
δmax /%
[***********][***********]1000>1000>800100470>[1**********]
m max [***********][***********][***********][1**********]80
M D3球墨铸铁Fe-3C
Fe-018C-0165Mn-011S i
Fe-3C-115Cr T i-5Ai-4M o-4Cr-2Sn-2Z r
2020Al/20%SiG e
高碳钢
RST 白口铸铁54422T i
复合材料
(1) 扩散调节的晶粒转换模型(Ashby -Verrall
模型) 该模型认为超塑变形的大延伸是晶粒转换模型) Ball 和Hutchs on 用透射电镜观察了Zn -Al 共
析合金超塑变形后的组织, 发现α相中有位错塞积, 提出:沿同一直线排列的一组晶粒滑移, 受阻于闭锁晶粒B (见图2) , 应力集中使晶粒B 内位错开动, 滑移并塞积在对面晶界, 领先位错在应力集中作用下产生快速扩散, 攀进晶界并沿晶界攀到消失地点。而晶粒转动和相邻晶粒协调, 不产生明显的晶粒伸长。Mukerjee 认为晶界滑移的主要障碍为
59
的结果, 而提出一个二维晶粒转换模型(见图1) 。Ashby-Verrall 认为外力所做的功由四个不可逆过程消耗。该模型是一个二维模型, 不能解释新表面增加。后来G ifkins 对它进行了改进, 提出了三维模型, 然没有直接实验证据。
(2) 位错调节的晶界滑移模型(Ball -Hutchs on
2006年4月云南冶金Apr. 2006
第35卷第2期(总第197期) Y UNNAN MET A LLURGY V ol. 35. N o. 2(Sum 197)
晶界台阶, 晶粒可以单独滑移, 在台阶处受阻时, 晶内位错开动(见图3) , 弛豫过程和Ball -Hutch 2s on 模型相同。从80年代开始, 许多人曾实测了超塑变形中各变形机制的作用, 认为超塑变形是多重
机制共同作用的结果。即总应变速率为扩散蠕变、晶界滑移和位错蠕变三种变形机制产生的应变速率ε之和
。
图1 Ashby-V errall 晶粒转换模型
Fig. 1 G rain transition m odel of Ashby-
Verrall
2模型
2m
odel
ε与δ、m 、
.
比较常用的超塑性成型工艺主要有:
1) 气胀成型。这是最早利用超塑性的工艺, 目前应用最多。材料在超塑状态下变形抵抗力较低, 塑性极好, 可像玻璃和塑料一样用气吹成型, 常用于生产薄壁壳体部件, 其最大的特点是工艺和设备都很简单。如抛物线状的天线、仪表壳体及美术浮雕等适于此方法生产制造。
2) 超塑深拉延。由于超塑材料有极高的塑性,
图3 Mukerjee 模型
Fig. 3 Mukerjee m odel
因此, 可将金属板材一次深拉延成筒形零件。该方
法可成型高径比很大的筒形件( 10) , 成型后的薄壁均匀, 还可在模腔中再次胀成瓶状部件。
3) 无模拉伸。即利用材料在超塑状态下具有高抗缩颈能力, 拉伸变形中变形均匀的特点, 可使加热区部分按要求均匀变形。
4) 超塑等温模锻。此方法充分利用了超塑材料变形抵抗力低、塑性好的特点, 在不改变常规模具和设备的条件下, 成型载荷大为降低, 而且材料的填充性能好, 对形状复杂的材料成型有非常好的适应性, 该方法被广泛用于冷冲压模具的成型。
5) 超塑成型/扩散焊接(SPF/DB ) 。这种方法是充分发挥超塑材料特点的一种组合技术。材料本身在超塑状态下能高速扩散, 超塑成型的同时, 也将多个部件扩散焊接成一个整体, 使得结构的重量减轻、强度提高、导热性也增强了, 所以被认为是航天、航空工业中最有潜力的新型技术。
2 金属的超塑性成型
超塑成型技术是金属材料加工技术的一次重大变革。它的主要特点为:工艺简单, 可生产形状极为复杂的构件; 设备简单, 吨位小、成本低、节能, 尤其适用于形状复杂的小批构件。由于超塑成型可使多个部件一次整体成型, 结构强度明显提高, 重量减轻, 因此是当今航空工业中最吸引人的加工新技术之一。
超塑性变性的工艺环境主要有两条:其一为变形温度, 超塑变形一般要求材料的温度保持在T c Ε015T m 式中:T c 为实现超塑变形的临界温度, T m 为该材料的熔化温度, 其=为变形速率, 超塑
变性的最大特点是它必须在一定的应变速率ε范围60
邹艳梅 超塑性和超塑性成型刍议
6) 超塑复合材料。超塑材料本身塑性好, 与
其他材料复合后可大大提高其整体性。如纯铝与
Zn-22%Al合金复合后, 在250℃拉伸时, 延伸率从50%提高到400%, 可吹胀成型。同时由于超塑材料高温时扩散能力很强, 可用超塑材料作基体, 制作颗粒和纤维强化复合材料。日本大量使用的汽车减震、消音材料即为低碳钢和Zn -Al 的复合板, 由于该材料在超塑状态工作时的内耗高, 故减震效果明显。
7) 其他。利用材料在超塑状态下强度低而塑性高的特点, 工程技术人员可实现超塑切削加工。一些难加工材料如镍基合金, 在超塑状态下切削, 加工阻力小, 工作效率高, 表面光洁度和加工工具的寿命也得到了提高。
现已发展的几百种超塑合金, 几乎遍及各合金系。近些年来发现的金属间化合物、复合材料和陶瓷材料经细晶化处理后也有超塑性为这类高性能、难加工材料的成型开拓了一条新途径。
接; (3) 烧结煅烧。312 钛合金的超塑性成型与扩散焊接
由于钛合金比强度和比刚度高, 在航空和航天工业中有着广泛的应用。就飞机发动机而言, 其不同部件的工作温度在-50～1700℃之间。提高钛合金的工作温度是扩大其应用范围的关键。自1954
) 问世以来, 年T i -6Al -4V (最高工作温度约300℃
许多学者在提高钛合金的工作温度方面进行了大量
研究, 如1966年问世的T i -6242, 其工作温度为450℃; 1974年问世的T i -6242S , 其工作温度为520℃; 1984年问世的I MI834, 其工作温度已达600℃。王志成以T i -6Al -4V 为基础, 比较了其他
几种新型合金的SPF/DB 行为, 包括SP700、I MI834、含α2和γ相的金, 提出扩散焊接(DB ) 。与传统工艺相比:可大量地节约材料, 减少, 批量生产成本低。最广泛使用的SPF/DB 材料为T i -6Al -4V 。然而, 该材料的SPF/DB 温度高, 使用温度低, 限制了其应用范围。因此, 很多学者都在研究新型超塑性钛合金材料, 以便获得高的使用温度和低的SPF/DB 温度, 较高的超塑性成型速率或较短的扩散焊接时间及较好的SPF/DB 后的机械性能。通过对冶金和扎制过程的控制, 已经获得了具有细小双相组织的近α钛合金(T i -6242、I MI834等) 及S Uper α初步研究表明, 2板材。这些材料具有很好的SPF/DB 性能。在降低SPF/DB 温度方面, 也取得了一些进展, SP700的SPF/DB 温度, 比T i -6Al -4V 的低100℃左右。
总之, 超塑性和超塑性成型, 作为当今材料研究的一个热点和新兴发展学科, 必将取得更重大的研究成果和获得更广泛的应用。参考文献:
[1]Higashi K. Ohnishi T. Nakatani Y. Scripta M etall.
19:821-826
[2]陈浦泉. 组织超塑性〔M 〕. 黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,
1988.
[3]崔建忠, 马龙翔. 超塑性成型技术进展〔J 〕. 辽宁冶金,
1988, (3) :51-54.
[4]叶建东. 饶平根. 陈 楷. A. D om inguez-R odriguez , 陶瓷材料
3 311 31111 晶粒细小是结构超塑性的前提。对于金属材
μ料, 通常要求晶粒小于10m , 而对于陶瓷材料,
μ通常要求晶粒小于1m , 与金属相比, 陶瓷材料更
容易获得细晶结构, 而且高温下结构更稳定。然而, 陶瓷材料的晶间脆性大大限制了其超塑性潜力。1984年有学者发现了含4%-9%的玻璃相, 其β-锂辉石微晶玻璃瓷具高温超塑性。现已表明具有超塑性的陶瓷材料有Y-TZP 、Al 2O 3-Z rO 2复合材料、Al 2O 3瓷、SiC-Si 3N 4复合材料等。31112 陶瓷材料超塑性的应用研究
在陶瓷材料超塑性的基础研究取得重大进展后, 研究如何利用超塑性进行陶瓷材料的超塑性加工, 包括超塑性成型、连接和烧结锻造等, 已引起人们极大的兴趣。可通过较简单的工艺加工出接近最终形状的陶瓷部件, 使后期机加工的工作量大为减少, 甚至不再需要, 进而加工成本大为降低。不仅如此, 在许多情况下还可提高材料和构件的性能, 有望能克服陶瓷材料难以加工和加工成本高的弱点。
目前陶瓷材料超塑性的应用研究主要集中在以下领域:(1) 超塑性成型加工, 包括鼓胀成型、挤压成型、冲压成型和弯曲成型; (2) 超塑性扩散焊
〔J 〕. 1985,
超塑性的研究进展与应用前景〔J 〕. 材料导报, 1998,
33-36.
(5) :
[5]王志成. 钛合金的超塑性成型与扩散焊接〔J 〕. 材料导报,
1996, 增刊:36-37.
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第35卷第2期(总第197期) Y UNNAN MET A LLURGY V ol. 35. N o. 2(Sum 197)
超塑性和超塑性成型刍议
邹艳梅
Ξ
(昆明冶金高等专科学校, 环境与市政工程系, 云南 昆明 650033)
摘 要:文章介绍了超塑性的概念、发展沿革及超塑性变形的机理, 综述了目前常用的几种超塑性成型工艺, 对这一工艺在一些领域的应用情况也作了简单介绍。
关键词:超塑性; 变形; 成型; SPF/D B
中图分类号:TG 13513 文献标识码:A 文章编号:1006-0308(2006) 02-0058-04
Some Opinions on Super -its -(K unming C K , Y unnan 650033, China )
ABSTR basic development history and deformation mechanism of super-plasticity are introduced. Several super-plas 2
ticity shaping only currently and their application in s ome cases are briefly presented.
KE Y WOR DS Super plasticity ; deformation ; shaping ; SPF/DB
1 超塑性
111 基本定义及发展沿革
超塑性是指在应力作用下产生异常大的拉伸变形而不破坏的能力。超塑性合金能产生百分之百甚至百分之几千的拉伸形变, 如Higashi 等报道了一种铝合金能产生大于5500%的拉伸形变。材料展现超塑性的判据为:延伸率>100%, 应变速率敏感性指数m ∂013。
超塑性现象最早的报告是在1920年, ROSE N 2HZI N 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. PE AR 2S ON 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。但是由于第二次世界大战, 这方面的研究没有进行下去。1945年前苏联的A. A. BOCH VAR 等发现Zn -Al 共析合金具有异常高
统的研究, 并提出了应变速率敏感性指数m 值这个新概念。80年代, 超塑性研究遍及材料加工、力学、机械等许多学科。
超塑性可分为3类:(1) 细精超塑性, 又称组织超塑性, 静态超塑性和恒温超塑性。细精超塑性的组织条件可概括为晶粒三化(微细化、等轴化和稳定化) , 大多数金属和合金的超塑性属于这一类, 则当今超塑性研究和应用的重点。(2) 相变超塑性, 又称动态超塑性, 即在相变点上下通过温度循环, 加载而积累产生大变形, 故又称为环境超塑性。钢铁等常用材料显示相变超塑性, 其研究开发也具有广阔应用前景。(3) 其它超塑性(或第三类超塑性) , 指在消除应力退火过程中, 在应力作用下可以得到的超塑性。112 超塑性材料目前已知的超塑性金属及合金已有数百种, 按基体区分, 有Zn 、Al 、T i 、Mg 、Ni 、Pb 、Sn 、Z r 、Fe 基等合金。其中包括共析合金、共晶、多元合
的延伸率并提出“超塑性”这一名词。1964年, 美国的W. A. BACK OFE N 对Zn -Al 合金进行了系
Ξ收稿日期:2005-10-08
作者简介:邹艳梅(1965-) , 女, 云南个旧人, 讲师。昆明理工大学材料与冶金学院在读工程硕士, 主要研究方向:市政、材料工程。
58
邹艳梅 超塑性和超塑性成型刍议
金、高级合金等类型的合金。
表1列出了部分工业合金的超塑性性能, 可见其应用范围之广。113 超塑变形机理
超塑变形机理研究一直是一个活跃的领域, 虽然尚未有一个统一的理论, 但该领域正酝酿着重大突破。
1964年美国学者贝克芬(W. A. . Backofen ) 对超塑性力学特性进行了分析研究, 提出了变形应
ε力σ与应变速率ε的关系方程式:σ=k m 式中k 为与材料有关的常数, m 为应变速率敏感性指数, 它与材料有关, 是评价金属超塑性的力学性的一个
指标, 并提出了测定材料m 值的方法, 奠定了超
塑性的力学基础.
超塑性变形的基本特征如下:1) 力学特征是低应力, 高m 值, 大延伸。2) 微观特征是:①发生了大量晶界滑移和晶界迁移; ②晶粒发生转动; ③发生了三维晶粒重排; ④变形中位错发生在晶界, 消失在晶界; ⑤晶界附近有一严重变形区; ⑥变形中晶粒长大, 尤其在低应变速率时。
这些特征是探讨微观机制的基础。20世纪80年代, 超塑变形理论集中于晶界滑移模型, 有两个很有代表性。
表1 部分工业合金的超塑性能
T ab. 1 Super plasticity of s ome alloys
合金牌号
LY 12(中) LC4(中) LD5(中) 7475(美) 8090(美) 2091(美) H60(中) H62(中) HPb59-1(中) T C4(中) C DA619(美) M gZK 60(美)
合金成分
Al-419Cu-115M g-016Mn Al-518Zn-2116M g-10g-01i 511g-115Cu 1112Cu-0185M g-0115Z r Al-212Li-216Cu-112M g-0115Z r
Cu-40Zn Cu-38Zn Cu-40Zn-1Pb T i-6Al-4V Cu-10Al-4Fe M g-6Zn-015Z r Ni-39Cr-10Fe-2T i-1Al
T/℃[***********][***********][1**********]0Ω450
17×10-4813×10-4116×10-4813×10-4116×10-3813×10-4813×10-4313×10-42×10-41×10-3313×10-31×10-4116×10-3313×10-4116×10-3117×10-41×10-4
δmax /%
[***********][***********]1000>1000>800100470>[1**********]
m max [***********][***********][***********][1**********]80
M D3球墨铸铁Fe-3C
Fe-018C-0165Mn-011S i
Fe-3C-115Cr T i-5Ai-4M o-4Cr-2Sn-2Z r
2020Al/20%SiG e
高碳钢
RST 白口铸铁54422T i
复合材料
(1) 扩散调节的晶粒转换模型(Ashby -Verrall
模型) 该模型认为超塑变形的大延伸是晶粒转换模型) Ball 和Hutchs on 用透射电镜观察了Zn -Al 共
析合金超塑变形后的组织, 发现α相中有位错塞积, 提出:沿同一直线排列的一组晶粒滑移, 受阻于闭锁晶粒B (见图2) , 应力集中使晶粒B 内位错开动, 滑移并塞积在对面晶界, 领先位错在应力集中作用下产生快速扩散, 攀进晶界并沿晶界攀到消失地点。而晶粒转动和相邻晶粒协调, 不产生明显的晶粒伸长。Mukerjee 认为晶界滑移的主要障碍为
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的结果, 而提出一个二维晶粒转换模型(见图1) 。Ashby-Verrall 认为外力所做的功由四个不可逆过程消耗。该模型是一个二维模型, 不能解释新表面增加。后来G ifkins 对它进行了改进, 提出了三维模型, 然没有直接实验证据。
(2) 位错调节的晶界滑移模型(Ball -Hutchs on
2006年4月云南冶金Apr. 2006
第35卷第2期(总第197期) Y UNNAN MET A LLURGY V ol. 35. N o. 2(Sum 197)
晶界台阶, 晶粒可以单独滑移, 在台阶处受阻时, 晶内位错开动(见图3) , 弛豫过程和Ball -Hutch 2s on 模型相同。从80年代开始, 许多人曾实测了超塑变形中各变形机制的作用, 认为超塑变形是多重
机制共同作用的结果。即总应变速率为扩散蠕变、晶界滑移和位错蠕变三种变形机制产生的应变速率ε之和
。
图1 Ashby-V errall 晶粒转换模型
Fig. 1 G rain transition m odel of Ashby-
Verrall
2模型
2m
odel
ε与δ、m 、
.
比较常用的超塑性成型工艺主要有:
1) 气胀成型。这是最早利用超塑性的工艺, 目前应用最多。材料在超塑状态下变形抵抗力较低, 塑性极好, 可像玻璃和塑料一样用气吹成型, 常用于生产薄壁壳体部件, 其最大的特点是工艺和设备都很简单。如抛物线状的天线、仪表壳体及美术浮雕等适于此方法生产制造。
2) 超塑深拉延。由于超塑材料有极高的塑性,
图3 Mukerjee 模型
Fig. 3 Mukerjee m odel
因此, 可将金属板材一次深拉延成筒形零件。该方
法可成型高径比很大的筒形件( 10) , 成型后的薄壁均匀, 还可在模腔中再次胀成瓶状部件。
3) 无模拉伸。即利用材料在超塑状态下具有高抗缩颈能力, 拉伸变形中变形均匀的特点, 可使加热区部分按要求均匀变形。
4) 超塑等温模锻。此方法充分利用了超塑材料变形抵抗力低、塑性好的特点, 在不改变常规模具和设备的条件下, 成型载荷大为降低, 而且材料的填充性能好, 对形状复杂的材料成型有非常好的适应性, 该方法被广泛用于冷冲压模具的成型。
5) 超塑成型/扩散焊接(SPF/DB ) 。这种方法是充分发挥超塑材料特点的一种组合技术。材料本身在超塑状态下能高速扩散, 超塑成型的同时, 也将多个部件扩散焊接成一个整体, 使得结构的重量减轻、强度提高、导热性也增强了, 所以被认为是航天、航空工业中最有潜力的新型技术。
2 金属的超塑性成型
超塑成型技术是金属材料加工技术的一次重大变革。它的主要特点为:工艺简单, 可生产形状极为复杂的构件; 设备简单, 吨位小、成本低、节能, 尤其适用于形状复杂的小批构件。由于超塑成型可使多个部件一次整体成型, 结构强度明显提高, 重量减轻, 因此是当今航空工业中最吸引人的加工新技术之一。
超塑性变性的工艺环境主要有两条:其一为变形温度, 超塑变形一般要求材料的温度保持在T c Ε015T m 式中:T c 为实现超塑变形的临界温度, T m 为该材料的熔化温度, 其=为变形速率, 超塑
变性的最大特点是它必须在一定的应变速率ε范围60
邹艳梅 超塑性和超塑性成型刍议
6) 超塑复合材料。超塑材料本身塑性好, 与
其他材料复合后可大大提高其整体性。如纯铝与
Zn-22%Al合金复合后, 在250℃拉伸时, 延伸率从50%提高到400%, 可吹胀成型。同时由于超塑材料高温时扩散能力很强, 可用超塑材料作基体, 制作颗粒和纤维强化复合材料。日本大量使用的汽车减震、消音材料即为低碳钢和Zn -Al 的复合板, 由于该材料在超塑状态工作时的内耗高, 故减震效果明显。
7) 其他。利用材料在超塑状态下强度低而塑性高的特点, 工程技术人员可实现超塑切削加工。一些难加工材料如镍基合金, 在超塑状态下切削, 加工阻力小, 工作效率高, 表面光洁度和加工工具的寿命也得到了提高。
现已发展的几百种超塑合金, 几乎遍及各合金系。近些年来发现的金属间化合物、复合材料和陶瓷材料经细晶化处理后也有超塑性为这类高性能、难加工材料的成型开拓了一条新途径。
接; (3) 烧结煅烧。312 钛合金的超塑性成型与扩散焊接
由于钛合金比强度和比刚度高, 在航空和航天工业中有着广泛的应用。就飞机发动机而言, 其不同部件的工作温度在-50～1700℃之间。提高钛合金的工作温度是扩大其应用范围的关键。自1954
) 问世以来, 年T i -6Al -4V (最高工作温度约300℃
许多学者在提高钛合金的工作温度方面进行了大量
研究, 如1966年问世的T i -6242, 其工作温度为450℃; 1974年问世的T i -6242S , 其工作温度为520℃; 1984年问世的I MI834, 其工作温度已达600℃。王志成以T i -6Al -4V 为基础, 比较了其他
几种新型合金的SPF/DB 行为, 包括SP700、I MI834、含α2和γ相的金, 提出扩散焊接(DB ) 。与传统工艺相比:可大量地节约材料, 减少, 批量生产成本低。最广泛使用的SPF/DB 材料为T i -6Al -4V 。然而, 该材料的SPF/DB 温度高, 使用温度低, 限制了其应用范围。因此, 很多学者都在研究新型超塑性钛合金材料, 以便获得高的使用温度和低的SPF/DB 温度, 较高的超塑性成型速率或较短的扩散焊接时间及较好的SPF/DB 后的机械性能。通过对冶金和扎制过程的控制, 已经获得了具有细小双相组织的近α钛合金(T i -6242、I MI834等) 及S Uper α初步研究表明, 2板材。这些材料具有很好的SPF/DB 性能。在降低SPF/DB 温度方面, 也取得了一些进展, SP700的SPF/DB 温度, 比T i -6Al -4V 的低100℃左右。
总之, 超塑性和超塑性成型, 作为当今材料研究的一个热点和新兴发展学科, 必将取得更重大的研究成果和获得更广泛的应用。参考文献:
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3 311 31111 晶粒细小是结构超塑性的前提。对于金属材
μ料, 通常要求晶粒小于10m , 而对于陶瓷材料,
μ通常要求晶粒小于1m , 与金属相比, 陶瓷材料更
容易获得细晶结构, 而且高温下结构更稳定。然而, 陶瓷材料的晶间脆性大大限制了其超塑性潜力。1984年有学者发现了含4%-9%的玻璃相, 其β-锂辉石微晶玻璃瓷具高温超塑性。现已表明具有超塑性的陶瓷材料有Y-TZP 、Al 2O 3-Z rO 2复合材料、Al 2O 3瓷、SiC-Si 3N 4复合材料等。31112 陶瓷材料超塑性的应用研究
在陶瓷材料超塑性的基础研究取得重大进展后, 研究如何利用超塑性进行陶瓷材料的超塑性加工, 包括超塑性成型、连接和烧结锻造等, 已引起人们极大的兴趣。可通过较简单的工艺加工出接近最终形状的陶瓷部件, 使后期机加工的工作量大为减少, 甚至不再需要, 进而加工成本大为降低。不仅如此, 在许多情况下还可提高材料和构件的性能, 有望能克服陶瓷材料难以加工和加工成本高的弱点。
目前陶瓷材料超塑性的应用研究主要集中在以下领域:(1) 超塑性成型加工, 包括鼓胀成型、挤压成型、冲压成型和弯曲成型; (2) 超塑性扩散焊
〔J 〕. 1985,
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(5) :
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