1.8超塑性合金18.1、金屬超塑性概況1920年，德國科學家發現一些脆性材料在某些加工條件下產生較大彎曲、拉伸等變形，二次大戰后由前蘇聯科學家通過鋅鋁合金拉伸試驗提出超塑性的概念。超塑性成形實例Bi-44Sn擠壓材料在慢速拉伸下出現異常大的延伸率現象（δ＝1950％），左為拉伸前的試樣。1.8.1.2、超塑性成形的基本特點金屬材料在受到拉伸應力時，顯示出很大的延伸率而不產生縮頸與斷裂現象，把延伸率能超過100%的材料統稱為“超塑性材料”，相應地把延伸率超過100%的現象叫做“超塑性”。但實際的變形程度要更大。也可用應變速率敏感性指數m來定義超塑性。宏觀上，可用大變形、無縮頸、小應力、易成形來描述超塑性特點。（1）、大變形金屬材料的最高伸長率鋁青銅可達8000﹪,材料成型性能好，可成形復雜程度高、變形量大的成型件。（2）、無縮頸超塑性成形類似于粘性物質的流動，對應變速率較敏感，既有應變速率硬化效應。（3）、小應力超塑性成形的流動應力是常規成型的十幾到幾十分之一，設備噸位小。（4）、易成形成形過程無硬化，流動性和填充性好，可用多種方式成形。（2）、分類1）、細微晶粒超塑性（恒溫超塑性）晶粒尺寸通常小于10變形溫度T>0.5,并在變形過程中保持恒定應變速率較低，通常3）、其他超塑性近年來發現，普通非超塑性材料在一定條件下快速變形時，也能顯示出超塑性。有些材料在消除應力退火過程中，在應力作用下也可以得到超塑性，Al-5%Si及Al-4%Cu合金在溶解度曲線上下施以循環加熱可以得到超塑性。此外，國外正在研究的還有升溫超塑性，異向超塑性等。有人把上述的第二類及第三類超塑性統稱為動態超塑性，或環境超塑性。①、鋅合金Zn-22％Al：550~590℃精煉后澆鑄鑄錠。355~375℃8h以上固溶后空冷。加熱到290~360℃保溫2小時，制成板材或棒材后，加熱至310~360℃保溫1h以上，在低于18℃的水中淬火，保持1h.再加熱至250~260℃保溫0.5h.m:0.6,σ:2MPa,δ:1000~2000﹪,?:1.6×10￣3s￣1,t:200~300℃Zn-4％Al與Zn-5％Al：精煉后澆鑄鑄錠，在320℃退火3h，在300℃（Zn-4％Al）和260℃（Zn-5％Al）下軋制。m:0.5,σ:2MPa,δ:2000﹪,?:1.6×10￣3s￣1,t:350℃②、鈦合金TC4(Ti-6Al-4V)和TC9：供貨狀態即為細晶組織。m:0.85,σ:,δ:1000﹪,?:1.0×10￣3s￣1,t:800~1000℃.Ti679：在900℃下鍛造，800℃下退火1h后空冷。m:0.43,σ:25MPa,δ:734﹪,?:6.7×10￣?s￣1,t:800~850℃.③、鋁合金Al-6Cu-0.5Zr：用冷模澆鑄鑄錠，采用熱軋及冷軋，變形量大于90％，最后進行時效熱處理。m:0.50,σ:10~12MPa,δ:1000﹪,?:1.3×10￣3s￣1,t:430℃.7475鋁合金：供貨板材固溶處理后，400℃過時效8h；200℃軋制，軋制變形量為85％，482℃保溫5min。Al-Li合金：Al-Li二元合金強度較低，加入銅、鎂、鋯、錳等合金元素，可使其強度與塑性有所改善。④、鋼45鋼：830~850℃淬火，反復4次。m:σ:δ:240﹪,?:2.0×10￣?s￣1,t:680℃.T8鋼：760℃水淬，后加熱到537℃空冷。m:σ:35MPa,δ:305﹪,

?:(2.4~9.5)×10￣?s￣1,t:680~710℃.GCr15：退火料830℃調質1~4次。3Cr2W8V：950℃循環淬火。m:σ:49MPa,δ:156﹪,?:2.0×10￣3s￣1,t:800~850℃.1Cr13、2Cr13:950~990℃加熱，600℃回火，兩次調質。鋼的細晶化，基本上是采用熱處理。2）、應變速率的影響3）、溫度的影響不同材料只有較窄的溫度區間適合超塑性成形

1.8.3、超塑性變形機理目前仍處于探討階段，尚無統一的認識。幾種主流的觀點：晶界滑移的觀點；擴散蠕變機理的作用；動態回復和動態再結晶。一般地認為，超塑性變形機理比常規塑性變形機理更為復雜，它包括晶界的滑移和晶粒的轉動、擴散蠕變、位錯的運動、在特殊情況下還有再結晶等，是幾個機理的綜合作用。由Ashby和Verrall提出的晶界滑動和擴散蠕變聯合機理，簡稱A-V機理。σσ起始狀態中間狀態終了階段???該理論認為，在晶界滑移的同時伴隨有擴散蠕變，對晶界滑移起調節作用的不是晶內位錯的運動，而是原子的擴散遷移。1.4、超塑性成形工藝與設備1.4.1、常用超塑性成形工藝方法1.4.2、超塑性成形設備選擇（1）、鍛造設備其中，單位面積上的變形力是流動應力的2~4倍。要求設備：可調速、可保壓、有大的封閉高度與足夠的工作臺面、有頂出裝置、有溫控系統。（2）、超塑性氣脹成形設備要求：除具有鍛造設備的要求外，還有以下要求：更長時間的保壓；更大的工作臺面；氣源及控制系統。典型設備：1.8.4、超塑性成形的摩擦與潤滑特點：（1）、模具溫度高原子擴散加劇，提高摩擦系數，脫模困難；（2）、應變速率低易于接觸面咬合，擠出潤滑劑，導致摩擦系數增大；（3）、變形時間長對潤滑劑要求：（1）、