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1、细晶超塑性学号：123111066学生：肖宇宁2012.12.25细晶超塑性1.前言超塑性是指晶体材料在拉伸时表现出大的应变。一般将材料延伸率超过100%的现象叫做“超塑性”。这个现象在学术上很令人感兴趣，在工业上也有相当大的应用潜力，因为超塑性成形为难变形材料成形为复杂形状的部件提供了可能。通常超塑性现象主要发生在高温下（约等于0.7Tm,Tm为材料的熔点），应变速率相对较低（小于10-3/s）。超塑性应变速率对工业结构材料的成形来说是极低的，因此超塑性在工业上的应用也受到了限制。Longdon提
2、出了超塑性变形的两个必要的条件：(1)局部缩颈受到限制；(2)空洞内部相互连接受到抑制。由于材料超塑性变形过程复杂,在超塑性变形过程中既有位错运动和物质的扩散,又有晶界的滑动和转动,目前关于超塑性机理尚未形成统一的理论[1]。按超塑性实现的条件（组织、温度、应力状态等）可将超塑性分为：（1）恒温超塑性，也叫细晶超塑。（2）相变超塑性；（3）其它超塑性或者第三类超塑性[2]。本文主要介绍细晶超塑性及其成型工艺。近年来的大量研究结果表明,细晶超塑性变形的主要机理是扩散蠕变、晶内滑移等协调的晶界滑移。晶界
3、滑移有利于材料在超塑性变形过程中的应力松弛,塑性提高,从而防止裂纹产生;并且其与晶粒转动相配合,有利于保持晶粒的等轴性,降低变形抗力,使晶粒在滑动中保持连续性,晶界滑移所造成的几何不匹配为位错运动和扩散运动等协调过程所消除。研究发现晶粒越细小,其提供可滑动的晶界面积越大,为晶界滑移提供了大量晶界,与此伴生的应力集中也增多,主要集中在晶界及其附近,从而导致晶内位错滑移也集中在晶界附近,起到了协调晶界滑移的作用。同时,晶粒越细小,等轴性越好,产生的空洞尺寸和密度也越小,晶粒的滑动和转动也越容易进行。因此
4、,细晶材料在超塑性变形过程中,晶粒通过晶界滑动和晶粒转动等运动使得晶粒等轴化和晶界圆弧化,并使晶粒逐渐排列到拉伸轴方向,使材料延伸率得到极大提高[3]。2.细晶超塑性2.11420铝锂合金的超塑性行为1420铝锂合金具有密度低、比强度高、焊接性能和抗腐蚀性能好等特点,是一种优良的航空航天结构材料。具有细晶组织的1420铝锂合金则表现出了较好的塑性和服役性能而且还可以获得超塑性。鉴于等通道角挤压技术、高压扭转和变形热处理方法(TMP)的局限性,张新明，叶凌英等[4]采用一种新型形变热处理方法制备142
5、0铝锂合金细晶超塑性板材，得到的晶粒尺寸约为7μm。具体为试验方法为试验用材料为8.2mm厚的1420AI-Li合金热轧板,合金在空气炉中经475℃2h固溶处理和300℃/48h过时效,在400℃加热4h后立即进行轧制,轧辊直径350mm。轧制过程中将样品进行300~380℃/lh的中间退火,并采用转向轧制,即将前一次轧制后板材的横向作为本次的轧制方向,总变形量为45%-82%,道次压下量为10%-20%。最后将轧制样品在盐浴炉内进行510℃/2~60min的再结晶退火。将得到的细晶板材在温度范围4
6、50-570℃、应变速率110-3s-1和温度525℃、初始应变速率范围510-4-110-2s-1条件下进行高温超塑性拉伸,探求了对板材流动行为及组织演变的影响规律。图1(a)和(b)分别给出了经形变热处理后的1420铝锂合金板材在相应条件下拉伸时合金的真应力一真应变曲线。从图中可以看出,主要存在2种形状的应力一应变曲线。在较低的变形温度或较快的初始应变速率条件下,板材在变形初始阶段加工硬化率很高,应力迅速达到峰值,然后较快地减小直至断裂,没有明显的应力稳定流动阶段。这种情况下的加工硬化主要是由位
7、错的增值引起的。而在较高的温度或较慢的应变速率条件下,板材的真应力一真应变曲线出现了明显的稳定流动阶段,流动应力先缓慢达到峰值,然后逐渐下降,应力的大小随应变变化不明显，表现出明显的超塑性变形规律。从图中还可以看出,提高变形温度或降低应变速率都使板材达到峰值应力的应变量增加。在525℃、应变速率为110-3s-1变形条件下,合金延伸率最高为915%。图1温度和应变速率对1420铝锂合金真应力一真应变曲线的影响作者对延伸率最高时的试样组织进行了研究发现：在板材肩部，试样表层和中心层的晶粒尺寸有较小的增
8、长；在板材标距部分，晶粒整个厚度方向在超塑性变形阶段非常均匀，表明中心层的扁平状晶粒在变形过程中，转变为等轴状晶粒。2.2Al-5.6Mg-0.30Zr合金细晶超塑性研究Al-Mg系铝合金具有良好的力学性能、抗腐蚀性和焊接成型性,在航天航空工业领域有着广泛的应用潜力。随着现代科技的不断发展,先进飞行器的零部件服役条件苛刻,且构造复杂,要求一体化。许多复杂构件需要采用超塑性成形技术来制造。Al-Mg系铝合金属于热处理不可强化型铝合金,材料组织性能主要是通过合金化、熔铸、
