材料加工原理

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1、材料加工原理材料加工原理第二篇第二篇材材料料固态成固态成形形原理原理材料学院材料学院轻合金轻合金精精密成密成型型国家工国家工程程研究研究中心中心吴国华吴国华TTeell:62932164:62932164ghghwwuu@@mmaailil..sjsjtutu..edu.edu.cncn第七章第七章特种固态特种固态成形成形特种固态成形包括超塑性成形、爆炸成形、低压爆炸成形、高速锻造成形、粉末锻造成形、粉末轧制成形、电磁力成形和液体中放电成形等。本章只介绍超塑性成形、粉末锻造成形和粉末轧制成形的原理及应用，以扩大固态成形的知识面。标准分享网www.bz

2、fxw.com免费下载77..11超塑超塑性成形性成形7.1.1超塑性成形的基本特点和种类1．超塑性成形的基本特点1）拉伸试验延伸率可达百分之几百，甚至百分之几千。2）拉伸试验时，试样均匀变形，在宏观上不出现缩颈现象。3）拉伸试验时，流动应力很低。4）成形过程中基本上没有加工硬化现象，所以超塑性合金的流动性和填充性好，容易成形。2．超塑性成形的种类超塑性实际上是材料在特定条件下的一种特殊状态。超塑性通常按变形特性和状态分为三类，即微细晶粒超塑性(又称恒温超塑性或第—类超塑性)、相变超塑性(又称变态超塑性、转变超塑性或第二类超塑性)以及其他超塑性(又称

3、第三类超塑性)。标准分享网www.bzfxw.com免费下载1）微细晶粒超塑性(恒温超塑性或第—类超塑性)微细晶粒超塑性具有三个条件：①材料具有等轴稳定的细晶组织(通常要求晶粒尺寸在0.5-5mm之间)。—般而言．晶粒越细，越有利于出现超塑性。②成形温度T³0.5T(T为材料熔点的热力学mm温度)且大多低于普通热锻温度，并要求温度恒定。③应变速率在10-4-10-2s-1的区间内。2）相变超塑性(变态超塑性、转变超塑性或第二类超塑性)这类超塑性并不要求材料具有超细晶粒，而是在一定的温度和负荷条件下，经过多次循环相变或同素异构转变获得的。相变超塑性的第

4、一个必要条件是材料具备固态结构转变能力，如某些金属和合金；第二个必要条件是应力作用和在相变温度区内循环加热和冷却，诱发反复的结构变化而产生超塑性。标准分享网www.bzfxw.com免费下载3）其他超塑性(短暂超塑性或第三类超塑性)非超塑性材料在一定条件下，会出现短时间的细而稳定的等轴晶粒组织，并能显示出超塑性。在消除应力退火过程中，在应力作用下可以得到超塑性。球墨铸铁和灰铸铁经特殊处理也可以得到超塑性。7.1.2微细晶粒超塑性的力学特性金属试样超塑性拉伸试验时，在载荷达到最大值以后，随着应变量的增加。载荷缓慢下降。在拉伸过程中，金属的流动非常稳定，

5、几乎看不到缩颈现象。流动应力与真实应变之间的关系与理想弹塑性体的相类似。流动应力与应变速率之间的关系具有牛顿粘性体的特征，即流动应力随应变速率的增加而上升。从力学特性上讲，超塑性最主要的特性就是材料流动应力对应变速率的敏感性。标准分享网www.bzfxw.com免费下载贝可芬(Backofen)方程描述这种特性最简单也最常用的是著名的贝可芬(Backofen)方程ms=Ke(7.1)式中，s为超塑性流动应力；为应变速率；m为流动应力的应变速率敏感性指数，称为m值；K为与材料成分、结构和试验温度等有关的常数。应变速率敏感性指数m值是表征超塑性的一个重

6、要指标。其物理意义说明如下：在m值大的情况下。随着应变速率增大，流动应力迅速增大。因此，如果试样某处出现缩颈的趋势，此处的应变速率就增大，使此处继续变形所需的流动应力随之剧增，于是变形只能在其余部分继续进行。如果再出现缩颈趋势，同样由于缩颈部位应变速率增加而局部强化，使缩颈传播到其他部位，从而可获得巨大的宏观均匀变形。以上分析表明，m值反映金属和合金拉伸时抗缩颈的能力，因而是评定金属和合金是否能呈现超塑性的重要指标。根据研究结果，对于普通金属和合金，m=0.02-0.2；对于超塑性材料，一般m=0.3-0.8，某些情况下接近1。标准分享网www.bz

7、fxw.com免费下载图7.1a为在对数坐标中Mg-A1共晶合金的流动应力与应变速率之间的关系曲线，呈S形。曲线可分为I区，II区和III区。在I区内，流动应力随应变速率变化很大，超塑性发生在此应变速率敏感区。将式(7.1)两边取对数后求导可得m=d(1gs)/d(1g)，因此，m值是1gs-1g曲线上各点的斜率。图7.1(b)就是根据Mg-A1共晶合金的S曲线求得的m-1g关系曲线。从图可以看出，在区域II内m³0.3，所以这区域是超塑性变形区。7.1.3超塑性变形机理1.溶解—沉淀理论1945年，为解释超塑性现象，苏联学者包赤伐尔提出所谓“溶解—

8、沉淀”理论。根据这种理论，超塑性主要发生在两相合金中。当合金中一相在另一相中的极限溶解度随温度变化时，由于在