特种塑性成形 教学课件 作者 李云江 第1章.ppt

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1、第1章1.1　金属超塑性概况及成形特点1.1.1　金属超塑性发展概况1.1.2　超塑性成形的基本特点1.2　超塑性的分类及影响超塑性的因素1.2.1　超塑性现象与超塑性指标1.2.2　超塑性的分类1.2.3　影响微晶组织超塑性的主要因素1.3　超塑性变形的微观组织机理1.3.1　超塑性变形时组织的变化和对力学性能的影响1.3.2　超塑性变形机理1.4　超塑性成形工艺与设备1.4.1　常用超塑性成形的工艺方法1.4.2　超塑性成形的设备1.4.3　超塑性成形的摩擦与润滑1.5　超塑性成形展望1.1　金属超塑性概况及成形特点塑性是金属的重要属性之一，它指的

2、是金属在外力作用下，无损而永久地改变形状的能力。“超塑性”就是超出一般塑性指标的金属特性。在常规成形条件下，一些较难成形的金属材料，如钛合金、铝合金、镁合金、镍合金、合金钢等，成形温度范围比较狭窄，流动性比较差。例如作为衡量塑性优劣的一个重要指标——伸长率δ，一般情况下，黑色金属不大于40％，有色金属也不超过60％(软铝约为50％，而金、银一般也只有80％)，即使在高温下，也难以达到100％。1.1.1　金属超塑性发展概况图1-1　Sn-37Pb、Bi-44Sn共晶合金拉伸后现象图1-2　吹塑成形的5083铝合金墙面装饰浮雕1.1.2　超塑性成形的基本

3、特点图1-3　吹塑成形的Ti-6Al-4V球形卫星燃料箱1)金属塑性大为提高过去认为只能采用铸造成形而不能锻造成形的镍基合金，也可进行超塑性模锻成形，因而扩大了可锻金属的种类。2)金属的变形抗力很小一般超塑性模锻的总压力只相当于普通模锻的几分之一到几十分之一，因此，可在吨位小的设备上模锻出较大的制件3)加工精度高超塑性成形加工可获得尺寸精密、形状复杂、晶粒组织均匀细小的薄壁制件，其力学性能均匀一致，机械加工余量小，甚至不需切削加工即可使用。因此，超塑性成形是实现少或无切削加工和精密成形的新途径。1.2.1　超塑性现象与超塑性指标图1-5　超塑性材料的真

4、实应力—应变曲线1.2　超塑性的分类及影响超塑性的因素图1-5　超塑性材料的真实应力—应变曲线图1-6　Ti及Zr合金的伸长率与m值的关系曲线1.2.2　超塑性的分类1.微晶组织超塑性(即恒温超塑性或结构超塑性)一般所指超塑性多属这类，它是目前国内外研究得最多的一种。其产生的第一个条件是材料具有均匀的微细等轴晶粒，晶粒尺寸通常小于10μm，并且在超塑性温度下晶粒不易长大，即所谓热稳定性好；第二个条件是变形温度T＞0.5Tm(Tm为材料熔点温度，以热力学温度表示)，并且在变形时保持恒定温度；第三个条件是应变速率比较低，一般=10-4~10-1/s。目前已

5、发现共晶型和共析型合金具有超塑性，但也不限于此，而在许多的二相合金中相当一部分呈现超塑性。一般说来，晶粒越细越有利于超塑性变形，但对有些材料来说，例如钛合金，其晶粒尺寸达几十微米时仍有良好的超塑性能。2.相变超塑性(即变温超塑性或动态超塑性)图1-7　碳钢和轴承钢的伸长率δ与温度循环次数n之间的关系(试验温度幅度：538~816℃；定负荷：σ=17.6MPa)3.其他超塑性图1-8　Al-Cu共晶合金520℃拉伸时晶粒尺寸对流动应力及m值的影响24660-1a1.2.3　影响微晶组织超塑性的主要因素1.获得细晶粒的途径及晶粒度的影响(1)冶金学方法主要

6、是添加一些能够促使早期形核，使组织弥散，并在变形过程中稳定晶粒的微量元素。(2)压力加工方法采用冷、温、热三种不同温度下的轧制或锻造。(3)热处理方法包括反复淬火、形变热处理、球化退火等方法。2.应变速率的影响图1-9　Mg-Al共晶合金的σ—曲线与m—曲线(变形温度：350℃，晶粒直径：10.6μm)3.温度的影响图1-10　Zn-Al合金(=22％)的伸长率和m值与变形温度的关系—临界温度　v—拉伸速度24660-1a图1-11　弥散铜(=95%、=2.8%、=1.8%、=0.4%)应变速率及试验温度对m值的影响(平均晶粒尺寸1μm)1

7、.3.1　超塑性变形时组织的变化和对力学性能的影响1.组织的变化1.3　超塑性变形的微观组织机理(1)晶粒度的变化许多研究资料表明，超塑性变形时，晶粒会发生长大，但等轴度基本不变。(2)显微组织的变化大量研究资料表明，在最佳超塑性应变速率范围内，不形成亚结构，亦未发现有晶内位错或仅有个别位错，在试样抛光表面上不出现滑移线，说明没有位错运动。(3)空洞的生成大量的金相资料表明，许多合金在超塑性拉伸变形时会伴生空洞。24660-1a图1-12　250℃拉伸时应变速率对Zn-Al淬火合金(=22％)晶粒尺寸的影响1—δ=100%　2—δ=200%　3—δ=

8、600%2.对力学性能的影响1)超塑性变形后由于合金仍保持均匀细小的等轴晶组织，不存在织构，所