金属材料的超塑性研究.pdf

《金属材料的超塑性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、金属材料的超塑性研究赵克飞（河北科技大学材料科学与工程学院，河北石家庄050018）摘要：超塑性金属材料是材料科学发展的一个主要分支，本文从超塑性的基本概念出发，在力学特征方面，对超塑性材料和一般塑性材料进行了比较。并对金属材料有关的超塑性分类、变形机理、影响因素及加工方法进行了分析和扼要的叙述，同时本文对金属材料的超塑性的应用进行了概，并对金属超塑性的研究和运用进行了展望。关键词：金属材料；超塑性；力学特征；变形机理；加工中图分类号：TG14文献标志码：A一、金属超塑性的概念普通的金属材料在拉伸时试样会产生缩颈，最后在缩颈出断裂。即使是塑性很好的

2、金属材料，断裂时所得的延伸率也不绝不会超过100%。但是有些金属材料，在特定条件下拉伸时，在没有局部缩颈或断裂情况下，其延伸率很容易超过100%，甚至高达2000%，这种性能通常称为金属材料的超塑性。所谓特定的条件包括：①金属材料的内在条件，如一定的成分，特有的显微组织存在及转变能力（相变，再结晶及固溶度变化等）。②外在条件，如变形温度及变形速度等。在某些特定条件下，有的超塑性合金的延伸率极容易就达到100%，甚至达到1000—2000%，而无缩颈（或缩颈较小），也不断裂。所需的拉力却很小。[1]除金属材料外，非金属材料，例如陶瓷材料也会产生超塑性

3、。二、超塑性材料和一般塑性材料的力学特征比较关于超塑性材料和非超塑性材料可以用拉伸试验中表现的行为及结果进行比较。不过，除拉伸载荷外，超塑性也会在其他形式的载荷，例如，压缩，扭转及反复载荷的作用下产生。1.一般的塑性材料的拉伸：一般的塑性材料进行拉伸试验时，和超塑性材料相比较，主要有两个不同点：第一，拉伸到塑性变形阶段时，随着变形过程的进行，相伴出现加工硬化。第二，当伸长达到一定长度时，试棒在局部区域形成缩颈，最后呈杯锥断口而断裂。其公称应力-应变曲线如图1（A）中所示。第一阶段为弹性变形阶段，表现为直线。第二阶段为塑性变形阶段，表现为曲线。在塑性

4、变形阶段内，一方面由于加工硬化的结果，试棒的塑形降低。另一方面，由于试棒的截面减小，从而使有效应力增高。塑性变形阶段内曲线的形状由这两种现象的综合效果所决定。在应力的峰值以前，属于稳定的塑性变形，试样的截面积是均匀减小的。超过应立峰值以后，属于不稳定的塑性变形，试样在局部区内，变得很细，形成细颈最后已断裂而告终。1[2]将应力和应变分别用真应力和真应变来代替，两者之间的关系可以由下式表示：nk.................................................(1-1)其中：--真应力；--真应变；k--强度

5、系数n--加工硬化指数图1.一般的塑性材料的应力--应变关系一般金属及合金的k及n的值如表1中所列。将（1-1）式写成下面的对数形式：log=nlog+logk....................................(1-2)作log-log关系图，得到一根斜率为n的直线（图1B）。由于n值（n，n及12n....）的不同，可以得到一系列的这种直线。加工硬化的程度随着n值的减小而降低。3当n=0时，加工硬化效果消失。22.超塑性材料的拉伸：超塑性材料进行拉伸变形时，其情况敲好相反：第一，一般不出现加工硬化现象，并在超塑性变形

6、后也无晶粒破碎、拉长以及亚结构、位错增加等现象，所以（1-1）、（1-2）式中的n=0时，=K。应力将在这种应力极限值的作用下发生超塑性流动，此时log-log的关系如图1（B）中虚线所示，应力与应变之间不再存在依赖关系，处于这种状态的材料是理想的塑性材料。第二，一般试样不出现细颈，在整个拉伸过程中，试样的变形都是均匀而稳定的。三、超塑性的种类根据超塑性变形时所表现出的“大延伸、无颈缩、小应力、易成型”的特征，我们把凡是具有上述特点的金属变形认为是超塑性变形。[3~5]关于超塑性的分类，现在还没有统一的认识，按温度和形态可以分为：1.细晶超塑

7、性（即恒温超塑性）。即在一定的恒温条件下，而且在应变速率和晶粒度都满足要求的条件下所实现的超塑性。这类超塑性的产生必须具备以下几个必要的条件：a.金属须具有均匀微细的等轴粒，且在超塑性的温度下不易粗化长大，即热稳定性好。b.变形温度应大于0.5T（T为绝对熔化温度），一般为0.5--0.7T，且保持恒定。mmmc.应变速率低，比普通的塑性加工应变速率至少小一个数量级，由于细晶超塑性是在恒温下产生，没有相变等一类组织结构上的转变，所以又称之为静态超塑性。细晶超塑性是目前研究和应用较多的一种，其优点是恒温下易于操作，故大量用于超塑性成型；但也有其缺点，

8、因为晶粒的超细化、等轴化及稳定化要受到材料的限制，并非所有合金都能达到此目的，如共晶白口铸铁至少在目前是不可能的。2.相变