超塑性成形的发展状况
大块非晶合金的超塑性成形技术及发展现状
本科生课程论文(2013-2014学年第二学期)大块非晶合金超塑性成形技术及研究现状曾昭源提交日期：2014、6、2 学生签名：曾昭源大块非晶合金超塑性成形技术及研究现状曾昭源摘要：与晶态合金相比，大块非晶合金成形出来的零件在表面光洁度、强度、硬度、冲击断裂性能以及耐腐蚀性等方面具有十分明显的优势。
但是大块非晶合金的高强度、高硬度的特点使得其在室温下机加工困难、可塑性差、延伸率几乎为零，这大大制约了非晶合金的广泛应用。
超塑性成形方法是利用大块非晶合金在过冷液相区下呈现牛顿粘性流动状态或近似的牛顿粘性流动状态而表现出优良的塑性的特点，实现对大块非晶合金的塑性加工。
本文从大块非晶合金的超塑成形原理、影响非晶合金超塑性的因素以及该技术在精细零部件中的应用等方面对大块非晶合金超塑性成形技术进行综述，介绍大块非晶合金在上述三方面的研究现状，指出目前研究主要考虑了温度和应变速率对大块非晶合金超塑性的影响，而对应力应变状态、加热速率等研究却很少涉及。
同时说明了理论体系建立落后于实验研究是目前大块非晶合金超塑成形技术的主要问题。
关键词：大块非晶合金；过冷液相区；超塑性成形；温度；应变速率；精细零部件1 大块非晶合金超塑性成形机理及其特点大块非晶合金是指在结构上具有长程无序、短程有序和各向同性的特点，其原子在空间排列上不具有周期性和平移性，不存在晶态合金所特有的各种晶体缺陷的一类合金。
[1]大块非晶合金在热力学上属于亚稳态材料，当温度升高时，会发生玻璃化转变，进而发生晶化反应。
在玻璃转化温度与晶化开始温度之间存在一个50 ~150C 的温度区间，这个区间被称为过冷液相区。
正是这一特殊区域的存在，使大块非晶合金可以在保持类似于液体结构的同时表现出具有一定粘度的与氧化物玻璃极为相似的性质，呈现牛顿粘性流动状态或近似的牛顿粘性流动状态，表现出优良的超塑性能。
[2]因此，对于大块非晶合金，所谓的超塑性成形是指把合金的温度控制在过冷液相区的塑性成形。
非合金钢板的超塑性成形技术研究及其应用潜力
非合金钢板的超塑性成形技术研究及其应用潜力超塑性成形是一种通过在高温条件下对材料应力施加的加工方法，可以使非合金钢板也能够实现高度塑性变形。
本文将探讨非合金钢板超塑性成形技术的研究现状以及其在实际应用中的潜力。
首先，我们将介绍非合金钢板超塑性成形技术的研究现状。
非合金钢板由于其较低的碳含量以及少量的合金元素，通常具有较低的塑性，限制了其在成形过程中的应用。
然而，通过对非合金钢板进行超塑性成形的研究，可以改善其塑性特性，使其具备更广阔的应用前景。
目前，非合金钢板超塑性成形技术的研究主要集中在以下几个方面。
首先，研究人员通过调整非合金钢板的化学成分，改变晶体结构，提高材料的塑性。
其次，采用热处理方法，通过控制加热温度和时间，使非合金钢板获得更高的塑性。
此外，研究人员还探索了不同的成形方法，如等温拉伸、等温压缩、等温缩径等，以实现非合金钢板的超塑性变形。
在实际应用中，非合金钢板超塑性成形技术具有广阔的潜力。
首先，超塑性成形可以极大地提高材料的成形能力，使非合金钢板能够制造出更复杂的形状和结构。
这对于一些应用场景，如汽车、航空航天以及能源领域的零部件制造具有重要意义。
其次，超塑性成形技术可以减少材料在成形过程中的应力和变形，降低材料的变形硬化率，从而改善零部件的成形质量和机械性能。
此外，超塑性成形还可以降低材料的成形温度，减少能源消耗，降低生产成本。
然而，在实际应用中，非合金钢板超塑性成形技术还面临一些挑战。
首先，超塑性成形需要非常严格的加工条件和设备配置，包括高温环境、复杂的工艺参数控制等。
这增加了生产成本和困难。
其次，非合金钢板超塑性成形技术的研究还相对较少，需要进一步的实验研究和理论探索。
此外，超塑性成形后的材料往往会出现晶界滑移和晶界扩散现象，可能会影响材料的综合性能和寿命。
为了克服这些挑战，进一步开展非合金钢板超塑性成形技术的研究是非常必要的。
首先，可以通过优化材料的化学成分，改善非合金钢板的塑性特性。
超塑性成形的发展状况
超塑性成形的发展状况第一篇：超塑性成形的发展状况超塑性成形的发展状况摘要：金属材料的超塑性是指金属在特定条件下，具有更大的塑性。
本文主要介绍了超塑性成形的主要发展历程，超塑性成形的主要应用，非金属材料的超塑性研究和国内外的发展现状。
关键词：超塑性金属材料成形一、绪论近年来，高温合金和钦合金的使用不断增加，尤其是在宇航飞行器及其发动机生产中。
这些合金的特点是:流变杭力高，可塑性低，具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成木高昂。
如采用普通热变形锻造时，机械加工的金属损耗达80%左右，如采用超塑性成形方法，就能改变锻件肥头大耳的落后状况。
金属材料的超塑性是指金属在特定条件(晶粒细化.极低的变形速度及等温变形)下，具有更大的塑性。
如低碳钢拉伸时延伸率只有30~40%，塑性好的有色金属也只有60~70%，但超塑性状态。
一般认为塑性差的金属延伸率在100~200%范围内，塑性好的金属延伸率在500~2000%范围内。
要使超塑性出现，必须满足某些必要条件。
首先必须使金属具有0.25-2.5μm的极细晶粒，即必须小于一般晶粒大小的十分之一。
其次，当温度达金属熔点一半以上时，具有一般晶粒金属的晶粒便开始长大，而这时细晶粒金属的晶粒保持稳定。
因此，超塑性除要求有极细的晶粒度外，还必须具有高的延伸率和低的屈服应力，并以低的变形速率在高于熔点一半的温度下进行加工。
二、超塑性成形的发展早在1920年，德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹，它和普通晶体材料大不相同。
他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。
1934年，英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。
这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000%的试样。
金属超塑性成形的理论与实践研究
金属超塑性成形的理论与实践研究金属超塑性成形是一种新型的金属加工方法，它具有高精度、高效率、高质量的特点。
近年来，随着金属材料科学技术的发展，越来越多的研究者开始关注金属超塑性成形技术的发展。
本文主要介绍金属超塑性成形的理论与实践研究。
一、金属超塑性成形的概念金属超塑性成形是指在高温和高应变率下，金属材料表现出了极好的塑性变形和高度的变形容限。
这种性能在某些特殊工艺条件下，可以实现细节复杂、形状相对规则的零部件的加工。
金属超塑性成形在工业的应用领域非常广泛，尤其在航空、航天、汽车、电子、玻璃和陶瓷领域中占有重要的地位。
二、金属超塑性成形的理论金属超塑性成形理论主要包括两部分：材料理论和加工技术理论。
材料理论：金属超塑性成形的理论基础主要是材料的变形学和热力学。
材料的变形学研究材料在各种外力作用下的变形行为，包括刚性塑性变形、弹性变形和塑性变形等。
而热力学则是研究材料在加热和冷却过程中所产生的热量以及其对材料的影响。
加工技术理论：金属超塑性成形的加工技术理论主要包括加热加工、变形机制、变形控制和断裂行为等几个方面。
其中，加热加工是指将材料升温，使材料达到超塑变形温度；变形机制则是指材料的变形方式和变形过程。
变形控制是指采取合理的控制措施，使材料变形到设计的形状和尺寸。
而断裂行为则是指超塑材料在变形过程中的断裂机制和规律。
三、金属超塑性成形的应用金属超塑性成形技术在航空、航天、汽车、电子、玻璃和陶瓷领域中有着广泛的应用。
在航空和航天领域，金属超塑性成形技术被广泛用于制造各种零部件，如涡轮叶片、喷气发动机燃烧室和飞机机身等。
在汽车领域，金属超塑性成形技术可以用于制造车身外壳、排气管、油箱和变速器壳体等。
相较于传统的冲压技术，金属超塑性成形技术可以提高成形精度，减少板材的扭曲和变形。
在电子领域，金属超塑性成形技术可以用于制造微型零件，例如微型夹具、微型感应器、微型电机和半导体器件等。
在玻璃和陶瓷领域，金属超塑性成形技术可以用于制造高精度的模具，例如光纤芯棒、金属注塑机配件和玻璃成型机的零部件。
Ti6Al4V合金超塑性的研究进展及应用现状
收稿日期:2009202223作者简介:黄晓辉(1980—),男,陕西宝鸡人,硕士研究生.第4卷 第1期材 料 研 究 与 应 用Vo1.4,No.12010年3月MA TERIAL S RESEARCH AND APPL ICA TIONMar .2010文章编号:167329981(2010)0120023204Ti6Al4V 合金超塑性的研究进展及应用现状黄晓辉,左秀荣,刘凤芹,王齐伟,李 勇(郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室,河南郑州 450052)摘 要:对影响Ti6Al4V 合金超塑成形的因素,如晶粒尺寸、变形温度、应变、相变、微量元素的添加以及合金超塑成形的研究应用现状进行了综述.介绍了Ti6Al4V 合金超塑性的实际应用,如等温锻造、超塑性与扩散连接的结合、气压成形、超塑胀形及轴向加载复合成形以及超塑成形今后的发展趋势等.关键词:Ti6Al4V 合金;超塑性;应变;温度;变形加工中图分类号:T G 146.2 文献标识码:ATi6Al4V (也称为TC4)合金具有良好的超塑性,其用量已占到钛合金总用量的50%以上.利用Ti6Al4V 合金超塑成形技术(SPF )可制造发动机风扇、壳体、压气机盘和叶片,用它所制造的飞机中的梁、接头和隔框等重要承力航空构件既能提高构件的抗疲劳和抗腐蚀性,又能缩短制造周期.近年来,各国对Ti6Al4V 合金超塑性的研究较多,主要包括机理、成形条件、模具材料和加工方法等.本文主要从Ti6Al4V 合金超塑变形的获得方法、研究及应用现状和发展趋势等方面对Ti6Al4V 合金进行综述.1 Ti6Al4V 合金的超塑性及影响因素超塑性是指金属在一定的温度范围内或一定的组织条件下,以很低的应变速率进行变形时而不发生宏观颈缩,表现出抗力小和应变大的特性.超塑变形是由晶界滑动、晶内位错运动及扩散运动等多种机制组合共同实现的.影响合金超塑性的主要因素是合金的原始组织状态、形变温度和形变速度[1].近年来,如何提高Ti6Al4V 合金超塑变形过程的应变速率和降低变形温度,一直是研究超塑性处理工艺的热点.实现Ti6Al4V 合金超塑成形的方法有很多,如:铸造法、粉末冶金法、超塑变形加工法等.1.1 晶粒尺寸对合金超塑性的影响材料的晶粒尺寸对合金超塑性的影响较大,减小晶粒尺寸可使材料在获得最佳超塑性时的应变速率提高或变形温度降低.Ti6Al4V 合金获得超塑性所需的微细等轴晶粒的粒径一般为10～12μm ,合金的晶粒尺寸小于7μm 时能获得较优异的超塑性性能,且具有低的超塑性温度.赵文娟等人[2]的研究发现,对于细晶粒材料(2.6μm 和6.5μm ),位错运动协调的界面滑动是其变形的主要机制,而对于晶粒较粗的材料(16.2μm ),超塑变形的主要机制是晶界滑动与晶内位错运动的共同作用.随着晶粒尺寸的增大,变形方式由以晶界滑动为主逐渐转向以晶内位错运动为主.Patankar S N 等人[3]将300nm 的超细粒Ti6Al4V 合金与平均晶粒尺寸为3μm 的Ti6Al4V 合金相比,研究结果表明,1μm 的晶粒尺寸能最佳降低蠕变温度.合金材料在超塑变形时由于剧烈的加工塑性变形,粗大的晶粒被破碎、细化,获得块状超细晶材料,使合金的力学性能特别是抗拉强度有所提高.这些超塑性变形方法有高压扭曲变形法(H P T )、多次锻压法(M F )、等通道转角挤压法(ECA P )、累积叠轧法(A RM )等[4].美国加州大学Davis 分校采用H P T 法制备出了超细晶Ti6Al4V 合金.经过超细晶化处理后的Ti6Al4V合金,其强度可达1350M Pa,并且在650℃和725℃下,Ti6Al4V合金的延伸率超过500%.K o Y G等人[5]用ECA P法,在700℃,10-4～10-2s-1应变速率下,发现Ti6Al4V合金的延伸率大幅度提高,这主要是由于合金内部产生了位错滑移和晶界滑移.1.2 变形温度对超塑性的影响一般情况下合金实现超塑变形的温度需达到其熔化温度的一半左右,低温超塑性的主要机制为低应变速率下的晶粒晶界滑移和高应变速率下的位错滑移[6].细晶Ti6Al4V合金在高温和较低的应变速率下,应力2应变曲线显示出应变硬化效应,而在较低温度和较高的应变速率下则显示应变软化效应.赵文娟等人[7]用热模拟试验机,在860～950℃,应变速率为5×10-4～5×10-2s-1的条件下,对Ti6Al4V合金进行超塑性等温压缩变形试验,结果表明,随着温度的升高或应变速率的降低,材料的流变应力显著降低,动态再结晶是其主要的软化机制.1.3 应变速率敏感指数m对超塑性的影响原子扩散蠕变成形需要足够的时间,所以超塑变形应变速率要慢,与扩散蠕变成形时间最好保持一致.对超塑性材料,应变速率敏感指数m一般在0.3～0.8,某些情况下接近于1,即使是同一合金,m 也会由于温度、应变速率和晶粒不同而变化[8]. Wang等人[6]对Ti6Al4V合金的研究结果表明,应变速率敏感指数m是超塑性的关键参量,m值越高,超塑性能力越强.通过测量m值并动态控制变形应变速率,在超塑变形时使m值始终处于极大值,与传统的超塑性变形时m值始终保持恒定不变相比,合金的最大延伸率可从421%提高到523%.1.4 相变对超塑性的影响Ti6Al4V合金属α+β型两相合金,晶粒细小,在超塑变形过程中两相相互制约,晶粒难以长大,能获得高的延伸率.Ti6Al4V合金在β相变温度(995±15)℃以下的某一温度范围内反复冷热循环,能获得超过100%以上的延伸率.Park C H等人[9]对Ti6Al4V合金进行研究时发现,在应变0.6～1.4, 700～950℃,应变速率10-3～1s-1时,出现马氏体组织,属于相变诱发超塑性,延伸率可提高到1000%左右.1.5 添加微量元素对超塑性的影响添加微量元素能改变Ti6Al4V合金的塑性和相变,并获得最佳组织结构和改善材料的加工性能.如添加适量氢,合金的超塑性温度会有所降低,应变速率有所提高,在合适的保温时间下,可使Ti6Al4V 合金组织发生动态再结晶并得以细化,有利于置氢Ti6Al4V合金的超塑变形.张宗尧等人[10]发现,置氢Ti6Al4V合金的超塑变形的最佳工艺参数为:温度840℃、保温时间25min、应变速率10-3s-1、w(H2)=0.3%.2 计算机模拟超塑成形近年来,计算机模拟超塑成形过程的研究取得了突破性进展,利用材料的本构模型可在大应变速率范围内预测与时间有关的材料行为,是联系材料塑性变形过程中流动应力和变形工艺参数的桥梁[11].程建霞等人[12]用二维刚粘塑性有限元模型对Ti6Al4V合金叶片的变形过程进行了数值模拟,发现不同部位的等效应变相对差别达50%以上,应变差别和应变速率的差别对成形叶片的显微组织和力学性能有影响.G iuliano G[13]对Ti6Al4V合金通过有限元模拟超塑恒压自由成形试验,验证了流变应力的大小主要取决于应变速率和应变值.曲杰等人[14]运用超塑变形本构模型研究Ti6A14V合金的超塑性时发现,在变形过程中,随应变、应变速率、晶粒度的增加,位错滑移对超塑变形的贡献逐渐增大,而扩散蠕变对超塑性的影响不大.3 Ti6Al4V合金超塑性的应用3.1 等温锻造由于Ti6Al4V合金的变形温度范围窄,而在进行塑性热加工时的温度高,变形抗力大,大锻件的冶金质量和显微组织及性能难以控制,采用等温锻造可解决上述问题.等温锻造能使模具与坯料在成形过程中始终保持相同的温度,是在一定温度下超塑成形性的一种加工方法.庞克昌等人[15]利用等温模锻生产的空心Ti6Al4V合金高压前轴颈精密锻件的表面光洁,比普通锻件减重60%,而化学成分、力学性能和显微组织全部达到技术条件要求.3.2 超塑成形与扩散连接(SPF/DB)超塑成形与扩散连接是利用材料的超塑性和在同一热规范内的扩散过程中产生局部连接的特性,42材 料 研 究 与 应 用2010可在一个循环内实现既成形又连接,实现制品的一体化,属超塑成形无余量工艺.Han Wenbo等人[16]在研究Ti6Al4V合金的超塑成形扩散连接时发现,成形的最佳温度为930℃,当成形压力为0.6M Pa,成形时间60min时,可在界面处形成致密、良好的连接,制作出具有复杂夹层结构的制品.Lee H S等人[17]发现,与Ti6Al4V合金相比,Ti6Al4V EL I合金在超塑成形和扩散连接时可在更低的温度实现界面的结合.3.3 气压成形气压成形是最能体现超塑成形全部特点的一种新工艺,适用于用板材加工制造复杂形状的空心零件.在温度高且流变应力低时,用氩气等保护气体将钛板吹塑成形.王荣华等人[18]采用气压胀形法用Ti6Al4V合金进行超塑成形,制备出了特殊盒形结构件,成形温度为850℃,最大进气压力为1.5 M Pa,成形时间为40min,成形后最佳取件温度为500℃.零件的减薄率最大处可达53.7%,结构件的微观组织变化不大.3.4 超塑胀形和轴向加载复合成形王刚等人[19]利用氩气进行压力超塑胀形和轴向加载的复合超塑性成形技术,制造了双波Ti6Al4V合金波纹管.超塑成形采用多层模结构,用模具来控制波形,加载过程分为胀形、合模和定型三个阶段.研究结果表明,采用超塑胀形和轴向加载复合超塑性成形工艺所制备的波纹管波峰壁厚减薄率较大.4 Ti6Al4V合金超塑成形的发展趋势Ti6Al4V合金的超塑性便于对形状特殊和复杂的零件成形.制品的尺寸稳定、精确,组织均匀,表面光洁度高,而且使用性能优异.但目前对Ti6Al4V 合金超塑变形的协调机制还未达成共识,Ti6Al4V 合金的显微组织复杂,难以充分描述.实现超塑成形时,过高的变形温度会影响合金的拉伸塑性和疲劳强度.Ti6Al4V合金的应力和应变速率的控制和测量都比较困难.所以,对Ti6Al4V合金超塑性的主要研究对象是应变速率、晶粒度和变形温度.今后的发展趋势是:(1)通过减小晶粒尺寸、低温高应变以及相变、添加微量元素等措施,从改变材料的内部组织结构来优化Ti6Al4V合金的超塑性行为.深入研究Ti6Al4V合金的成形机理,拓展Ti6Al4V合金的应用范围;(2)借助计算机辅助模拟成形技术,进一步摸索Ti6Al4V合金超塑变形加工的规律,对加工方法和工艺设备进行研究和改进,提高产品质量和生产效率.参考文献:[1]李梁,孙建科,孟祥军.钛合金超塑性研究及应用现状[J].材料开发与应用,2004,19(6):34238.[2]赵文娟,丁桦,曹富荣,等.Ti26Al24V合金超塑性变形中的组织演变及变形机制[J].中国有色金属学报, 2007,17(12):197321980.[3]PA TAN KAR S N,ESCOB EDO J P,FIELD D P,et al.Superior superplastic behavior in fine2grained Ti26Al24V sheet[J].Journal of alloys and compounds,2002,345(122):2212227.[4]SAL ISHCH EV G A,GAL EYEV R M,VAL IA KH2M ETOV O R,et al.Development of Ti26Al24V sheet with low temperature superplastic properties[J].Mate2 rials Processing Technology,2001,116(223):2652268.[5]KO Y G,KIM W G,L EE C S.Microstructural influ2ence on low2temperature superplasticity of ultrafine2 grained Ti26Al24V alloy[J].Materials Science and Engi2 neering:A,2005,4102411(25):1562159.[6]WAN G G C,FU M W.Maximum m superplasticity de2formation for Ti26Al24V titanium alloy[J].Journal of Materials Processing Technology,2007,1922193(1): 5552560.[7]赵文娟,张亚玲,丁桦,等.线性回归法建立Ti6Al4V合金超塑变形本构关系[J].材料与冶金学报,2008,7(3): 2012205.[8]VANDER HASTEN M,RAB ET L,V ERL INDEN B.Ti26Al24V:Deformation map and modelisation of tensile be2 haviour[J].Materials and Design,2008,29(6): 109021098.[9]PAR K C H,KO Y G,PAR K J W,et al.Enhanced su2perplasticity utilizing dynamic globularization of Ti26Al2 4V alloy[J].Materials Science and Engineering:A, 2008,496(122):1502158.[10]张宗尧,任学平,王耀奇,等.保温时间对置氢钛合金超塑变形组织的影响[J].塑性工程学报,2008,15(1): 84287.[11]王刚,王进,陈军,等.基于稳健设计的钛合金波纹管超塑成形工艺[J].中国有色金属学报,2006,16(2): 2472251.[12]程建霞,张立斌,蔡伟.TC4叶片超塑成形有限元模拟52第4卷 第1期黄晓辉,等:Ti6Al4V合金超塑性的研究进展及应用现状及其变形分析[J].锻压技术,2005(2):56259.[13]GIUL IANO G.Constitutive equation for superplasticTi26Al24V alloy[J].Materials&Design,2008,29(7): 133021333.[14]曲杰,金泉林,徐秉业.超塑性本构模型材料参数识别方法研究[J].工程力学,2004,21(4):17221.[15]庞克昌,王晓英.等温锻造优质TC4钛合金高压前轴颈锻件研究[J].金属学报,2002(9):3642368.[16]HAN Wenbo,ZHAN G Kaifeng,WAN G Guofeng.Su2perplastic forming and diff usion bonding for honeycomb structure of Ti26Al24V alloy[J].Journal of MaterialsProcessing Technology,2007,183(223):4502454. 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先进材料超塑成形技术
先进材料超塑成形技术先进材料超塑成形技术是一种利用特殊的工艺方法和控制技术，将金属材料在高温和高应变率条件下通过塑性变形成型的一种先进制造技术。
超塑成形技术能够制备出复杂几何形状的零件，并且具有优异的力学性能和表面质量。
本文将对超塑成形技术的原理、应用、发展现状和未来发展进行探讨。
超塑成形技术的原理主要是利用材料在高温和高应变率条件下的特殊塑性行为。
在高温下，材料的塑性变形能力会显著增强，可以实现超塑性变形。
高应变率条件下，由于材料的快速变形速率，可以避免材料的回弹和微观缺陷的形成，从而得到理想的成形零件。
超塑成形技术通常需要在高温下进行，因此需要使用专门设计的设备和控制系统来保持合适的温度和应变率。
超塑成形技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，超塑成形技术可以制造出轻量化的结构件，提高整体效能并减少燃料消耗。
在汽车制造领域，超塑成形技术可以制造出复杂形状和轻质的车身零件，提高车辆的安全性能和燃油经济性。
在医疗器械领域，超塑成形技术可以制造出精密的植入器械和医疗设备，提高治疗效果和患者的生活质量。
目前，超塑成形技术已经得到了广泛的研究和应用。
一些国家和地区已经建立了专门的研究中心和实验室，对超塑成形技术进行深入研究，并推动其产业化发展。
在实践中，超塑成形技术已经成功应用于一些特定领域的生产工艺中，取得了较好的成果。
然而，超塑成形技术还存在一些挑战和限制。
首先，高温和高应变率条件下材料容易发生晶粒长大和孔洞形成等缺陷，导致材料的力学性能下降。
其次，超塑成形技术的设备和工艺复杂，生产周期长，需要大量的热能和人工操作。
此外，超塑成形技术还需要对材料的力学性能和塑性变形行为进行深入研究，以满足不同应用领域对材料的要求。
未来，超塑成形技术的发展方向主要包括材料的改进、工艺的优化和设备的突破。
首先，需要开发出具有优异力学性能和高温稳定性的超塑性材料。
其次，需要改进超塑成形工艺，提高生产效率和产品质量。
塑性成形技术的研究现状和发展趋势
塑性成形技术的研究现状与发展趋势摘要：本文叙述了塑性成形技术的研究现状，介绍了现代塑性成形技术的发展趋势，提出了当代塑性成形技术的研究方向。
关键词：塑性成形模具技术研究现状发展趋势1引言塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。
据国际生产技术协会预测，21世纪，机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。
工业部门的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了强大的原动力和空前的机遇。
金属及非金属材料的塑性成形过程都是在模具型腔中来完成的。
因此，模具工业已成为国民经济的重要基础工业。
新世纪，科学技术面临着巨大的变革。
通过与计算机的紧密结合，数控加工、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术发展速度之快，学科领域交叉之广泛是过去任何时代无法比拟的，塑性成形新工艺和新设备不断地涌现，掌握塑性成形技术的现状和发展趋势，有助于及时研究、推广和应用高新技术，推动塑性成形技术的持续发展。
实施塑性成形技术的最终形式就是模具产品，而模具工业发展的关键是模具技术进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。
模具作为一种高附加值产品和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
2塑性成形的现状精密成形技术对于提高产品精度、缩短产品交货期、减少切削加工和降低生产成本均有着重要意义。
近10年来，精密成形技术都取得了突飞猛进的发展。
精冲技术、冷挤压技术、无飞边热模锻技术、温锻技术、超塑性成形技术、成形轧制、液态模锻、多向模锻技术发展很快。
例如电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2μm，寿命达到1亿次以上。
集成电路引线框架的20~30工位的级进模，工位数最多已达160个。
自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。
新型轿车的大尺寸覆盖件成形、大功率汽车的六拐曲轴成形。
超塑成形／扩散连接技术在航空航天的应用与进展现状
超塑成形／扩散连接技术在航空航天的应用与进展现状06014211（南昌航空大学航空制造学院，南昌 330063）摘要大量的工程材料都具有超塑性，以材料超塑性为理论基础的超塑成形／扩散连接技术是先进制造技术的一种，在航空航天等许多工业部门取得了愈来愈多的应用。
超塑成形／扩散连接(SPF／DB)技术关于现代和以后航空航天结构设计和制造有着重要和深远的阻碍，被称为21世纪大型复杂构件的高效费比制造技术。
分析了材料超塑性现象，超塑性变形机理研究进展。
超塑成形／扩散连技术的理论基础。
和超塑成形／扩散连接复合工艺的技术优势、研究进展和应用现状，并展望了超塑成形／扩散连接技术的进展趋势。
关键词超塑性超塑成形扩散连接超塑成形／扩散连接航空制造飞机前言超塑成形(SPF)和扩散连接(DB)技术，在现代航空航天工业进展的推动下，通过30连年的开发研究和验证实验，现已进入有历时期。
SPF和SPF／DB技术已经成为推动现代航空航天结构设计概念进展和冲破传统钣金成形方式的先进制造技术，因此，该技术的进展应用水平也已成为衡量一个国家航空航天生产能力和进展潜力的标志。
SPF/DB技术的研究已开展30余年，20世纪70年代初至80年代初的10年是sPF ／DB的开发研究和实验验证时期。
SPF／DB从实验室小规模基础工艺研究和验证慢慢进展到全尺寸零件的设计、制造和飞行实验。
20世纪80年代初至今是sPF／DB技术的生产应用和深切进展时期，其间SPF／DB工艺的基础研究加倍深切，生产技术取得较大进展[1]。
SPF／DB技术制造出的飞行器整体结构件，不仅能知足设计上的要求，如质量轻、刚性大；而且也能知足工艺上的要求，简化零件制造进程和构件的装配进程，缩短制造周期、减少手工劳动量和降低本钱。
另外，SPF／DB技术还能够制造空心结构件。
SPF ／DB技术在减轻飞行器质量、降低生产本钱方面显示出了庞大的优越性，日趋取得航空航天工业的高度重视。
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超塑性成形的发展状况摘要：金属材料的超塑性是指金属在特定条件下，具有更大的塑性。
本文主要介绍了超塑性成形的主要发展历程，超塑性成形的主要应用，非金属材料的超塑性研究和国内外的发展现状。
关键词：超塑性金属材料成形一、绪论近年来，高温合金和钦合金的使用不断增加，尤其是在宇航飞行器及其发动机生产中。
这些合金的特点是:流变杭力高，可塑性低，具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成木高昂。
如采用普通热变形锻造时，机械加工的金属损耗达80%左右，如采用超塑性成形方法，就能改变锻件肥头大耳的落后状况。
金属材料的超塑性是指金属在特定条件(晶粒细化.极低的变形速度及等温变形)下，具有更大的塑性。
如低碳钢拉伸时延伸率只有30~40%，塑性好的有色金属也只有60~70%，但超塑性状态。
一般认为塑性差的金属延伸率在100~200%范围内，塑性好的金属延伸率在500~2000%范围内。
要使超塑性出现，必须满足某些必要条件。
首先必须使金属具有0.25-2.5μm的极细晶粒，即必须小于一般晶粒大小的十分之一。
其次，当温度达金属熔点一半以上时，具有一般晶粒金属的晶粒便开始长大，而这时细晶粒金属的晶粒保持稳定。
因此，超塑性除要求有极细的晶粒度外，还必须具有高的延伸率和低的屈服应力，并以低的变形速率在高于熔点一半的温度下进行加工。
二、超塑性成形的发展早在1920年，德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹，它和普通晶体材料大不相同。
他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。
1934年，英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。
这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是 C.E.pearson 将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000%的试样。
很奇怪的是这种慢速大延伸的金属，在落地实验中呈脆性断裂，这是一个更大的发现，在当时虽然引起了一部分人的强烈反响，但在第二次世界大战的却被搁置了。
第二次世界大战后，前苏联科学家对金属的异常延伸现象进行了系统研究，用Zn-Al共析合金在高温拉伸试验中得到异常的伸长率，并应用于“超塑性”这个词汇。
1962年，美国E.E.Underwood发表了一篇评论解说性文章，从冶金学的角度分析了实现超塑性成形的可能性、条件及基本原理。
人们评价这篇文章是超塑性研究的总结。
从此超塑性研究引起了人们越来越多的重视。
三、超塑性成形的应用由于金属及合金在超塑性状态具有异常好的塑性和极低的流动应力，对成形加工极为有利。
对于形状极为复杂或变形量很大的零件，都可以一次成形。
从已报导的成形已有多种形式，如板料成形，管材成形，无模拉丝，吹塑成形和各种挤压，模锻等。
利用这种异常的塑性，有些原来很多零件拚合成的部件，现在可以用超塑性成形一次加工出来，减轻了零件的重量，节约大量加工工时。
具体应用介绍如下:1、板料深冲锌铝合金等超塑性板料，在法兰部分加热，并在外围加油压，一次能拉出非常深的容器。
如果在冲头下部和拉伸好的筒部采用冷却装置，深冲比H/dp=11是普通拉深的15倍，而且拉深速度在5000毫米/分时深冲系数不变。
超塑性成形件最大特点是没有各向异性，拉伸的杯形件没有制耳。
2.板料吹塑成形(气压成形)这是在超塑性材料的延伸率高和变形抗力小的前提下，受到塑料板吹塑成形的启发而发展起来的新工艺。
用于Zn-22%A1, A1-6 %Cu-0.5%Zr和钛合金的超塑性板料成形。
利用凹模或凸模上的形状，把板料和模具加热到预定的温度，用压缩空气的压力，使压紧的板料涨开贴紧在凹模或凸模上，以获得所需形状的薄板工件。
目前能加工的板料厚度为0.4~4毫米。
根据工件要求在它的表面上或在内腔内有清晰的形状和花纹，选用凹模内或凸模上成形。
3.挤压和模锻近年来高温合金和钛合金的应用不断增加，尤其是国防工业生产中。
这些合金的特点是:流变抗力高，可塑性极低，具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成本昂高。
如采用普通热变形锻造时，机械加工的金属损耗达80%左右，而机械加工的性能是很差的，所以往往不能满足零件所需的机械性能。
但是采用超塑性模锻方法，就能改变过去肥头大耳的落后的锻造工艺。
四、应用举例美国军工材料-机械研究中心用超塑性模锻法成功地制成了直升飞机用的Ti-6AL-4V钛合金风扇叶轮。
该叶轮直径为34Omm。
叶片厚度为4mm，模具材料采用MAR一M200镍基铸造高温合金，毛坯加热温度为950℃，模具温度为870℃，平均单位压力为11.9kg/mm2，超塑性模锻件重10kg，而普通模锻件重24kg。
加工后成品叶轮净重4.8kg。
五、超塑性成形的发展现状超塑性成形的主要研究前沿是“先进材料的超塑性开发”。
所谓先进材料是指金属基复合材料、金属化合物、陶瓷等，由于他们具有某些优异的性能（例如强度、高温性能等），所以可以得到很大的发展。
然而这些材料却有其共同的不足之处-难于加工成型，因此开发这些材料的超塑性具有重要意义。
近年来其中一些材料的超塑性已经达到很高的指标，然而这些材料的超塑性应用上有一定的距离。
超塑性成型的历史尚短，仍属于新兴工艺，对各种材料的各种成型工艺过程，还在不断地实验、比较、淘汰、选择、发展和完善、从目前的发展趋势上来看，有下述几点值得注意。
1.成型大型金属结构及相关成型设备。
采用超塑胀形工艺来成型大型金属结构具有显著的技术经济效益。
这一类金属结构在美国的B-1型飞机和F14A、F15、F18飞机以及英国的直升飞机上获得应用，其中最大的构件是B-1机的发动机舱门，平面尺寸达到2790*1520cm。
与这种成型工艺相适应设备研究也在发展，这种设备与通用液压机有很大的区别，对于整个成型过程采用自动控制。
目前，美国已推出系列机型，英国、日本也有使用的报道。
2.陶瓷材料与复合材料的超塑性。
国际上，陶瓷材料的超塑性研究有很大进展。
日本物质和材料研究机构最近开发成功一种具有超塑性的新型陶瓷。
这种陶瓷在高温下能够像金属一样被拉长，可以用来制造形状复杂的机械零件。
这种新陶瓷是把钴、铝和尖金石三种材料在一起用一般方法烧制出来的。
实验结果表明，1cm的材料片在1650℃的高温下，其应变速度1s可拉长1cm，是一般陶瓷的大约100倍。
它可以像金属一样，进行轧制和锻造，制造发动机和涡轮机零件等产品。
我国的陶瓷材料超塑性研究也列入了863高技术研究规划之列。
此外，以金属超塑性材料为基体的复合材料的研究也在进行中，从制备（包括材料设计）、性能测试、成型实验等诸多方面发展。
比如，在金属基超塑性材料中加入SiC 纤维形成的超塑性材料，可以达到超塑性气压胀形的要求。
六、超塑性的发展方向世界上超塑性的研究已开展了四十年，70年代形成了“超塑热”，现在也有不少的专家教授在从事超塑性研究。
然而，迄今为止超塑性技术尚未发挥其应有的作用。
其主要原因在于研究的范围在不断拓展，但纵深性不够，很多研究工作还停留在理论和试验室，由于在理论上尚未吃透、工程上缺乏经验，超塑技术在工程上的应用受到阻碍。
超塑技术想在关键承力结构件上得以应用，必须进行艰苦细致的工作，在关键环节上进行纵深研究。
1.先进稳定的工艺研究超塑性成形是一种新工艺，它的特点是，可以利用小吨位设备进行具有大变形量的复杂零件的成形。
然而这种工艺也有缺点，主要是成形速度慢。
工程应用中应注意发挥超塑成形技术的优越之处，专门成形其它塑性工艺难以甚至不能成形的重要零件，这样就显示出了超塑工艺的先进性。
另外超塑性成形与传统成形方法相比，生产环境较为复杂，生产过程中不可控因素较多，加上生产经验积累不足，导致生产工艺的不稳定性。
因此，须针对典型超塑部件，重点突破关键工艺，并对已有的工艺应进行完善和稳定化，这是产业化的基础。
2.辅助环节的研究抓住每一工艺环节，包括辅助环节。
超塑性成形工艺本身包括材料的加热―入模预热―加压成形―出模―校形―热处理等环节，这仅仅是成形工艺的主线，模具的设计、制造、加热、维护、润滑剂的选择与使用，成形设备的设计、使用、维护及改进等，也都直接关系到超塑性成形工艺的成败。
实际上，我国在超塑领域与发达国家的差距更多的体现在模具、成形设备等辅助环节上，其原因在于基础工业的相对落后，导致在模具设计的先进性、成形设备的智能化等方面满足不了超塑成形所需条件，成为超塑技术发展的瓶颈。
3.工艺的智能控制研究现在一些大的超塑成形研究公司如美国的SUPERFORM公司已经对超塑成形全程计算机机控制，只要事先输入数据，成形设备就可以自动按时准确的进行加温―加压―充气―放气等动作，工人只用放入坯料，取出好的零件。
这种超塑性成形的零件成品率高，一致性好，更体现出超塑成形工艺的先进性。
在工艺的智能控制研究方面，在硬件(自动化超塑成形设备)及软件(优化准确的工艺流程和参数)上都有很大欠缺，可研究的空间很大。
4.产品质量、成本控制研究超塑成形产品要想真正得以应用尤其是在航天器关键结构件上得以应用,必须进行产品质量、成本控制研究。
现在的很多技术发展都是基于这个原则进行的，比如目前很热的钛合金渗氢技术，以获得低温(700℃左右)超塑性，可以大幅度降低成本，更重要的是可防止晶粒长大，提高最终材料性能，保障产品质量。
另外，超塑成形中的材料性能变化、变薄率的研究等都应给予高度的关注。
国外工业发达国家的超塑成形技术已发展到成熟的工程应用阶段，很多航天、航空公司都有自己的超塑研究、生产部门，形成规模效益，并互相竞争，加速技术发展。
而我国目前仅有少数单位能生产合格超塑产品，并且技术还相当落后。
所以在超塑领域不断拓宽的同时，更需对关键技术、关键产品进行纵深研究，“变热点为亮点，以宽度换深度”，培养几个具有自己技术特色的研究、生产单位。
对于技术相对落后且有巨大背景需求的研究单位，应采取“以背景换技术，用需求促发展”的战略，与拥有先进技术的公司、学校合作，以提升自身的研发能力，迅速发展壮大自己，在超塑成形领域占有一席之地。
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