金属的超塑性变形
金属塑性成型原理-知识点
名词解释塑性成型：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法加工硬化：略动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶超塑性变形：一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等，则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
屈服准则（塑性条件）：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，指点才开始进入塑性状态，这种关系成为屈服准则。
塑性指标：为衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指标。
晶粒度：表示金属材料晶粒大小的程度，由单位面积所包含晶粒个数来衡量，或晶粒平均直径大小。
填空1、塑性成形的特点（或大题？）1组织性能好（成形过程中，内部组织发生显著变化）2材料利用率高（金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不切削，废料少，流线合理）3尺寸精度高（可达到无切削或少切屑的要求）4生产效率高适于大批量生产失稳——压缩失稳和拉伸失稳按照成形特点分为1块料成形（一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形（滑移，孪生）和晶界变形超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变固溶强化、柯氏气团、吕德斯带（当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹，称为吕德斯带）金属的化学成分对钢的影响（C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆）；组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。
摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件t=mK塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂（干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂）问答题1、提高金属塑性的基本途径1、提高材料成分和组织的均匀性2、合理选择变形温度和应变速率3、选择三向压缩性较强的变形方式4、减小变形的不均匀性2、塑性成形中的摩擦特点1、伴随有变形金属的塑性流动2、接触面上压强高3、实际接触面积大4、不断有新的摩擦面产生5、常在高温下产生摩擦3、塑性成形中对润滑剂的要求1、应有良好的耐压性能2、应有良好的耐热性能3、应有冷却模具的作用4、应无腐蚀作用5、应无毒6、应使用方便、清理方便4、防止产生裂纹的原则措施1、增加静水压力2、选择和控制适合的变形温度和变形速度3、采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。
13.5金属的超塑性
金属超塑性: 是指在一些特定条件下,如一定的化学成分, 特定的显微组织,特定的变形温度和应变速率等, 金属会表现出异乎寻常的高塑性状态,即所谓超 常的塑性变形行为,具有均匀变形能力,其伸长 率可以达到百分之几百,甚至几千,这就是金属 的超塑性.
一,超塑性变形的特点 1,大伸长率
(二)对力学性能的影响
(1)超塑性变形后合金仍保持均匀细小的等轴晶组织,不 存在织构,所以不产生各向异性,且具有较高的抗应力腐蚀 能力. (2)超塑性成形时,由于变形温度稳定,变形速度缓慢, 所以零件内部不存在弹性畸变能,变形后没有残余应力. (3)对某些超塑性合金,存在加工软化现象,即硬度随压 缩率的增加而降低. (4)高铬高镍不锈钢经超塑性变形后,形成细微的双相混 合组织,具有很高的抗疲劳强度.
3,对应变速率的敏感性,易成形
超塑性变形对应变速率很敏感,只有在一定的速度范围内才表现出超塑性. 超塑性变形过程中基本上没有或者只发生很小的应变硬化现象,流动性和 充填性极好,因而极易成形. 由于超塑性成形是宏观均匀变形,所以变形后的制品表面光滑,没有起皱, 微裂和滑移痕迹等现象. 在金相组织上,当原始材料是等轴细晶组织时,变形后几乎仍是等轴细晶 组织,看不到晶粒被拉长. 从变形机制上,超塑性变形的晶界行为起了主要作用,如晶粒转动,晶界 滑动,晶粒换位等,与一般的滑移,孪晶等塑性变形行为是有明显区别的.
三,超塑性变形对组织的变化和对力学性能的 影响
(一)对合金组织的变化
1.晶粒的变化 晶粒长大时,等轴度基本不变. 晶粒长大与变形程度,应变速率和变形温度有密切关系.
图13-32 250℃拉伸时,应变速率对Zn-Al 淬火合金晶粒尺寸的影响1—δ=100%,2—δ=200%,3—δ=600%
金属材料的超塑性行为分析
金属材料的超塑性行为分析金属材料是一种重要的工程材料，广泛应用于制造业。
在某些条件下，金属材料表现出了超塑性行为，即在高温和大应变速率下具有显著的塑性变形能力。
超塑性行为不仅使金属材料能够制备出高精度的零部件，还能提高材料的工艺性能和延展性。
本文将对金属材料的超塑性行为进行分析和探讨。
一、超塑性的定义和特征超塑性是指某些材料在高温和高应变速率下能够实现显著的塑性变形。
与常规塑性变形不同，超塑性变形是在材料达到高应力状态下才开始发生的。
其特征包括晶粒滑移、晶界滑动和晶粒形变。
超塑性材料通常具有细小的晶粒尺寸和特殊的晶界结构，这使得它们能够实现高应变速率下的变形。
二、超塑性行为的机理超塑性行为的机理主要包括晶界滑移和晶界扩散。
晶界滑移是超塑性行为的重要因素之一。
在高温下，晶界处的位错运动能够促进材料的塑性变形。
此外，晶界扩散也是实现超塑性的关键因素。
高温下的晶界扩散能够提供塑性形变所需的能量，从而使材料变得更加柔软和延展。
三、超塑性行为的影响因素超塑性行为受多种因素的影响，包括温度、应变速率、晶粒尺寸和合金成分等。
通常情况下，超塑性材料需要在高温下进行加工。
随着温度的升高，金属材料的塑性增加，更容易发生超塑性变形。
而应变速率的增大也会促进超塑性行为的发生，但过大的应变速率可能导致材料的破坏。
此外，具有细小晶粒尺寸的材料更容易发生超塑性变形，并且合金成分对超塑性行为也有较大的影响。
四、超塑性行为的应用超塑性材料因其优异的塑性变形能力，在航空航天、汽车制造和电子设备等行业得到了广泛的应用。
在航空航天领域，超塑性材料制备的零部件具有更高的精度和可靠性，能够提高飞机的性能和安全性。
在汽车制造领域，超塑性材料的应用能够减轻车身质量，提高燃油效率和环保性。
在电子设备领域，超塑性材料具有良好的导电性和热导性，能够满足高性能电子产品的需求。
总结通过对金属材料的超塑性行为进行分析，我们了解到超塑性是一种重要的材料塑性变形方式，拥有广泛的应用前景。
超塑性成形的原理和应用
超塑性成形的原理和应用1. 超塑性成形的概念超塑性成形是一种可以在极高温度下并且应力条件下进行的金属塑性变形技术。
它的特点是在高温下，金属材料具有极高的塑性，可以在较小的应力下实现大变形。
超塑性成形主要应用于高温合金的成形加工，如航空航天零部件、发动机叶片和复杂形状的零件等。
2. 超塑性成形的原理超塑性成形的原理是通过改变金属材料的晶体结构和形变机制来实现。
在高温下，金属材料的晶体结构会发生变化，从原来的多晶结构转变为细小的晶粒。
这种细小晶粒的结构使得金属材料在高温下具有较高的塑性。
超塑性成形的变形机制主要有固溶变形机制和晶界滑移机制。
固溶变形机制是指在晶体内部出现位错和断裂，通过位错运动和撤消来实现变形。
晶界滑移机制是指晶界变形的滑移和滑动机制，在晶界上形成高密度的位错和滑移。
3. 超塑性成形的应用超塑性成形的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：3.1 航空航天领域在航空航天领域，超塑性成形可以用于制造各种复杂形状的零部件，如发动机叶片、涡轮盘等。
超塑性成形能够在一次成形过程中实现复杂形状的制造，不仅可以减少后续加工工序，还能够提高零件的质量和性能。
3.2 汽车制造领域在汽车制造领域，超塑性成形可以用于制造汽车车身和车身零部件。
通过超塑性成形，可以使得汽车的轻量化设计成为可能，提高汽车的燃油效率和性能。
3.3 铁路交通领域超塑性成形在铁路交通领域的应用主要集中在制造高速列车的车体和车轮等零部件。
通过超塑性成形，可以使得高速列车具有更好的抗风阻能力和稳定性，提高列车的运行速度和安全性。
3.4 石油化工领域在石油化工领域，超塑性成形可以用于制造各种复杂形状的化工设备，如反应器、换热器等。
超塑性成形能够使得化工设备具有更好的耐腐蚀性和耐压性，提高设备的使用寿命和效率。
3.5 其他领域此外，超塑性成形还可以应用于船舶制造、电子设备制造、科学研究等其他领域。
通过超塑性成形，可以制造出更加复杂和精密的零部件，提高产品的质量和性能。
超塑性金属
超塑性金属拉面，很多人都吃过。
一小块面团，随着厨师们双手的甩动，由一根到两根，由十根变成二十根，由小指粗到头发丝细，一气合成，中间不断，真是技术高超。
而细心的科学家们却想，如果有一种金属也能像拉面一样由粗到细，却中间不断裂，那么金属的应用又将会有一个新的空间。
塑性是金属自身具有的一种物理属性。
所谓塑性，是指当材料或物体受到外力作用时，所发生显著的变形而不立即断裂的性质。
塑性的大小，标志着材料变形能力的好坏。
对于同种材料来说，塑性愈高表示材料的杂质愈少，纯度愈高，使用起来也就愈平安。
同时，塑性好的材料，在加工过程中容易成形，可以制造出形状复杂的零件。
这种具有象拉面般柔软的金属叫做超塑性合金。
这种合金在一定的温度下，以适当的速度拉伸，其拉伸长度可以是原来长度的几倍，甚至十几倍，目前已有近百种金属具有这种超塑性能。
那么超塑性合金为什么会比一般的金属或合金的塑性好呢？这让我们先看一看它在结构上与普通金属到底有何不同。
普通金属在电子显微镜下的结构图，图中块状的物质我们称之为晶粒，它是在金属形成过程中，由金属原子组成的。
我们注意到这些晶粒体积庞大，形状千差万别，而且排列极不规那么。
同倍数放大镜下超塑性合金的结构图，超塑性合金的晶粒形状规那么精细，晶粒与晶粒之间的排列整齐有序。
这好比小孩子玩滑沙的游戏，当地面上沙层的沙粒越细，磨擦就越小，我们也就越容易在上面滑动；如果沙粒越大，磨擦力越大，滑动起来自然就非常困难了。
因此金属的晶粒越细，越整齐，它的塑性也就越好，同时也就越容易被拉伸。
我们再做一个试验，看看金属是如何被拉断的。
首先我们将铝棒固定在拉伸试验机上，然后施加拉力，一分钟后，铝棒中的某一部位迅速变细，我们看到此处的拉伸速度明显比其他位置的拉伸速度快，结果铝棒在变细的部位被拉断。
这个由粗变细，拉断的部位像脖颈一样的过程，科学上把它称为颈缩。
通过这个试验，我们了解到，一般金属变形能力很差的原因是宏观均匀变形能力差，容易早期出现颈缩，并由于颈缩导致了早期的断裂。
金属的超塑性变形PPT课件
目 录
• 引言 • 金属的超塑性变形概述 • 金属的超塑性变形机理 • 超塑性变形工艺 • 超塑性变形的影响因素 • 超塑性变形的应用实例 • 未来展望与研究方向
引言
01
主题简介
金属的超塑性变形是一种特殊的 材料行为，指金属在特定条件下
展现出极高的塑性变形能力。
这种能力使得金属在变形过程中 不会引发断裂或过多的能量耗散。
超塑性变形在金属加工、制造和 材料科学等领域具有广泛的应用
前景。
目的和意义
了解超塑性变形的原理和机制，有助于更好地应用这种材料行为，优化金属制品的 性能。
研究超塑性变形有助于推动材料科学的发展，为新材料的研发和应用提供理论支持。
通过深入探讨超塑性变形的机理，可以揭示金属材料的内在特性，为金属加工和制 造提供新的思路和方法。
织结构和性能。
应用
广泛应用于钛合金、铝合金、镁 合金等轻质合金的加工和性能优
化。
超塑性变形的影响因
05
素
材料成分与组织
材料成分
超塑性变形的性能与金属材料的成分密切相关。例如，某些合金元素可以提高超 塑性变形的稳定性和延伸率。
组织结构
材料的微观组织结构对超塑性变形行为具有显著影响。细晶、孪晶、相变等结构 特征可以增强超塑性变形能力。
应力状态的影响
超塑性变形通常在较低的应力状态下进行，这有助于材料在变形过程中保持较 好的延展性。
温度的影响
超塑性变形的温度范围通常较高，这有助于原子扩散和晶界滑移等过程，从而 促进材料的塑性变形。
超塑性变形工艺
04
热超塑性变形
定义
热超塑性变形是一种在高温下进行的塑性变形过程，金属 在特定的温度范围内表现出良好的延展性和低流变应力， 从而能够实现大塑性变形而不破裂。
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。
金属超塑性及应用
金属超塑性及应用金属超塑性是指金属在高温条件下具有极高的塑性，能够在较小的应变下发生较大的变形。
这是由于金属在高温下形成的晶界滑移机制、晶界扩散和晶体再结晶等因素的协同作用。
金属超塑性不仅体现为金属材料的加工性能，也被广泛应用于工业制造和材料科学研究中。
金属超塑性的应用可以分为两个方面，一是制造领域中的改性成形技术，包括超塑性成形和热挤压成形；二是材料科学研究中的超塑性研究，探索金属材料的超塑性机制和条件。
在金属超塑性成形方面，最典型的应用是超塑性成形。
超塑性成形技术是一种基于金属超塑性原理的成形方法，通过控制高温和应力条件，使金属材料能够在较小的应变速率下实现较大的变形。
这项技术可以精确地控制金属的形状和尺寸，制造出高精度、复杂形状的零件。
超塑性成形主要有两种方法，一种是拉伸超塑性，另一种是气压超塑性。
拉伸超塑性是将金属材料加热到其熔点以上，然后通过外力使其发生形变。
气压超塑性则是在金属材料上加压气体，使其产生变形。
这两种方法应用广泛，能够制造出各种金属材料的零件，如航空发动机叶片、涡轮叶片等高要求的零件。
另一个金属超塑性的应用是热挤压成形。
热挤压成形是将金属块加热到其塑性温度，然后通过挤压使其变形成所需形状的零件。
这种方法广泛应用于制造高强度、耐高温的材料，如航空航天领域的发动机和推进器件。
除了在制造领域中的应用，金属超塑性也被广泛应用于材料科学研究。
科学家们通过研究金属超塑性机制和条件，可以探索新的金属材料及其合金，在材料设计和加工过程中提供重要参考。
通过改变金属材料的晶粒结构、控制晶界滑移等因素，可以提高金属材料的超塑性。
总之，金属超塑性是一项重要的材料工程技术，在高温条件下能够实现金属材料的高度塑性和精密成形。
通过超塑性成形和热挤压成形等技术，可以制造出各种复杂形状和高要求的零件。
同时，金属超塑性的研究也为材料科学提供了重要的理论基础和实验依据，促进了材料科学的发展。
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超塑性分类
• 组织超塑性或恒温超塑性 • 相变超塑性或变态超塑性 短暂超塑性 • 其他形式的超塑性 相变诱发超塑性
超塑性变形的力学性能
未经拉伸变形及拉伸后获得最大伸长率Mg-Gd-Y-Zr合金试样
流变应力
获得最大伸长率的Mg-Gr-Y-Zr合金的流变应力及伸长率变化图
• 在超塑性材料中，流动应力特别敏感于应变速率。 其公式为： = K ε& m σ & 而应变速率敏感系数：m= d lnσ d lnε • 流变应力对温度十分敏感 • 晶粒的大小对流动应力及m值也有明显的影响
谢谢大家！ 谢谢大家！
超塑性变形的机理
• 晶间滑移的理论 • 空位的迁移过程理论 • 细晶材料位错运动协调的界面滑动是变形 的主要机制。 • 较粗晶粒的材料变形由晶界滑动和位错运 动决定
晶间滑移
• 这一理论设想晶界如晶 体间的流动层，并且晶 粒越细小，越接近于完 全无序（非晶体）的流 动状态。 • Zn-Al合金超塑性变形时 Zn相(β)与Al相(α)的转 换机构
合金的超塑性变形
汇报人：徐俊 2011年10月20日
超塑性变形
• • • • 超塑性变形的概念 超塑性变形的力学性能 超塑性变形的组织特征 超塑性变形的机理
概念
• 超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件（如 晶粒形状及尺寸、相变等）和外部（环境）条件 （如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流 变抗力、异常高的流变性能（例如大的延伸率） 的现象。 • 一般来说延伸率超过100%的材料就叫做超塑性材 料。 • 特点：大延伸、无缩颈、小应力、易成型
超塑性变形的组织特征
• • • • 超塑性变形时晶粒的等轴性保持不变。 拉伸时变形诱发晶粒的长大。 空洞的数量和尺寸随应变速率的增大而增多。 材料断裂是由于超塑性变形过程中形成大面积空 洞。
• 空洞往往产生于晶界处或第二相粒子处
试样在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ73K、3.3×10，ε=0.59、0.73、0.85、0.96时最小截面附近轴剖面空洞的 SEM像（拉伸轴为水平方向）
空位的迁移过程
• 指空位在应力梯度的 作用下引起的迁移
Ti-6Al-4V合金在ε=0.4，（1193K，10 s ）拉伸后的图像
−3 −1
• Ti-6Al-4V合金ε=1.4， （1193K， −3s−1 ）条件 10 下拉伸后的图像
参考文献：
• 《金属学与热处理》，崔忠圻，机械工业出版社,2007.5 • 《超轻双相镁锂合金的超塑性显微组织演变及变形机理》， 曹富荣，丁桦，2009-08 • 《Ti-6Al-4V合金超塑性变形中组织演变及变形机制》，赵 文娟，丁桦，2007-09 • 《第二相在Mg-Gd-Y-Zr合金挤压棒超塑性变形中的作 用》， 李理，张新明，2009-05 • 《金属的超塑性》何景素，王燕文，1986