2-超塑性变形的力学特性
《金属塑性成形基础原理》习题集标准答案
《金属塑性成形原理》习题答案一、填空题1. 衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。
2. 所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。
3. 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。
4. 请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量＝＋5. 对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。
＝；＝。
6.1864 年法国工程师屈雷斯加（H.Tresca ）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为。
7. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。
8. 变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。
对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力不同，而各点处的最大切应力为材料常数。
9. 在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。
10. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示：，则单元内任一点外的应变可表示为＝。
11、金属塑性成形有如下特点：、、、。
12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和三类。
13、金属的超塑性分为和两大类。
14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为和。
其中变形是主要的，而变形是次要的，一般仅起调节作用。
15、冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织，这个过程称为金属的。
14.金属的塑性变形习题
金属的塑性变形习题1.名词解释塑性是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏其完整性的能力。
塑性指标为了衡量金属塑性的高低，需要有一种数量上的指标变形速率金属塑性加工时单位时间内工件的平均变形程度变形抗力塑性变形时，变形金属抵抗塑性变形的力超塑性材料在一定内部条件下和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。
交滑移在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移孪生变形晶体特定晶面（孪晶面）的原子沿一定方向（孪生方向）协同位移（称为切变）的结果包辛格效应在金属塑性加工过程中正向加载引起的塑性应变强化导致金属材料在随后的反向加载过程中呈现塑性应变软化（屈服极限降低）的现象。
残余应力引起附加应力的外因去处后，在物体内仍残存的应力叫残余应力，残余应力是弹性应力，不超过材料的屈服应力，也是相互平衡成对出现的。
最小阻力定律当物体各质点有在不同方向移动的可能时，变形物体内的每一个质点都将沿其最小阻力方向移动。
2.影响金属塑性的内因和外因有哪些？答案：影响金属塑性高低的主要因素有两方面：内因，金属本身的化学成分、组织结构等；外因，变形温度、变形速度、变形程度、应力状态、变形状态、尺寸以苏、周围介质等。
3.改善金属材料的工艺塑性有哪些途径，怎样才能获得金属材料的超塑性？答案：（1）途径：①控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；②采用合适的变形温度-速度制度；③选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态；④避免加热和加工时周围介质的不良影响。
（2）获得金属材料超塑性的方法：①超细等轴晶粒组织在一定温度区间和一定的变形速度条件可以获得恒温超塑性；②材料具有固态相变的特性，并在外加载荷作用下，在相变温度上下循环加热与冷却，诱发产生发福的组织结构变化时金属原子；发生剧烈运动而呈现出相变超塑性。
③有些材料在消除应力退火过程中，在应力作用下也可以得到超塑性。
超塑性研究
Al基复合材料超塑性相关研究1概念介绍与总述超塑性：是指材料在一定的内部条件（如晶粒形状、尺寸和相变等）和外部条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力及异常高的流变性能的现象。
1.1超塑性变形特点超塑性现象从发现到深入研究经历了几十年的时间，自上世纪70 年代以来，世界各工业发达国家包括美、英、法、日以及前苏联等竞相研究金属超塑性技术，掀起了超塑性应用技术及理论研究的热潮，已经发现具有超塑性的金属材料已达200 多种以上，特别是近年来，由于陶瓷及其复合材料超塑性研究取得了突破性的进展，超塑性研究范围从金属材料扩展到了非金属领域[1-4]。
与一般塑性变形不同，超塑性变形具有以下特点：（1）非常大的延伸率，一般200%，最大可达5000%以上。
（2）变形抗力小，无或少加工硬化，易变形。
（3）很强的抗缩颈能力，可发生很大变形而无明显的局部缩颈。
（4）对应变速率非常敏感，m 值一般大于0.3。
（5）对晶粒尺寸、状态敏感，一般要求微细晶粒。
一些超塑性合金及复合材料因变形性能优异，在航空航天、汽车制造等工业部门的应用前景越来越广阔，尤其适宜用于制备形状复杂的构件[5]。
1.2 超塑性变形影响因素超塑性是材料在特定条件下表现出来的一种综合机械性能，其影响因素有很多，下面就其主要的集中因素进行分析1.2.1 应变速率的影响应变速率是影响超塑性的重要因素，应变速率ε对流动应力δ和应变率敏感系数m有显著影响；m 值较小，应力随应变速率变化缓慢，m 值大，应力随应变速率变化剧烈，在此范围内的材料变形具有很高的应变速率敏感性，且超塑性好，是实现超塑性变形的最佳应变速率范围。
1.2.2 变形温度的影响温度对超塑性变形有关参数的影响主要有：（a）随着温度升高，流动应力普遍下降，曲线也向高应变速率方向移动；（b）随着温度升高，m 值增大，曲线峰值向高应变速率方向移动；（c）当应变速率很高时，m 值对温度的敏感性减弱。
超塑性材料
2 超塑性材料2.1 概念2.1.1定义2.1.2特征2.1.3常见超塑性材料2.1.4影响因素2.2流变力学2.3流变机理2.4研究发展方向2.1 概念2.1.1定义超塑性是指具备特定内在条件的材料在特定的外在条件下显示出的异常高塑性。
一般金属拉伸变形时的断裂延伸率不超过百分之一百，而超塑性材料在超塑性拉伸变形时其断裂延伸率则可达百分之几百，甚至几千。
Zn-22Al超塑变形前后的尺寸对比2.1.2特征超塑成型制品超塑性具有大延伸、小应力、无回弹、易成形等显著特点，特别适合用于难加工材料以及形状复杂零部件的精密制造。
对于超塑性现象表现出很大兴趣的原因之一是由于工艺上应用了此现象，并获得了初步成效。
超塑性成形（Superplastic Forming −SPF）是一种固态下的近终形成形技术，它可以一次性地制备出几何形状非常复杂的制品，具有成形压力低、模具寿命长、制品精度高、结构重量轻等显著特点，在难加工材料以及大型复杂结构件的加工生产中具有其它加工方法无法比拟的优点。
2.1.3常见超塑性材料迄今为止，已在多种金属系统和工业化合金中实现了超塑性，表列出了其中一些材料的特征参数。
一些超塑性材料的特征参数2.1.4影响因素∙流变力学∙原始组织结构及其演变（微细化（<10μm）、等轴化和稳定化的“三化”组织）∙特定的温度-应变速率2.2流变力学1964年，Backofen 等对超塑性变形提出如下本构方程：.K εσ=m式中：m 为应变速率敏感性指数；σ为流变应力；ε.为应变速率；K 为材料常数。
作者指出，超塑性材料之所以具有大的延伸率，主要是由于材料具有较高的m 值。
在拉伸变形过程中，当材料产生局部颈缩时，高m 值产生很高的抗颈缩能力，使得局部颈缩难以向心部发展，从而获得大延伸的效果。
1967年，Hart 等对一般塑性变形提出如下本构方程及微分方程：.n K εεσ=mδln σ= γδε+ m δln ε.式中：ε 为应变，n 为应变硬化指数，γ为应变硬化系数，δ代表沿着试样拉伸方向上的微分。
超塑性成形资料
1.1超塑性的概念超塑性是指材料在特定条件下，表现出异常高的塑性而不产生缩颈与断裂的现象。
但至今还没有从物理本质上确实切定义。
有的以拉伸试验的延伸率来定义，认为 >200%即为超塑性；有的以应变速率敏感性指数m来定义，认为m>0.3，即为超塑性；还有的认为抗颈缩能力大，即为超塑性。
1.2超塑性的分类根据目前世界上各国学者研究的成果，按照实现超塑性的条件〔组织，温度，应力状态等〕可将超塑性分为三类：1.微晶组织超塑性〔即恒温超塑性或构造超塑性〕一般所指超塑性多属这类，它是国内外研究最多的一种。
当材料是微细的等轴晶粒组织，间距为0.5一5μm，温度大于该材料熔点温度的一半，应变速度为10-4一10-1/s之间时，材料拉伸断裂将呈现超塑性变形的能力。
2.相变超塑性〔变温超塑性或动态超塑性〕将材料在相变温度附近进展热循环，利用相变过程，每一次热循环奉献一小的应变，从而在屡次热循环过程中获得大的延伸率。
3.内应力超塑性和相变超塑性一样进展热循环，利用材料的热膨胀系数的差异产生内应力，内应将有助于基体的塑性流动，从而使材料获得超塑性。
1.3超塑性的特点金属塑性成形时宏观变形有几个特点:大延伸、无缩颈、小应力、易成形。
〔1〕大变形：超塑性材料在单向时延伸率极高，有的可以到8000%说明超塑性材料在变形稳定性方面要比普通材料好很多。
这样使材料的成形性能大大改善，可以使许多形状复杂，一般难以成形的材料变形成为可能。
〔2〕无紧缩：超塑性材料的变形类似于粘性物质的流动，没有〔或很小〕应变硬化效应，但对应变速率敏感，当变形速度增大，材料会强化。
因此，超塑性材料变形时初期有紧缩形成，但由于紧缩部位变形速度增大而发生局部强化，而其余未强化局部继续变形，这样使紧缩传播出去，结果获得巨大的宏观均匀变形。
超塑性的无紧缩是指宏观上的变形结果，并非真的没有紧缩。
〔3〕小应力：超塑性材料在变形过程中，变形抗力可以很小，因为它具有粘性或半粘性流动的特点。
材料加工学超塑性
邓文字 材研1004
金属的超塑性
主要内容
Main Content • 塑性的概念及塑性指标 • 影响塑性的主要因素 • 超塑性现象
超塑性现象
• 纳米铜的室温超塑性
• Bi-44Sn挤压材料在慢 Bi-44Sn挤压材料在慢 速拉伸下出现异常大 的延伸率 δ = 1950 %
• 高温合金INCONEL718的超塑性成形航天器件和超塑成 高温合金INCONEL718的超塑性成形航天器件和超塑成 INCONEL718 形的波形膨胀节用TC4 TC4钛合金波纹管 形的波形膨胀节用TC4钛合金波纹管
• 相变超塑性或变态超塑性 • 这类超塑性，并不要求材料有超细晶粒，而是在一定的温 这类超塑性，并不要求材料有超细晶粒， 度和负荷条件下， 度和负荷条件下，经过多次的循环相变或同素异形转变获 得大延伸。 得大延伸。 • 如碳素钢和低合金钢，加以一定的负荷，同时于A1、3温度 如碳素钢和低合金钢，加以一定的负荷，同时于A 、 上下施以反复的一定范围的加热和冷却， 上下施以反复的一定范围的加热和冷却，每一次循环发生 （a↔g）的两次转变，可以得到两次均匀延伸。 D.Oelschlägel等用 等用AISI1018、1045、1095、52100等钢种 等用 、 、 、 等钢种 试验表明，延伸率可达到500%以上。 以上。 试验表明，延伸率可达到 以上 • 变形的特点：初期时每一次循环的变形量比较小，而在一 变形的特点：初期时每一次循环的变形量比较小， 定次数之后，例如几十次之后， 定次数之后，例如几十次之后，每一次循环可以得到逐步 加大的变形，到断裂时，可以累积为大延伸。 加大的变形，到断裂时，可以累积为大延伸。
典型的超塑性材料
• 目前已知的超塑性金属及合金已有数百种， 目前已知的超塑性金属及合金已有数百种， 按基体区分， 按基体区分，有Zn、Al、Ti、Mg、Ni、Pb、 、 、 、 、 、 、 Sn、Zr、Fe基等合金。其中包括共析合金、 基等合金。 、 、 基等合金 其中包括共析合金、 共晶、多元合金、高级合金等类型的合金。 共晶、多元合金、高级合金等类型的合金。 部分典型的超塑性合金见下表
高温合金的超塑性变形及其机制研究
高温合金的超塑性变形及其机制研究高温合金是一种特殊的材料，具有高强度、高温耐受性、抗腐蚀性等特点，广泛应用于航空、航天、化工等领域。
其中，超塑性变形是高温合金的一种特殊加工方式。
本文将从介绍高温合金、超塑性变形、超塑性机制研究等方面对其进行详细探讨。
一、高温合金介绍高温合金指的是在高温环境下仍能保持良好机械性能的一类合金材料。
由于其具有良好的高温耐受性、抗腐蚀性和高强度等特点，广泛应用于航空、航天、化工等领域。
高温合金研究及其应用的历史可以追溯到二十世纪初，如今已逐渐成为研究热点领域之一。
二、超塑性变形介绍超塑性是指材料在高温下（通常在材料熔点以上的0.5~0.7倍），在应变速率极低（10^-4~10^-2/s）下产生塑性流变现象。
超塑性变形的形变速率很低，能量消耗少，使得形变成形容易控制。
通常情况下，超塑性变形都伴随着颗粒内和颗粒与颗粒之间的剪切滑移，这是塑性流动的主要机制之一。
三、超塑性机制研究高温合金的超塑性变形是在高温和高应变速率下产生的。
这种材料的特殊强度来自它对应力、应变速率和温度的不同响应。
超塑性的机制主要有三个方面：pore切变、内部扩散和晶界滑移。
1. Pore切变高温合金中的晶界、孔隙和颗粒能够启动塑性变形和切变。
与其相邻的颗粒之间的间隙启动了材料的pore切变运动。
当颗粒成形时，其材料间直接的剪应力受到颗粒微观形状变化的固有阻碍。
这种塑性是内部机制被调整以使其适应应用需求而出现的。
2. 内部扩散内部扩散是另一种超塑性机制，它围绕着合金的原子结构和原子停留时间的区别展开。
在高温高应变速率下，原子的粒子扩散能力就变得更强，使得原子在材料中的相对位置发生变化。
这种扩散行为直接导致了金属晶体间的微观形状变化，因此，内部扩散是超塑性变形的必要条件。
3. 晶界滑移晶界滑移是一种塑性流动的机制，发生在高温高应变速率下。
由于形变温度和应变速率的上升，材料内部出现增多的晶界滑移。
这种滑移的产生与应力的作用有关，可以采用不同的晶体方向来获得不同速率的流动。
金属材料成型_3.6超塑性成型
5）超塑性无模拉拔成形
利用超塑性材料在超塑性状态下对温度的敏感性，只在被加工 的棒料或管材外部加设感应加热圈，并在棒料或管材的两端施加载 荷，当感应圈移动时，就会形成横截面周期变化，甚至非周期变化 的棒形零件，或者是变壁厚的管形零件。
TWO
2
超塑性成型工艺特点
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。
图3-36 飞机上采用的部分SPF、SPF/DB构件
FOUR
4
超塑性成型重点企业
Luxfer 的集团公司 Superform USA 及其附属公司 Superform Aluminium 是全球最大的铝、镁和钛超塑成型零件供 应商，主要为航空航天、汽车、卡车、铁路、医疗系统和建筑行 业提供零件。Airstair 是一种内置于小型飞机门内的四级楼梯，需 要制造有23 个焊接部件的铝组件。但 Superform USA 使用 PA M - S TA M P 对 该 组 件 进 行 了 整 体 设 计 ， 实 现 了 更 轻 量 、 刚 性 和 低成本的解决方案。
图3-35 径向辅助压力拉深原理示意
4）超塑性挤压成形
将毛坯直接放入模具内一起加热到最佳的超塑性温度，保持恒 温，以恒定的慢速加载、保压，在封闭的模具中进行压缩成形的工 艺。它是利用超塑性合金在变形中的极低变形抗力进行挤压成形， 故所使用的模具简单，寿命高，对变形程度大的零件，可一次成形， 省去了中间退火程序，工序得到简化。它可成形零件和模具。
近年来，我国新机研制及改进机型中，前缘襟翼、鸭翼、整体壁板和 腹鳍等大尺寸钛合金构件采用SPF/DB技术。针对型号对金属防热结构的 需求，航天材料及工艺研究所开展了钛合金波纹板SPF 技术研究，成功 制备出TC4 钛合金防热瓦等热结构部件。
第二章 金属塑性变形的物理基础
26
锻造温度区间的制定
27
2、锻合内部缺陷 3、打碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢 中的分布 4、形成纤维组织 5、改善偏析
28
塑性变形过程中晶粒的变化
29
第三节 金属的超塑性变形
一、超塑性的概念和种类 概念：金属和合金具有的超常的均匀变形 能力。
大伸长率、无颈缩、低流动应力、易成形、无加工硬化
另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。
4、晶界不同于晶内性质：
3
一、变形机理
晶内变形 1、滑移 2、孪生 晶间变形 晶粒之间的相互转动和滑动 注意： 晶间变形的情况受温度的影响
4
1、滑移面和滑移方向的确定
确定滑移面：原子排 列密度最大的晶面 确定滑移方向：原子 排列密度最大的方向
5
金属的主要滑移方向、滑移面、滑移系
种类：
细晶超塑性：在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满 足要求的条件下所呈现出的超塑性。 相变超塑性：具有相变或同素异构转变的金属，在其转变 温度附近以一定的频率反复加热、冷却。在外力的作用下 所呈现出的超塑性。
30
二、细晶超塑性变形的力学特征
无加工硬化
31
三、影响细晶超塑性的主要因素
应变速率
20
21
二、性能的变化 （力学性能） 加工硬化 成因：位错交互作用，难以运动 应用：强化（奥氏体钢） 避免：多次塑性加工中加入退火工序
22
第二节 金属热态下的塑性变形
热塑性变形：再结晶温度以上进行的塑性 变形 一、塑性变形时的软化过程 1、动态回复、动态再结晶 2、静态回复、静态再结晶、亚动钢中的碳和杂质元素的影响 碳 磷 硫 氮 氢 氧
37
2、合金元素对钢的塑性的影响 合金元素的加入，会使钢的塑性降低、变 形抗力提高 原因见课本p43
超塑性
金属超塑性成形工艺及其发展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）条件下（如温度、应变速率等），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。
超塑性现象最早的报道是在1920年，ROSENHAIN等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可以弯曲近180º。
1934年，C.P.PEARSON发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉伸时可以得到2000％的延伸率。
但是由于第二次世界大战，这方面的研究设有进行下去。
1945年A.A.BOCHV AR等发现Zn-Al共析合金具有异常高的延伸率并提出“超塑性”这一名词。
1964年，W.A.BACKOFEN对Zn-Al合金进行了系统的研究，并提出了应变速率敏感性指数m值这个新概念，为超塑性研究奠定了基础。
金属超塑性可以分为几类，主要是以下两种：①细晶超塑性（又称组织超塑性或恒温超塑性），其内在条件是具有稳定的等轴细晶组织，外在条件是每种超塑性材料应在特定的温度及速率下变形；②相变超塑性（又称环境超塑性），是指在材料相变点上下进行温度循环的同时对试样加载，事次循环中试样得到累积的大变形。
目前研究和应用最事的超塑性现象属于前者。
从60年代起，各国学者在超塑性材料学、力学、机理、成形学等方面进行了大量的研究并初步形成了比较完整的理论体系。
超塑性既是一门科学，一又是一种工艺技术。
利用它可以在小吨位设备上实现形状复杂、其他塑性加工工艺难以或不能进行的零件的精密成形。
在超塑性材料学方面，上述经典的超塑性理论对于“超塑性材料”规定的“均匀、稳定、等轴、细晶”的苛刻条件对超塑性的应用有很大的限制。
人们从为数甚少的“天然”超塑性材料（例如Pb-Sn及Zn-Al合金等）开始，进而研制“专门”的超塑性材料（例如Al-Cu-Zr合金等），其应用范围很小。
70年代起人们注意开发工业牌号合金的超塑性、基于上述组织条件，在超塑性变形或成形前要对材料进行细化晶粒的预处理，包括热处理和形变热处理，有些处理工艺相当繁杂，消耗了能源、人力和材料。
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5 超塑性参数的测定
5.3 m值的测定 5.3.2 等速度法
5 超塑性参数的测定
5.3 m值的测定 5.3.2 速度突变法
5 超塑性参数的测定
5.4 超塑性变形激活能Q的测定
5 超塑性参数的测定
5.4 超塑性变形激活能Q的测定
谢谢
对同时具有应变硬化和应变速率硬化的材料，其拉伸变形过程中服从Rosserd
方程：
K n m
式中：ε为应变，n为硬化指数。 如考虑到温度及应变硬化的影响，则可写为下列方程：
Q ) RT
K n m exp(
式中：Q为超塑性变形的激活能，R为气体常数，T为变形温度，以热力学温度 表示。
1 拉伸试验的应力应变关系
形成超塑性拉伸曲线特征主要由下面三个因素造成：
（1）试件拉伸初始时刻，拉力很快升到极值点，然后出现失稳，曲线开始下降，由Backofen 超塑性应力应变关系式，整个拉伸过程是一个颈缩位置不断转移和交替的过程，所以超塑拉伸 曲线在峰值以后有很长的连续曲线。 （ 2）拉伸力 P=σA（A为试件截面积）。随着拉伸进程，试件截面积不断减少，导致拉伸力逐 渐下降，因此曲线呈下降趋势。 （3）在拉伸夹头速度v为常数条件下，拉伸过程应变速率不断降低，也是造成拉伸力下降原因 之一。
对于超塑性材料，其拉伸的应力－应变速率对数曲线呈 S形，通常可以根据应变速率的大小分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三 个区域。当应变速率非常低时，也会出现图中所示的0 区域。图中同时给出了每个区域的典型变形机制、组织 特征、m、P和Q的典型值大小，Qgb和Ql分别为晶界滑移 和晶格扩散对应的激活能。在Ⅱ区域内，应力随应变速 率变化表现的最为剧烈，正是在此应变速率敏感区内发 生超塑性，此区域内的m值大于0.3，而低于或高于这个 应变速率范围内的区域其m值均小于0.3，不会表现出超 塑性。对于应变速率较慢的0区和Ⅰ区内的变形机制存 在争议，有些学者认为该区域的主要变形机制为位错滑 移，另一些学者认为该区域的变形特点是由于材料中的 杂质颗粒使塑性流动存在一个临界应力引起的，但关于 超塑性材料单轴拉伸时流动应力与应变速率的关系
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对流动应力的影响
4 m值与延伸率的关系
4 m值与延伸率的关系
4 m值与延伸率的关系
5 超塑性参数的测定
5.1 高温拉伸机
5 超塑性参数的测定
5.2 超塑性拉伸试样
5 超塑性参数的测定
5.3 m值的测定 5.3.1 等应变速率拉伸法
扩散系数，E为弹性模量，b为柏式矢量，d为晶粒尺寸，P为晶粒尺寸指数，n
为硬化指数，k为波尔兹曼常数，R为气体常数，T为变形温度，以热力学温度 表示。
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.1 应变速率的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.1 应变速率的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.1 应变速率的影响
3.3 晶粒度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.3 晶粒度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对m值的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对m值的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.4 变形程度的影响 3.4.1 变形程度对m值的影响
2 超塑性变形本构方程
在超塑性变形过程中，流动应力还受变形温度和晶粒尺寸的影响，将它们的影 响引入式（1-1）中，可以得到如下( ) ( ) exp( ) kT d E RT
式中： 为稳定流动的应变速率，A为与蠕变机制有关的常数，D0exp(-Q/RT)为
临界应力的本质含义、大小及影响因素尚不明确，还有
些学者认为该区域的变形机制仍为晶界滑移，只是晶粒 尺寸的长大降低了蠕变速率。
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.2 温度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.2 温度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
3.2 温度的影响
3 影响超塑性和m值的各种因素
1 拉伸试验的应力应变关系
超塑性材料单轴拉伸时的应力-应变曲线
如果将超塑拉伸载荷 -位移曲线换算成应力 -应变曲线，超塑性材料在单轴拉伸时其应力应变 曲线几乎为一条恒定的直线，如上图的实线所示，有时略有上倾或下倾趋势，如图中虚线所示， 则表示在拉伸过程中有某种程度的硬化或软化，这与材料的组织变化有关。 断口形貌受应变速率影响。较慢速率变形时，断口很尖，颈缩不明显。较大速率变形时，断 口略显颈缩。
2 超塑性变形本构方程
为了描述超塑性的力学特征，1964年美国人Backofen提出应力σ与应变速率 的关系式为
K m
式中：σ为真应力，K为常数， 为真应变速率，m为应变速率敏感性指数，其 值等于应力（σ）－应变速率（ ）对数曲线的斜率。一般超塑性材料的m值在 0.3至0.9之间，多数在0.4至0.8之间。
金属特种加工理论与技术
金属超塑性成形理论与技术
（16课时）
叶 凌 英
材料加工工程系
2015年4月
课 程 内 容
一、超塑性的研究与发展
二、超塑性变形的力学特性 三、超塑性变形的组织特性 四、组织超塑性变形机理 五、金属材料的超塑性
二、超塑性变形的力学特性
本 节 内 容 提 要
1 拉伸试验的应力应变关系 2 超塑性变形本构方程 3 影响超塑性和m值的各种因素 4 m值与伸长率的关系 5 超塑性参数的测定