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金属超塑性与超塑性成形

作者:时间:2020-04-20 20:36:483956 次浏览

信息摘要:

超塑性一词迄今尚无统一的严格科学定义。通常指金属在某一温度范围内和低应变速率条件下,在单向拉伸应力作用下能获得很大伸长率的能力。


超塑性一词迄今尚无统一的严格科学定义。通常指金属在某一温度范围内和低应变速率条件下,在单向拉伸应力作用下能获得很大伸长率的能力。

GB/T 8541-1997 把超塑性定义为:金属在特定的组织、温度条件和变形速率下变形 时,塑性比常态提高几倍到几百倍(如有的伸长率8》1000%), 而变形抗力降低到常态的几分之一甚至几十分之一的异乎寻常的性质。超塑性有细晶超塑性(又称恒温超塑性)和相变超塑性。

外,还有其他超塑性。实现细晶超塑性需要均匀等轴细晶材料,适当的温度和适当应变速

率。实现相变超塑性不需要细晶组织,只要在一定载荷下施以通过相变点的温度循环,就可以获得大延伸率。这种效应既可以在高温有扩散的转变时出现,也可在无扩散马氏体转变时出现。例如对低碳钢或低合金钢施加一定载荷并在A1 或A2温度上反复加热冷却,每次循环发生一次a-y转变得到二次跳跃式均匀伸长。第三类超塑性指其他途径获得的超塑性,例如在消除应力退火过程中应力作用下得到的超塑性,异向膨胀材料加热时出现的超塑性等。它们和相变超塑性统称为动态超塑性。刘期次在保递近几十年细晶组织超塑性发展很快,在航空航天锻造领域获得广泛的应用。金属超塑性是金属在某种特定状态下所表现出的极高塑性的现象,其中所谓特定状态是指均匀等轴细晶、适当的温度和适当的应变速率。对于大多数金属与合金,通常的概念是:细晶范围应为10pm~20um以下,适当的温度(或称超塑性温度)一般等于该材料熔点(绝对温度)的0. 6倍~0. 7倍,适当的应变速率(或称为超塑性应变速率)应在10-s一1~10~s~左右。针对某种具体材料,其超塑性温度和超塑性应变速率与当时组织的状态和晶粒尺寸密切相关。通常用材料单向拉伸试验的伸长率8作为材料塑性的指标,所谓极高的塑性指超塑性延伸率是普通状态下延伸率的几倍、甚至几百倍。超塑性变形的另一个特征是,因其特殊的变形机理,金属超塑性变形的流动应力低于普通热塑性变形的流动应力。

超塑性成形就是在材料超塑性状态下进行金属成形,超塑性成形的条件是:工件材料是均匀等轴细晶材料,成形过程中工件温度保持均匀恒定并等于工件材料的超塑性温度,工件各点的应变速率应尽量保持均匀恒定并等于工件材料的超塑性应变速率。为达到等轴细晶条件,需要对坯料进行晶粒细化预处理;为了达到温度条件,工件和模具要同时加热保持等温。因为工件变形的不均匀性,要求工件各点的应变速率应保持均匀恒定并等于工件材料的超塑性应变速率是不现实的,只能要求工件各点的应变速率尽量接近材料的超塑性应变速率。由于工件与模具接触区(亦称死区)应变速率极低且不可改变,因此只能限制工件的最高应变速率不能超过某一数值范围。事实上,在普通金属成形过程中,工件的最高应变速率早已超出材料超塑性的应变速率范围(10-*s7~10~3s), 例如锤锻时最大应变速率可达到几十甚至几百。因此超塑成形比普通成形的速度低很多,因而要根据此特点选择合适的成形设备。

超塑性成形分为板料超塑成形和体积超塑成形,前者多以气体胀形为主要变形方式,控制气体压力即可控制工件应变速率;超塑性锻造是超塑性体积成形的主要内容,采用压力机的滑块速度控制工件的应变速率。由于工件各部位材料处于或接近超塑性状态,所以材料具有最好的成形性能,因此超塑性成形可以一次成形出普通成形工艺需要多道工序才能成形或者根本不能成形的复杂形状零件。超塑性锻造因其优良的成形性能可以大大减少加工余量实现近净成形。超塑性成形已成为高技术领域难变形材料的主要成形方法。


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