塑性概念及指標演示文稿

塑性概念及指標演示文稿當前第1頁\共有94頁\編于星期二\5點優(yōu)選塑性概念及指標當前第2頁\共有94頁\編于星期二\5點塑性與柔軟性的區(qū)別是什么？塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。柔軟性反映材料抵抗變形的能力。當前第3頁\共有94頁\編于星期二\5點不銹鋼--塑性好，變形抗力高鉛--塑性好，變形抗力低結論：塑性與柔軟性不是同一概念白口鑄鐵--塑性差，變形抗力高當前第4頁\共有94頁\編于星期二\5點研究塑性的意義金屬和合金在壓力加工過程中可能出現(xiàn)斷裂。而一但出現(xiàn)斷裂，加工過程就很難進行下去。為了順利地加工，就要求金屬或合金具有在外力作用下，能發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。這就是所謂塑性。當前第5頁\共有94頁\編于星期二\5點塑性好壞用金屬在斷裂前產(chǎn)生的最大變形程度來表示。它同斷裂強度、沖擊韌性一樣，也是金屬抵抗斷裂性能的一種量度。因為塑性反映出了金屬斷裂前的最大變形量，所以它表示出了壓力加工時金屬允許加工量的限度，是金屬重要的加工性能。同時，在使用條件下，如果金屬具有良好的塑性，在發(fā)生斷裂前能產(chǎn)生適當?shù)乃苄宰冃?，就能避免突然的脆性斷裂，所以它同樣是重要的使用性能。當前?頁\共有94頁\編于星期二\5點塑性和其它的斷裂性能指標一樣，也和金屬材料的化學成份、組織結構、變形溫度、應變速率、應力狀態(tài)等因素有非常密切的關系。塑性隨著這些因素的變化而變化。研究塑性是為了改善塑性和選擇合適的變形方法，為了確定最合適的變形溫度、應變速率、應力狀態(tài)及許用的最大變形量。當前第7頁\共有94頁\編于星期二\5點研究塑性就要：探索塑性變化規(guī)律尋求改善塑性途徑選擇合理加工方法確定最佳工藝制度提高產(chǎn)品質(zhì)量當前第8頁\共有94頁\編于星期二\5點二、塑性指標塑性的大小可以由金屬在不同變形條件下允許的極限變形量來表示。此極限變形量稱為塑性指標。由于影響因素復雜，很難找出一種通用的指標來描述塑性。目前只能采用力學及工藝性能的方法來確定各種具體條件下的塑性指標。常用的塑性指標有：

延伸率斷面收縮率扭轉數(shù)或扭轉角極限壓縮率沖擊韌性當前第9頁\共有94頁\編于星期二\5點塑性指標的測量方法拉伸試驗法壓縮試驗法扭轉試驗法軋制模擬試驗法當前第10頁\共有94頁\編于星期二\5點1、延伸率式中L——試樣上原始計算長度；

ΔL——斷裂前后計算長度的絕對伸長量，即變形后計算長度與變形前計算長度之差。

延伸率包括了試樣的均勻變形和集中的局部變形兩部分的變形總和。所以，延伸率的大小與試樣的原始計算長度有關，試樣越長，集中變形數(shù)值的比值越小，延伸率就越小。對圓柱體試樣，規(guī)定L＝10d或L＝5d

當前第11頁\共有94頁\編于星期二\5點2、斷面收縮率式中F0——試樣的原始斷面積；

F1——試樣斷口處的斷面積。

斷面收縮率的大小與試樣的原始計算長度無關。因此，用斷面收縮率作為衡量材料塑性大小指標，得出的數(shù)值比較穩(wěn)定，有其優(yōu)越性。當前第12頁\共有94頁\編于星期二\5點3、扭轉數(shù)或扭轉角扭轉數(shù)(n)，表示金屬在扭轉變形條件下，破壞前的最大扭轉數(shù)。對于一定尺寸的試件來說，扭轉數(shù)(n)越大，其塑性越好。扭轉數(shù)可在冷、熱扭轉實驗機上測定、可在不同的溫度和速度條件下進行實驗。試驗時圓柱體試樣的一端固定，另一端扭轉。試驗中試樣受到外加扭力的作用，隨著試樣扭轉數(shù)的不斷增加，最后將發(fā)生斷裂。材料的塑性指標用破斷前的扭轉數(shù)(n)或扭轉角來表示。扭轉數(shù)(n)最能反映載荷是以剪切應力為主的塑性變形能力。當前第13頁\共有94頁\編于星期二\5點4、極限壓縮率（鐓粗率）式中H——試樣原始高度；

h——經(jīng)壓縮后試樣出現(xiàn)第一條裂紋時的高度。當前第14頁\共有94頁\編于星期二\5點三、塑性圖在實際中為了確定合理的熱加工溫度范圍和應采取的變形程度，通常把所測得的塑性指標用溫度函數(shù)形式表示，也就是繪制出塑性指標與變形溫度的關系曲線圖，并稱之為塑性圖。當前第15頁\共有94頁\編于星期二\5點塑性圖的應用：合理選擇加工方法制定冷熱變形工藝GH130高溫合金塑性圖當前第16頁\共有94頁\編于星期二\5點變形鎂合金MB5的塑性圖ak

－沖擊韌性；eM

－慢力作用下的最大壓縮率，eC

－沖擊力作用下的最大壓縮率；φ

－斷面收縮率，a－彎曲角度試驗溫度，℃當前第17頁\共有94頁\編于星期二\5點從塑性圖上獲取的信息慢速加工，溫度為350~400℃時,φ值和εM都有最大值，不論軋制或擠壓，都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加工。鍛錘下加工，在350℃左右有突變，變形溫度應選擇在400~450℃。工件形狀比較復雜，變形時易發(fā)生應力集中，應根據(jù)αK曲線來判定。從圖中可知，在相變點270℃附近突然降低，因此，鍛造或沖壓時的工作溫度應在250℃以下進行為佳。當前第18頁\共有94頁\編于星期二\5點§2-7影響塑性的主要因素金屬的化學成分及組織變形溫度變形速度變形的力學條件其它因素當前第19頁\共有94頁\編于星期二\5點一、金屬的化學成分及組織化學成分的影響合金元素的影響金屬組織的影響當前第20頁\共有94頁\編于星期二\5點（一）化學成分的影響一般認為，純金屬具有較高的塑性，當加入其它合金元素后成單相固溶體時也有較好的塑性。若所含的元素形成化合物時使塑性降低。面心立方晶體，如Al，Ni，Pb，Au，Ag等具有較高的塑性。體心立方晶體，如Fe，Cr，W，Mo，P－黃銅等的塑性居次。塑性較低的是六方晶格金屬，如Zr，Hf，Ti等。當前第21頁\共有94頁\編于星期二\5點在合金成分中不溶于固溶體或部分溶于固溶體中元素將形成某種成分的過剩相存在于晶內(nèi)或晶界。屬于這類的元素有碳化物形成元素，形成金屬間化合物元素，以及硫、鋁、硅、鉛、錫等等。在固溶體中過剩相，對其塑性有非常大的影響。磷—→冷脆性；硫—→熱脆性；碳、氮—→時效脆性；氫—→氫脆現(xiàn)象，白點當前第22頁\共有94頁\編于星期二\5點合金元素的影響鐵化學純鐵具有非常大的塑性，但工業(yè)純鐵，例如阿姆克鐵，其塑性卻不完全如此。鑄態(tài)的阿姆克鐵在1000℃左右，塑性急劇下降。當前第23頁\共有94頁\編于星期二\5點碳在碳鋼中碳的含量越高，鋼的塑性越差，熱加工溫度范圍越窄。實驗證明，含碳量小于1.4％的鑄鋼，可以很好地經(jīng)受鍛造和軋制。當含碳量高于1.4％時，由于析出自由滲碳體和萊氏體，使塑性下降。從鐵碳平衡圖中可以看出，具有1.4—1.7％的碳鋼在很窄的溫度范圍內(nèi)形成固溶體。而當含碳量高于1.7％時，其塑性將由鋼中的滲碳體和萊氏體的影響程度而定。對于含碳量很高的鑄鐵，只有在特殊條件下才能進行塑性加工。當前第24頁\共有94頁\編于星期二\5點錳奧氏體錳鋼，由于低的導熱性和大的膨脹系數(shù)，使之具有高的加熱速度敏感性。對于大斷面的高錳鋼來講，若加熱速度過快，可能使之產(chǎn)生內(nèi)裂。錳鋼的過熱敏感性強，對其加熱制度應進行嚴格控制。當在鋼中含有較多的硫和氧時，錳還會起到消除或減輕硫和氧的有害作用，使鋼的塑性提高。當前第25頁\共有94頁\編于星期二\5點硫硫在固溶體內(nèi)的溶解度甚微。硫在鋼中以FeS、MnS等硫化物夾雜的形式存在。如鋼中含有合金元素時，還會形成鎳、鉬和其它合金元素的硫化物。一般硫化物具有較高的熔點溫度，但某些硫化物的共晶體和化合物的熔點溫度較低。顯然，如果在鋼中的含硫量越多，并存在有低熔點的硫的共晶體和化合物時，則鋼的塑性將與變形溫度有關。若加熱溫度高于硫的共晶體和化合物的熔點時，則這種鋼在變形時會發(fā)生斷裂，即產(chǎn)生紅脆現(xiàn)象。當前第26頁\共有94頁\編于星期二\5點當前第27頁\共有94頁\編于星期二\5點硅純硅不能進行塑性變形。當在鋼和合金中的硅以固溶體形式存在時，它對該金屬的塑性影響不大。例如，在變壓器鋼中，當含硅量達3％時仍然有高的可軋性能。含硅量過高時鋼的塑性下降。當鋼中的硅以硅化物(如SiO2)存在時，因在變形溫度條件下不溶解，使鋼的塑性下降。當前第28頁\共有94頁\編于星期二\5點鎳純鎳具有高塑性，鎳可提高純鐵體的強度和塑性，能減緩鋼在加熱時晶粒的長大。當在碳鋼和低合金鋼中，含鎳量在5%以下時，可改善鋼在熱變形時的塑性。鎳可與硫形成硫化物以薄膜形式存在于晶粒的邊界上。因此在含鎳的鋼中提高硫的含量會引起鋼的紅脆現(xiàn)象。當前第29頁\共有94頁\編于星期二\5點鉻工業(yè)用的純鉻為脆性材料，在鉻中含有氧化物和氮化物的有害夾雜，這些夾雜分布在晶界上降低晶粒間的結合強度。鉻為鐵素體形成元素，在一系列的奧氏體合金中，含有一定量的鉻時會產(chǎn)生鐵素體的過剩相使鋼的塑性下降。鐵素體的高鉻合金于再結晶時具有很大的晶粒長大傾向性。因此，為得到所需的組織必須嚴格控制加工溫度范圍。在鋼中加入鉻時可使其導熱性下降，因此為避免在加熱時出現(xiàn)裂紋應在較低的溫度下進行緩慢而均勻的加熱。特別對導熱能力低、膨脹系數(shù)大的高鉻鋼(如Cr25、Cr28)加熱時更應注意。當前第30頁\共有94頁\編于星期二\5點鎢、鉬、釩這些元素都是碳化物形成元素，它們所形成的碳化物極為穩(wěn)定，為使其溶于基體中需要更高的加熱溫度和足夠的加熱時間，這些碳化物能阻止奧氏體在加熱時的晶粒長大，減小鋼的過熱敏感性。使鋼的強度升高，但塑性下降。當前第31頁\共有94頁\編于星期二\5點鋁、銅、硼磷鉛、錫、砷、銻、鉍氫、氮稀土元素當前第32頁\共有94頁\編于星期二\5點（二）金屬組織的影響金屬宏觀組織的影響關于宏觀組織對金屬塑性的影響，對鑄態(tài)組織來講由于含有粗大結晶組織和組織排列的不均，通常具有比變形組織更低的塑性。對經(jīng)變形后的金屬來講，通常細晶組織具有更高的塑性。當前第33頁\共有94頁\編于星期二\5點金屬微觀組織的影響若鋼與合金在熱加工條件下具有單一的奧氏體(對鐵素體鋼為單一的鐵素體)組織，而不存在其它過剩相時，則具有較高的塑性，如有過剩相存在，或多或少地會使鋼與合金的塑性下降。這種過剩相在軋前的加熱過程中將會發(fā)生變化，有些過剩相在加熱時溶解于固溶體中，對塑性不產(chǎn)生影響，而有些過剩相在加熱過程中仍然保存下來，影響金屬的塑性。當前第34頁\共有94頁\編于星期二\5點二、變形溫度1、通常隨著變形溫度的升高，金屬的塑性增加。變形過程中所產(chǎn)生的破壞和缺陷得到恢復變形溫度升高原子熱運動的能量增加出現(xiàn)新的滑移系統(tǒng)非晶機構、溶解機構的參與有利于軟化過程的發(fā)展當前第35頁\共有94頁\編于星期二\5點變形溫度對碳鋼的塑性的影響當前第36頁\共有94頁\編于星期二\5點2、但是，這種塑性增加不是直線上升。Ⅰ區(qū)：位于200-400℃的范圍內(nèi)，此區(qū)域為藍脆區(qū)。由于時效的原因，柯氏氣團釘扎住位錯，位錯運動受阻，使得塑性降低。當前第37頁\共有94頁\編于星期二\5點Ⅱ區(qū)：800-950℃。此區(qū)域的出現(xiàn)與相變有關。在相變時由于鐵素體和奧氏體的共存，使金屬產(chǎn)生不均勻的變形，塑性降低。也有人認為，此區(qū)域的出現(xiàn)與硫的影響有關，并稱此區(qū)域為紅脆(熱脆)區(qū)。Ⅲ區(qū)：因此區(qū)域的溫度過高，使金屬的溫度接近熔化溫度，可能產(chǎn)生過熱或過燒的現(xiàn)象，使晶間強度減弱，塑性大為降低。此區(qū)域為高溫脆區(qū)。當前第38頁\共有94頁\編于星期二\5點一般隨著變形速度的提高，塑性是下降的(a)(b)三、變形速度當前第39頁\共有94頁\編于星期二\5點圖(a)是反映金屬在某溫度條件下，即使以非常小的變形速度進行變形時，金屬也會發(fā)生完全加工硬化。因此，這種曲線是此變形溫度所特有的一種曲線，從中看出，塑性隨變形速度的升高而降低。當前第40頁\共有94頁\編于星期二\5點圖(b)中的曲線也是某溫度所特有的。在此溫度下，金屬以非常小的變形速度進行變形時，在其晶粒邊界上可能有粘性流動出現(xiàn)，并通常會引起脆性的晶間破壞。這就說明，在非常低的變形速度下，金屬的塑性是降低的。隨著變形速度的升高，晶粒邊界上的粘性流動消失，這時變形抗力升高和另一種變形機理(滑移)開始作用，結果使塑性升高。當再繼續(xù)提高變形速度時，塑性又開始下降。這是因為，隨著變形速度的增加，變形抗力升高，結果使變形抗力達到了相應于更小的變形程度下的斷裂抗力之值。當前第41頁\共有94頁\編于星期二\5點在某些情況下，還要增加變形速度時，塑性又開始提高。這是因為在很大的變形速度下，熱效應開始作用，使變形物體的溫度升高和變形抗力下降。當變形速度非常高時，熱效應可能達到這樣大的作用，以致把金屬加熱到出現(xiàn)液相或大大降低其晶間物質(zhì)的強度。因此，在非常高的變形速度下，隨著變形速度的增加，金屬的塑性急劇下降。當前第42頁\共有94頁\編于星期二\5點鋁合金冷擠壓時因熱效應所增加的溫度合金號擠壓系數(shù)擠壓速度（毫米/秒）金屬溫度℃L411150158~195LD211~16150294~315LY1111~16150340~350LY113165308當前第43頁\共有94頁\編于星期二\5點變形溫度－變形速度的聯(lián)合作用低溫塑性變形（冷變形）金屬于室溫，甚至直至開始再結晶溫度(對純金屬為0.3—0.4TM，對合金為＞0.5TM，TM為熔點的絕對溫度)條件下變形，當變形速度為10-3－10-4秒-1時，其塑性變形機構為滑移。對許多體心立方金屬來講，在此溫度區(qū)域內(nèi)存在有脆性轉變溫度。降低變形溫度和提高變形速度時，滑移系統(tǒng)的數(shù)目減少，使滑移的作用減小，孿生變形的作用增大，結果導致金屬的塑性大為下降。六方晶格金屬也有類似的現(xiàn)象，但對面心立方金屬來講，甚至在更低的溫度下變形金屬也不會變脆。當前第44頁\共有94頁\編于星期二\5點1、主應力圖：定性地分析物體變形區(qū)的受力情況（應力狀態(tài)）的圖。四、變形的力學條件當前第45頁\共有94頁\編于星期二\5點2、卡爾曼實驗：密閉試驗腔，可以施加三向壓力。當前第46頁\共有94頁\編于星期二\5點當前第47頁\共有94頁\編于星期二\5點3、結論：塑性與應力狀態(tài)（受力狀況）有關。壓應力數(shù)目越多，數(shù)值越大，塑性越好。當前第48頁\共有94頁\編于星期二\5點按應力狀態(tài)圖的不同，可將其對金屬塑性的影響順序做這樣的排列：三向壓應力狀態(tài)圖最好，兩向壓一向拉次之，兩向拉一向壓更次，三向拉應力狀態(tài)圖為最次。在塑性加工的實際中，即使其應力狀態(tài)圖相同，但對金屬塑性的發(fā)揮也可能不同。例如，金屬的擠壓，圓柱體在兩平板間壓縮和板材的軋制等，其基本的應力狀態(tài)圖皆為三向壓應力狀態(tài)圖，但對塑性的影響程度卻不完全一樣。這就要根據(jù)其靜水壓力的大小來判斷。靜水壓力越大，變形金屬所呈現(xiàn)的塑性越大。當前第49頁\共有94頁\編于星期二\5點4、靜水壓力提高金屬塑性的原因：（1）體壓縮能夠遏止晶粒邊界的相對移動，使晶間變形困難。因為在塑性加工實際中，有時是不允許晶間變形存在的。在沒有修復機構(再結晶機構和溶解沉積機構)時，晶間變形會使晶間顯微破壞得到積累，進而迅速地引起多晶體的破壞。當前第50頁\共有94頁\編于星期二\5點

（2）體壓縮能促進由于塑性變形和其它原因而破壞了的晶內(nèi)聯(lián)系的恢復。這樣，隨著明顯的體壓縮的增加，使金屬變得更為致密，其各種顯微破壞得到修復，甚至其宏觀破壞(組織缺陷)也得到修復。（3）體壓縮能完全或局部地消除變形物體內(nèi)數(shù)量很小的某些夾雜物甚至液相對塑性的不良影響。（4）體壓縮能完全抵償或者大大降低由于不均勻變形所引起的拉伸附加應力，從而減輕了拉應力的不良影響。當前第51頁\共有94頁\編于星期二\5點5、舉例（1）圓柱體徑向加壓變形——平砧上拔長合金鋼（2）擠壓（3）圓柱體鐓粗當前第52頁\共有94頁\編于星期二\5點當前第53頁\共有94頁\編于星期二\5點當前第54頁\共有94頁\編于星期二\5點五、提高金屬塑性的主要途徑提高塑性的主要途徑有以下幾個方面：(1)控制化學成分、改善組織結構，提高材料的成分和組織的均勻性；(2)采用合適的變形溫度—速度制度；(3)選用三向壓應力較強的變形過程，減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；(4)避免加熱和加工時周圍介質(zhì)的不良影響。當前第55頁\共有94頁\編于星期二\5點§2-8超塑性現(xiàn)象納米銅的室溫超塑性當前第56頁\共有94頁\編于星期二\5點在不同溫度下ZnAl22的拉伸變形(250℃時延伸率)當前第57頁\共有94頁\編于星期二\5點Bi-44Sn擠壓材料在慢速拉伸下出現(xiàn)異常大的延伸率（）當前第58頁\共有94頁\編于星期二\5點高溫合金INCONEL718的超塑性成形航天器件當前第59頁\共有94頁\編于星期二\5點雙相不銹鋼超塑性成形的航天器件當前第60頁\共有94頁\編于星期二\5點超塑成形的波形膨脹節(jié)用TC4鈦合金波紋管當前第61頁\共有94頁\編于星期二\5點超塑性的概念超塑性的力學特征超塑性的組織特征超塑性的機理超塑性的應用當前第62頁\共有94頁\編于星期二\5點超塑性的概念超塑性是指材料在一定的內(nèi)部（組織）條件（如晶粒形狀及尺寸、相變等）和外部（環(huán)境）條件下（如溫度、應變速率等），呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能（例如大的延伸率）的現(xiàn)象。一般說來，如果材料的延伸率超過100％，就可稱為超塑性。凡具有能超過100％延伸率的材料，則稱之為超塑性材料?，F(xiàn)代已知的超塑性材料之延伸率最大可超過1000％，有的甚至可達2000％當前第63頁\共有94頁\編于星期二\5點當前第64頁\共有94頁\編于星期二\5點超塑性的分類組織超塑性或恒溫超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特點也稱之為微細晶粒超塑性。特點是材料具有微細的等軸晶粒組織。溫度：Ts≥0.5Tm（Ts和Tm分別為超塑變形和材料熔點溫度的絕對溫度）變形速度：10-4~10-1/s。微細晶粒尺寸其范圍在0.5～5μm之間。一般來說，晶粒越細越有利于塑性的發(fā)展，但對有些材料來說（例如Ti合金）晶粒尺寸達幾十微米時仍有很好的超塑性能。由于超塑性變形是在一定的溫度區(qū)間進行的，因此即使初始組織具有微細晶粒尺寸，如果熱穩(wěn)定性差，在變形過程中晶粒迅速長大的話，仍不能獲得良好的超塑性。當前第65頁\共有94頁\編于星期二\5點相變超塑性或變態(tài)超塑性這類超塑性，并不要求材料有超細晶粒，而是在一定的溫度和負荷條件下，經(jīng)過多次的循環(huán)相變或同素異形轉變獲得大延伸。如碳素鋼和低合金鋼，加以一定的負荷，同時于A1、3溫度上下施以反復的一定范圍的加熱和冷卻，每一次循環(huán)發(fā)生（ag）的兩次轉變，可以得到兩次均勻延伸。D.Oelschl?gel等用AISI1018、1045、1095、52100等鋼種試驗表明，延伸率可達到500%以上。變形的特點：初期時每一次循環(huán)的變形量比較小，而在一定次數(shù)之后，例如幾十次之后，每一次循環(huán)可以得到逐步加大的變形，到斷裂時，可以累積為大延伸。當前第66頁\共有94頁\編于星期二\5點有相變的金屬材料，不但在擴散相變過程中具有很大的塑性，淬火過程中奧氏體向馬氏體轉變、回火過程中殘余奧氏體向馬氏體單向轉變過程，也可以獲得異常高的塑性。如果在馬氏體開始轉變點（Ms）以上的一定溫度區(qū)間加工變形，可以促使奧氏體向馬氏體逐漸轉變，在轉變過程中也可以獲得異常高的延伸，塑性大小與轉變量的多少，變形溫度及變形速度有關。這種過程稱為"轉變誘發(fā)塑性"。即所謂"TRIP"現(xiàn)象。Fe-Ni合金，F(xiàn)e-Mn-C等合金都具有這種特性。當前第67頁\共有94頁\編于星期二\5點其它超塑性

在消除應力退火過程中，在應力作用下可以得到超塑性。Al-5%Si及Al-4%Cu合金在溶解度曲線上下施以循環(huán)加熱可以得到超塑性，根據(jù)Johnson試驗，在具有異向性熱膨脹的材料如U，Zr等，加熱時可有超塑性，稱為異向超塑性。有人把a-U在有負荷及照射下的變形也稱為超塑性。球墨鑄鐵及灰鑄鐵經(jīng)特殊處理也可以得到超塑性。當前第68頁\共有94頁\編于星期二\5點超塑性的歷史及發(fā)展

超塑性現(xiàn)象最早的報道是在1920年，德國人羅申漢（N.Rosenhaim）等發(fā)現(xiàn)Zn-4Cu-7Al合金在低速彎曲時，可以彎曲近180度。1934年，英國的發(fā)現(xiàn)Pb-Sn共晶合金在室溫低速拉伸時可以得到2000%的延伸率。1945年前蘇聯(lián)的等發(fā)現(xiàn)Zn-Al共析合金具有異常高的延伸率并提出“超塑性”這一名詞。1964年，美國的對Zn-Al合金進行了系統(tǒng)的研究，并提出了應變速率敏感性指數(shù)－m值這個新概念，為超塑性研究奠定了基礎。上世紀六十年代后期及七十年代，世界上形成了超塑性研究的高潮。

當前第69頁\共有94頁\編于星期二\5點特別引人注意的是，近幾十年來金屬超塑性已在工業(yè)生產(chǎn)領域中獲得了較為廣泛的應用。一些超塑性的Zn合金、Al合金、Ti合金、Cu合金以及黑色金屬等正以它們優(yōu)異的變形性能和材質(zhì)均勻等特點，在航空航天以及汽車的零部件生產(chǎn)、工藝品制造、儀器儀表殼罩件和一些復雜形狀構件的生產(chǎn)中起到了不可替代的作用。當前第70頁\共有94頁\編于星期二\5點近年來超塑性在我國和世界上主要的發(fā)展方向主要有如下三個方面：先進材料超塑性的研究，這主要是指金屬基復合材料、金屬間化合物、陶瓷等材料超塑性的開發(fā)，因為這些材料具有若干優(yōu)異的性能，在高技術領域具有廣泛的應用前景。然而這些材料一般加工性能較差，開發(fā)這些材料的超塑性對于其應用具有重要意義；高速超塑性的研究，提高超塑變形的速率，目的在于提高超塑成形的生產(chǎn)率；研究非理想超塑材料（例如供貨態(tài)工業(yè)合金）的超塑性變形規(guī)律，探討降低對超塑變形材料的苛刻要求，而提高成形件的質(zhì)量，目的在于擴大超塑性技術的應用范圍，使其發(fā)揮更大的效益。當前第71頁\共有94頁\編于星期二\5點典型的超塑性材料

目前已知的超塑性金屬及合金已有數(shù)百種，按基體區(qū)分，有Zn、Al、Ti、Mg、Ni、Pb、Sn、Zr、Fe基等合金。其中包括共析合金、共晶、多元合金、高級合金等類型的合金。部分典型的超塑性合金見下表當前第72頁\共有94頁\編于星期二\5點合金成分（Wt%）m延伸率δ(%)變形溫度（℃）共析合金

Zn-22Al0.5>1500200~300共晶合金

Zn-5Al0.48～0.5300200～360

Al-33Cu0.9500440～520Al-Si－120450Cu-Ag0.53500675Mg-33Al0.852100350～400Sn-38Pb0.59108020Bi-44Sn－195020～30Pb-Cd0.35800100m為應變速率敏感性指數(shù)當前第73頁\共有94頁\編于星期二\5點Al基合金

Al-6Cu-0.5Zr0.51800～2000390～500Al-25.2Cu-5.2Si0.431310500Al-4.2Zn-1.55Mg0.9100530Al-10.72Zn-0.93Mg-0.42Zr0.91550550Al-8Zn-1Mg-0.5Zr－>1000－Al-33Cu-7Mg0.72>600420～480Al-Zn-Ca－

267500Cu基合金

Cu-9.5Al-4Fe0.64770800Cu-40Zn0.64515600當前第74頁\共有94頁\編于星期二\5點Fe-C合金（鋼鐵）

Fe-0.8C

－210～250680Fe-(1.3,1.6,1.9)C

－470530～640GCr150.42540700Fe-1.5C-1.5Cr

－1200650Fe-1.37C-1.04Mn-0.12V

－817650AISI01(0.8C)0.51200650521600.61220650高級合金

901－400900～950Ti-6Al-4V0.85>1000800～1000當前第75頁\共有94頁\編于星期二\5點高級合金

IN744Fe-6.5Ni-26Cr0.51000950Ni-26.2Fe-34.9Cr-0.58Ti0.5>1000795～855IN1000.510001093純金屬

Zn（商業(yè)用）0.240020～70Ni－

225820U7000.4210001035Zr合金0.5200900Al商業(yè)用）－6000(扭轉)377～577當前第76頁\共有94頁\編于星期二\5點超塑性的力學特征流動應力在超塑性材料中，流動應力特別敏感于應變速率。如圖所示，用對數(shù)坐標表示的流動應力與應變速率的關系曲線呈“S”形。Mg-Al共晶合金的應變速率與(a)流動應力(b)敏感系數(shù)m的關系當前第77頁\共有94頁\編于星期二\5點應變速度敏感性系數(shù)：

應變速率與流動應力曲線可劃分為三個區(qū)域，即低應變速率區(qū)Ⅰ、高應變速率區(qū)Ⅱ和超塑性區(qū)Ⅲ，在Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)中m<0.3，在Ⅱ區(qū)中m>0.3。當前第78頁\共有94頁\編于星期二\5點流動應力對溫度十分敏感。提高變形溫度將發(fā)生如圖所示的變化當前第79頁\共有94頁\編于星期二\5點隨著溫度的升高：流動應力的水平將普遍下降，但在高應變速率時的變化不如低應變時顯著m的最大峰值升高，并移向高應變速率區(qū)在最大應變速率和最小應變速率這兩端，m值對溫度的敏感性較差，即在接近蠕變變形區(qū)及普通熱加工區(qū)，m值對溫度的敏感性較差Ⅰ/Ⅱ區(qū)和Ⅲ/Ⅱ區(qū)之間的過渡向高應變速率方向移動當前第80頁\共有94頁\編于星期二\5點晶粒的大小對流動應力及m值也有明顯的影響。一般來說，具有良好超塑性的起始晶粒度一般應＜10μm，最好是＜5μm。當前第81頁\共有94頁\編于星期二\5點晶粒越細?。撼髤^(qū)外，在所有應變速率條件下，流動應力都下降，特別是在低應變速率下更為明顯；Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的過渡推向高應變速率范圍；m的最大峰值增加，并移向高應變速率區(qū)當前第82頁\共有94頁\編于星期二\5點應變速率敏感性指數(shù)m的物理意義應變速率敏感性指數(shù)m是材料超塑性的一個重要參數(shù)，它表征金屬抵抗頸縮的能力，高的m值使抵抗頸縮的能力增加。其理論意義是：產(chǎn)生頸縮的部位應變速率增加，由于高的流動應力應變速率敏感性，需要更高的應力。在試樣其余部分沒有繼續(xù)塑性變形的情況下，外加應力不足以使頸縮發(fā)展。當前第83頁\共有94頁\編于星期二\5點超塑性的組織特征試驗研究結果表明，于超塑性變形時晶粒的等軸性保持不變，并在變形后通?？梢钥吹骄ЯＳ行╅L大。在正常微細晶粒超塑性顯微組織中在500％的應變下晶粒尺寸可能增加50％或100％。有人在Sn－5％Bi合金上發(fā)現(xiàn)，延伸率達1000％時，晶粒仍保持等軸并發(fā)現(xiàn)晶粒長大了好幾倍。當前第84頁\共有94頁\編于星期二\5點對某些材料，如a／b黃銅、Al黃銅，AI-Zn-Mg-Cr合金等的超塑性拉伸中也發(fā)現(xiàn)有空洞出現(xiàn)。試驗證明，空洞的數(shù)量和尺寸隨應變速率的增大而增多。隨著真實應變的增加，空洞數(shù)目也增多。一般認為空洞是由晶界滑移引起的，所以在Ⅱ區(qū)內(nèi)因晶界滑移對塑性變形的作用最大，其空洞速率也就最大。試驗結果還表明，當材料在超塑性變形過程中形成大面積