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1、,特种塑性成形,1、发展省力成形工艺,应力状态系数，异号时1,流动应力，与材料成分、组织、变形温度、变形速度、变形程度有关。,接触面积在主作用力方向上的投影,2、提高成形的柔度,3、提高成型的精度，如粉末锻造等,超塑性成形,1、金属超塑性概况及特点 1.1、发展概况 1920年，德国科学家发现一些脆性材料在某些加工条件下产生较大弯曲、拉伸等变形，二次大战后由前苏联科学家通过锌铝合金拉伸试验提出超塑性的概念。,超塑性成形实例,Bi-44Sn挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率现象 （1950），左为拉伸前的试样。,我国已成功开发应用了以铝合金、钛合金、 铜合金为代表的结构合金超塑性材料。 （1
2、）、研究获得超塑性的途径； （2）、探索成型工艺规范； （3）、解决成型工艺关键,1.2、超塑性成形的基本特点 金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的延伸率而不产生缩颈与断裂现象，把延伸率能超过100%的材料统称为“超塑性材料”，相应地把延伸率超过100%的现象叫做“超塑性”。 但实际的变形程度要更大。也可用应变速率敏感性指数m来定义超塑性。 宏观上，可用大变形、无缩颈、小应力、 易成形来描述超塑性特点。,（1）、大变形 金属材料的最高伸长率铝青铜可达8000, 材料成型性能好，可成形复杂程度高、变形 量大的成型件。 （2）、无缩颈 超塑性成形类似于粘性物质的流动，对 应变速率较敏感，既有应变
3、速率硬化效应。 （3）、小应力 超塑性成形的流动应力是常规成型的十 几到几十分之一，设备吨位小。 （4）、易成形 成形过程无硬化，流动性和填充性好，可用多种方式成形。,1.2、超塑性的分类及影响超塑性的因素 （1）、现象 超塑性是材料特定条件下呈现的特质：极 低的流动应力、极高的伸长率、良好的流动 性与复制性，晶间变形的比率提高。像熔融 塑料那样的金属，因此可成形大变形量、高 精度、复杂件，并可进行良好的复制。 力学特征：贝可芬方程,普通金属，m=0.020.2；超塑性材料，m=0.31,（2）、分类 1）、细微晶粒超塑性（恒温超塑性） 晶粒尺寸通常小于10,变形温度T0.5 ,并在变形过程中
4、保持恒定,应变速率较低，通常,2）、相变超塑性（动态超塑性） 相变超塑性，并不要求材料具有超细晶粒组织，而是在一定的温度和应力条件下，经过多次循环相变或同素异构转变而获得大延伸率。产生相变超塑性的必要条件，是材料应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，诱发产生反复的组织结构变化，使金属原子发生剧烈运动而呈现出超塑性。 相变超塑性不要求微细等轴晶粒，这是有利的，但要求变形温度反复变化，给实际生产带来困难，故使用上受到限制。,3）、其他超塑性 近年来发现，普通非超塑性材料在一定条件下快速变形时，也能显示出超塑性。 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
5、超塑性，Al-5%Si及Al-4%Cu合金在溶解度曲线上下施以循环加热可以得到超塑性。此外，国外正在研究的还有升温超塑性，异向超塑性等。 有人把上述的第二类及第三类超塑性统称为动态超塑性，或环境超塑性。,（3）、影响超塑性的因素 1）、获得细晶的途径及晶粒度的影响 冶金学方法 成核初期加微量元素，快速冷凝法； 压力加工法 冷、热、温轧制或锻造 热处理方法 反复淬火、形变热处理、球化退火等 要求处理后的组织细晶、等轴、稳定 晶粒越小，流动应力越低，m值越大。,、锌合金,Zn-22Al：550590精炼后浇铸铸锭。355375 8h以上固溶后空冷。加热到290360 保温2小时，制成板材或棒材后，
6、加热至310360 保温1h以上，在低于18 的水中淬火，保持1h.再加热至250260保温0.5h. m:0.6, :2MPa,:10002000, :1.610s,t:200300 Zn-4Al与Zn-5Al ：精炼后浇铸铸锭，在320 退火3h，在300 （Zn-4Al ）和260 （Zn-5Al ）下轧制。 m:0.5,:2MPa,:2000, :1.610s,t:350 ,、钛合金,TC4(Ti-6Al-4V)和TC9：供货状态即为细晶组织。 m:0.85, :,:1000, :1.010s,t:8001000 . Ti679：在900下锻造，800 下退火1h后空冷。 m:0.43
7、, :25MPa,:734, :6.710s,t:800850 .,、铝合金,Al-6Cu-0.5Zr：用冷模浇铸铸锭，采用热轧及冷轧，变形量大于90，最后进行时效热处理。 m:0.50, :1012MPa,:1000, :1.310s, t:430 . 7475铝合金：供货板材固溶处理后，400 过时效8h；200 轧制，轧制变形量为85，482 保温5min。 Al-Li合金： Al-Li二元合金强度较低，加入铜、鎂、锆、錳等合金元素，可使其强度与塑性有所改善。,、钢,45钢：830850 淬火，反复4次。 m: :240, :2.010s,t:680 . T8钢：760 水淬，后加热到5
8、37 空冷。 m:35MPa,:305, : (2.49.5)10s,t:680710 . GCr15：退火料830 调质14次。 3Cr2W8V：950 循环淬火。 m:49MPa,:156, :2.010s,t:800850 . 1Cr13、2Cr13:950990 加热，600 回火，两次调质。 钢的细晶化，基本上是采用热处理。, 、鎂、铜合金,MB8：供货状态即为细晶组织。 m:0.34:25MPa,:228, : 2.810s,t:400 . MB15：360保温1h，然后空冷。 m:0.51:23MPa,:574, : 1.010s,t:290 . HPb59-1：300 温轧后，
9、450 保温1h。 m:0.5:23MPa,:550, : 8.3310s,t:600 . H62：250300 保温1h,然后空冷。,2）、应变速率的影响 3）、温度的影响 不同材料只有较窄的温度区间适合超塑性成形,1.3、 超塑性变形机理,目前仍处于探讨阶段，尚无统一的认识。,几种主流的观点： 晶界滑移的观点； 扩散蠕变机理的作用； 动态回复和动态再结晶。,一般地认为，超塑性变形机理比常规塑性变形机理更为复杂，它包括晶界的滑移和晶粒的转动、扩散蠕变、位错的运动、在特殊情况下还有再结晶等，是几个机理的综合作用。,由Ashby和Verrall提出的晶界滑动和扩散蠕变联合机理，简称A-V机理。,
10、该理论认为，在晶界滑移的同时伴随有扩散蠕变，对晶界滑移起调节作用的不是晶内位错的运动，而是原子的扩散迁移。,动态再结晶理论 晶界移动（迁移）与再结晶现象密切相关，这种再结晶可使内部有畸变的晶粒变为无畸变的晶粒，从而消除其预先存在的应变硬化。在高温变形时，这种再结晶过程是一个动态的、连续的恢复过程，即一方面产生应变硬化，一面产生再结晶恢复（软化）。如果这种过程在变形中能继续下去，好象变形的同时又有退火，就会促使物质的超塑性。,1.4、超塑性成形工艺与设备 1.4.1、常用超塑性成形工艺方法,1.4.2、超塑性成形设备选择 （1）、锻造设备,其中，单位面积上的变形力 是流动应力,的24倍。,要求设
11、备：可调速、可保压、有大的封闭高度与足够的工作台面、有顶出装置、有温控系统。,（2）、超塑性气胀成形设备 要求： 除具有锻造设备的要求外，还有以下要求： 更长时间的保压； 更大的工作台面； 气源及控制系统。 典型设备：,1.4.3、超塑性成形的摩擦与润滑 特点： （1）、模具温度高 原子扩散加剧，提高摩擦系数，脱模困难； （2）、应变速率低 易于接触面咬合，挤出润滑剂，导致摩擦系数增大； （3）、变形时间长 对润滑剂要求： （1）、在整个成形过程中能在模具和坯料之间形成连续的润滑剂薄膜，并具有较低的摩擦系数； （2）、对坯料表面具有防护作用，防止其氧化或吸收其他气体； （3）、兼具脱模剂的作用； （4）、不与坯料和模具发生反应； （5）、易于涂覆和去除； （6）、应为无毒、非易燃、非稀缺物。,1.5、超塑性成形展望 1、成形大型金属结构及相关成形设备 主要指超塑性气压胀形与扩散连接复合工艺 2、陶瓷材料与复合材料的超塑性 3、Al-Li合金的研究 4、工艺过程的数值模拟,
