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1、就我看超塑性成型技术的发展早在 1920年，德国 W.Rosenhain等人将冷轧后的 Zn-Al-Cu 三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180而未出现裂纹， 它和普通晶体材料大不相同。他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。1934年，英国 C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000% 的试样。很奇怪的是这种慢速大延伸的金属，在落地实验中呈脆性断裂， 这是一个更大的发现， 在当时虽然引起了一部分人的强烈反响，但在第二次世
2、界大战的却被搁置了。第二次世界大战后， 前苏联科学家对金属的异常延伸现象进行了系统研究，用Zn-Al 共析合金在高温拉伸试验中得到异常的伸长率，并应用于“超塑性”这个词汇。 1962年，美国 E.E.Underwood发表了一篇评论解说性文章， 从冶金学的角度分析了实现超塑性成形的可能性、条件及基本原理。人们评价这篇文章是超塑性研究的总结。从此超塑性研究引起了人们越来越多的重视。到目前为止， 还不能给超塑性下一个确切的、科学的定义。人们从各种角度粗略的定义为， 金属材料在受到拉伸应力时， 显示出很大的伸长率而不产生紧缩与断裂现象的性能称为超塑性。其伸长率可超过 100%以上，如钢的伸长率超过5
3、00%，纯钛超过 300%，铝锌合金超过 1000% 。目前常用的超塑性成形的材料主要有铝合金、镁合金、低碳钢、不锈钢及高温合金等。材料超塑现象的出现是有条件的，既要有材料本身的内在因素，也要有变形时的环境条件。 首先材料本身最好是两相组织的共析或共晶合金，经过一定的处理后其结晶应是等轴、球形、细晶粒组织，晶粒 尺 寸 一 般 不 大 于10m（ 1m=10-3mm） 即 d 10m，愈细愈好。 这些材料原是指为实现超塑性而专门研制的合金，如锌合金中的Zn-22%A1、Zn-5%A1，铝合金中的 A1-6%Cu-Zr合金。随着对超塑性特点认识的深化及实现超塑性工艺的进步，有些现有牌号的工业合金
4、通过一定的工艺处理也可实现超塑性。如钛合金中的 Ti-6A1-4V、 铜合金中的黄铜、不锈钢中的 IN744， 轴承钢 GCr-15、过共析钢 T12、低合金结构钢 30CrMnSiA等，这些常规金属材料经过一定的工艺处理，在指定的工艺条件下也具有超塑性。超塑性变形的工艺环境主要有二条：其一为变形温度， 超塑性变形一般要求材料的温度保持在Tc0.5TM（式中： Tc 为实现超塑性变形的临界温度 K，TM 为该材料的熔化温度 K，上述温标均为绝对温度（ K） 即摄氏温度加 273） 这是一个大体的温度界限，各个材料的最佳超塑性变形温度要通过一系列实验求得。其二为变形速率， 超塑性变形的最大特点是
5、它必须在一定的应变速率（）范围内进行，各种材料都有各自的应变速率与、 m、的关系曲线。即 -：最大延伸率与应变速率关系曲线， m-：应变速率敏感性指数与应变速率关系曲线，-：变形抗力与应变速率关系曲线。根据这些曲线选择最适宜的应变速率，一般的说，值大体在10-2S-1 10-4S-1之间，此值要比常规的变形速度低很多，这是超塑性变形最大的不足之处， 它限制了生产率的提高， 从而也限制了超塑性合金的应用范围， 它只适合于在中小批量生产中使用；如新产品的试制、旅游工艺品生产、某些军工产品生产等。1908年，英国里兰德汽车公司生产了工业用Zn-22%A1 共析合金，用该合金薄板在低应力作用下超塑性成
6、型汽车门和冰箱门等的内衬，轰动一时。1970年汤姆生等人也是用Zn-22%A1 合金用不大的气体压力（1.98N/MM2 ）吹胀成具有凸肚和花纹的调味品瓶子。由于锌合金在性能上的限制，其后超塑性合金的发展扩展向铝合金、钛合金、铜合金及碳钢、不锈钢等领域，并在电子、仪表、纺织、机械、汽车、航空航天及工艺制品等行业中获得了应用，尤其在航空上用得更多，美国在战斗机、轰炸机上广泛使用超塑性成型的铝合金、钛合金零件，在B-1B 重型轰炸机上用量达 11，550磅，为其铝、钛结构件重量的15%。目前，在我国的超塑性研究领域中， 已形成了开发、应用以铝合金、钛合金、铜合金为代表的结构合金超塑性材料的热潮，主
7、要进行了三方面的工作： 研究结构合金获得超塑性成型的工艺规范；解决成型工艺关键，并进入工艺实用，其中很大部分曾在航空航天、仪表、电子、轻工、机械、铁路等各个领域内得到了有效的应用。关于超塑性变形机理， 目前还处于研究探讨阶段， 尚无统一认识。有人认为，超塑性变形过程中起支配作用的变形机理是晶界滑移；也有人认为，在超塑性变形过程中，伴随着动态回复和动态再结晶。由于超塑性变形过程中， 晶粒的大小和形状都没有显著的变化，大量的变形来自晶间滑移，但同时，晶间滑移不可能成为独立的变形机理，还必须有其他的变形机理来相互协调配合。由阿西北和弗拉尔提出的晶界滑移和扩散蠕变联合机理被认为能更好地解释超塑性变形过
8、程。该理论认为， 在晶界滑移的同时伴随有扩散蠕变，对晶界滑移其调节作用的是原子的扩散迁移。目前比较常用的超塑性成型的工艺方法有薄板气压/ 真空塑性成型、薄板模压成形、拉伸成型、超塑性模锻成型、超塑性滚压成型、等等。近年来，超塑性成形的主要研究前沿是 “先进材料的超塑性开发” 。所谓先进材料是指金属基复合材料、金属化合物、陶瓷等，由于他们具有某些优异的性能（例如强度、高温性能等），所以可以得到很大的发展。然而这些材料却有其共同的不足之处-难于加工成型，因此开发这些材料的超塑性具有重要意义。近年来其中一些材料的超塑性已经达到很高的指标，然而这些材料的超塑性应用上有一定的距离。超塑性成型的历史尚短，
9、 仍属于新兴工艺， 对各种材料的各种成型工艺过程，还在不断地实验、比较、淘汰、选择、发展和完善、从目前的发展趋势上来看，有下述几点值得注意。成型大型金属结构及相关成型设备。采用超塑胀形工艺来成型大型金属结构具有显著的技术经济效益。这一类金属结构在美国的B-1型飞机和 F14A、F15、F18飞机以及英国的直升飞机上获得应用，其中最大的构件是B-1 机的发动机舱门，平面尺寸达到2790*1520cm 。与这种成型工艺相适应设备研究也在发展，这种设备与通用液压机有很大的区别，对于整个成型过程采用自动控制。目前，美国已推出系列机型，英国、日本也有使用的报道。陶瓷材料与复合材料的超塑性。国际上，陶瓷材
10、料的超塑性研究有很大进展。日本物质和材料研究机构最近开发成功一种具有超塑性的新型陶瓷。 这种陶瓷在高温下能够像金属一样被拉长，可以用来制造形状复杂的机械零件。 这种新陶瓷是把钴、 铝和尖金石三种材料在一起用一般方法烧制出来的。 实验结果表明， 1cm的材料片在 1650的高温下，其应变速度 1s可拉长 1cm，是一般陶瓷的大约100倍。它可以像金属一样，进行轧制和锻造，制造发动机和涡轮机零件等产品。我国的陶瓷材料超塑性研究也列入了863 高技术研究规划之列。此外，以金属超塑性材料为基体的复合材料的研究也在进行中，从制备（包括材料设计）、性能测试、成型实验等诸多方面发展。比如，在金属基超塑性材料
11、中加入SiC纤维形成的超塑性材料， 可以达到超塑性气压胀形的要求。3.Al-Li 合金的研究。Al-Li 合金是一种新发展起来的轻合金结构材料。在 Al 中添加质量分数为1%的 Li 密度可降低 10%，弹性模量可提高25%35%。Al-Li 合金具有低的密度、高的比强度和比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性和卓越的超塑性成型性能，用其取代硅铝合金，可使构件重量减轻10%15%，刚性提高 15%20%,这对于以减轻重量为目的的航空航天较理想的结构材料。Al-Li 合金是一种综合性能好， 有巨大开发潜力和轻合金， 但 Al-Li合金技术也是技术难度大的高新技术，应该继续改进生产工艺和产品性能，
12、拓宽应用领域。4.工艺过程的数值模拟超塑性成型过程的理论分析几乎是与成型工艺伴生的，但是，由于过程的复杂性，得到有意义的解析解几乎没有可能。所以近年来，注意力转移到有限元分析方面。在这方面，三位变形，尤其是采用膜元或壳体分析胀形过程，应该是更有意义的研究方向。超塑性成型虽然有很多优点，但是超塑性成型一般生产率较低，又需要较高的温度， 这是该工艺没有得到较大推广的重要原因。提高超塑性变形速率是近几年国际上超塑性学者探讨的重要方向。研究表明：当晶粒细化至纳米数量级时， 超塑性变形速率可以提高34 个数量级。但由于提高速率的主要目的在于超塑性成形技术的开发应用，所以这方面的研究要特别注意综合效益，不能因为细化晶粒投资过高而使超塑性技术失去应用价值。
