超塑性的应用讲义PPT

如何改进超塑性气压成形工艺方法，改善厚度分布，提高超 塑成形零件的质量就成为众多学者和工程技术人员普遍关注 和研究的问题。
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1.压力加工方面的应用
超塑性的应用
为改善这种不均匀的变形状况，简要介绍一种用半球形触 头预先接触增加摩擦阻力的方法。如下图所示（大礼帽形 容器） 材料用Zn-22%Al合金，加工温度250oC，成形压力为 1.06kg/cm3。
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3.焊接方面的应用
超塑性的应用
主要表现为相变超塑性在焊接方面的应用，利用其超 塑状态下金属流动特性和高扩散能力进行焊接。
将两块金属材料接触，利用相变超塑性的原理，即施加很 小的负荷和加热冷却循环即可使接触面完全粘合，得到牢 固的焊接。称之为相变超塑性焊接——TSY。 其特点：加热温度低（在固相加热），没有一般熔化焊 接的热影响区，也没有高压焊接的大变形区，焊后可不 经热处理或其他辅助加工，即可应用。
变形过程中材料的变形状况如上图（a）-（d）所示。
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1.压力加工方面的应用
超塑性的应用
发展方向：该技术在航空航天和汽车工业中具有广泛的应用 前景，但在成形过程中，由于周边材料被模具压紧不参与变 形，零件面积增加完全由材料的变薄来实现，同时应力和应 变场分布不均匀造成了零件最终壁厚的明显差异，即使对应 变速率敏感系数m值接近于1.0的高硬化材料也难以避免厚度 分布明显不均的问题，它直接关系零件能否满足设计要求， 因而是限制该工艺应用和发展的关键问题之一。
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1.压力加工方面的应用
以下针对气压成形作简要介绍：
超塑性的应用
气压成形是在超塑条件下，将毛坯周边压紧，然后通过流体 压力使毛坯变薄而成形的一种成形工艺。它是最能体现超塑 性成形全部特点的一种新工艺，也是超塑性加工中最有前途 的工艺。与挤压成形相似，气压成形不需要传统胀形的高能 量、高压力。气压成形是自体变形，气体压力几乎全部作用 于金属变形。由于超塑材料的变形应力很小(Zn-22%Al的Qb0.2 kg/ mm2)。使得成形压力比传统的成形压力降低了2到3个 数量级。即由传统成形的几千个、几百个大气压，降低到几 十个、几个大气压。而且可以一次进行很大的变形，制成轮 廓清晰、形状复杂的零件。而且成形表面精致，几乎与接触 模具具有同等的表面质量。
超塑性的应用
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超塑性的应用 二、超塑性的应用分类
根据应用方向不同，主要包括： 1.压力加工方面的应用 2.热处理方面的应用 3.焊接方面的应用
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1.压力加工方面的应用
超塑性的应用
超塑性压力加工：属于粘性和不完全粘性加工，对形状复 杂或变形量很大的零件，都可以一次直接成形。
成形的方式：气压成形、液压成形、体积成形、板材成形、 管材成形、杯突成形、无模成形、无模拉拔等多种方式。 其优点：流动性好，填充性好，需要设备功率吨位小，材 料利用率高，成形件表面精度质量高。
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图1-1 用球形触头反向加压的成形方法
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1.压力加工方面的应用
超塑性的应用
其成形特点：预先加以反向压力，使杯体最易在变形 中减薄的杯顶部分先与触头接触。
由于摩擦阻力的原因，这部分在开始时相对变形量要 小，而使周边不易变形的部分首先加大变形，经一定 的变形量以后，再正向加压，使之与模壁全部接触， 这样就可以得到壁厚比较均匀的容器。
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3.焊接方面的应用
几种工艺条件的关系如图1-3：
超塑性的应用
相变超塑性用于不同管径的钢管 焊接如下，大管径与小管径中间 填充材料为炭粉或炭粉末加铁粉 的混合体，加热温度范围∆T=600900oC，在一分钟内循环4-5次，压 力1-2kg/mm2，焊后无残余应力， 得到牢固的结合。
图1-3 相变点的温度与加热和冷却速度的关系
超塑性的应用
题目：超塑性的应用
主讲：
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内容目录
超塑性的应用
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一、概述 二、超塑性的应用分类 三、应用的前景和方向 四、参考文献
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一、概述
超塑性的应用
由于金属及合金在超塑性状态具有异常好的塑性和极低的流 动应力，极大的活性和扩散能力，对成形加工极为有利。并 且对于形状极为复杂或变形量很大的零件，应用超塑性都可 以一次成形。超塑性在工业生产的很多领域中得到了应用。
图1-4 相变超塑性焊接异形管件装置图
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三、应用的前景和方向 超塑性的应用
1.基于超塑性的纵多突出优点，其在生产中的应用必将广阔。
2.在航空航天上的应用越来越广，如利用SPF/DB复合工艺制 造钛合金和铝合金的复杂板结构件。
3.在特殊材料上的应用，如镍基合金、陶瓷材料、金属基复 合材料的成形。
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2.热处理方面的应用
超塑性的应用
主要表现为相变超塑性在热处理方面的应用，例如用于 钢材的形变热处理、等温锻造、渗炭、渗氮、渗金属等 方面；另外相变超塑性还可以有效的细化晶粒，改善材 料品质。 1.应用相变超塑性改善金属材质： 在相变超塑性处理过程中，每一次通过相变点A1或A3的 热循环由于新相的形成，晶粒可以得到一次细化。多次 以后可以得到极细的晶粒组织。 纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢及铸铁都可以通过 快速的循环加热—冷却方式来细化晶粒。
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3.焊接方面的应用
超塑性焊接所需控制的工艺条件：
超塑性的应用
1.加热温度：根据相变点而定，上限一般超过相变点 50—100oC，下限超过A1即可。
2.加热速度：为防止在加热过程中发生蠕变变形，应尽 量采用快速加热，一般为50—100oC/s。
3.循环周期：一般为4—5次。 4.施加压力：很小，（1/10~1/30）бb。 5.接触表面：即材料焊接表面要求清洁，应清除氧化物， 可以填充抗氧化剂。
超塑性的应用
第三阶段：圆角凸出部 分连续变形。即填充模 具的细部，如圆角、沟 槽等部分需最大压力， 以使局部填满。如下图 （d）所示
图（c）
图（d）
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1.压力加工方面的应用
超塑性的应用
在气压成形时，由于材质的变化和加工环境条件会引起材 料局部缩减。 主要原因：①半球成形时，由于边底部分受到夹持，变形 困难，而中间（圆顶）部分接近自由胀形，变形容易，因 而引起局部缩减。 ②材料与模具接触时间不同，由于摩擦阻力的原因，所以 先接触的部分变形困难，相对尺寸要厚，而最后成形的圆 角沟槽等部分最容易形成局部缩减。
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1.压力加工方面的应用
超塑性的应用
气压成形过程中材料的变形可以分为三个阶段： 第一阶段:自由变形阶段，用小压力以获得尽量均匀的 壁厚。如下图（a）至（b） 所示（板材为矩形模板）
图（a）
图（b）
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1.压力加工方面的应用
第二阶段：与模具开 始接触阶段，由于摩 擦阻力，凡与模具接 触部 分，几乎不再参 加变形，也尽量用小 压力低速变形。如下 图（c）所示
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2.热处理方面的应用
2.相变超塑性在表面热处理方 面的应用： 渗碳钢经过循环加热通过相变 点A1或A3 时，材料处于一种 活化状态，具有极大的扩散能 力，利用这个特点进行表面化 学热处理，如渗碳、渗氮、碳 氮共渗可以显著的提高渗入效 率，缩短渗透时间。
超塑性的应用
图1-2 相变超塑性渗碳厚度与时间的关系曲线 （在有外加应力下施以热循环）
相应的困难：需要一定的成形温度和持续时间，对设备、 模具润滑、材料保护等都有一定的特殊要求。
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1.压力加工方面的应用
超塑性的应用
压力加工的基本条件： ① 温度条件：整个变形过程中要保持坯料在最佳温度范围内。 ② 变形速度：超塑合金的最佳变速范围一般处于低速区。 ③ 润滑：直接影响成形压力、流动性和填充性。 ④ 工件毛坯的预处理：直接影响成形性能和成形后零件质量。 一般通过拉伸试验、金相观察和硬度测试检查。