超塑性合金

相变超塑性
2、相变超塑性
有些金属受热达到某个温度区域时，会出现一些异 常的变化，若使这种金属在内部结构发生变化的温度 范围上下波动，同时又对金属施力，就会使金属呈现 相变超塑性。 相变超塑性：相变超塑性不要求金属有超细晶粒 组织，但要求金属有固态相变特点，在一定外力条件 作用下，使金属或合金在一定相变温度附近循环加热 和冷却，经过一定的循环次数以后，就可能诱发产生 反复的组织结构变化，使金属原子发生剧烈运动而呈 现超塑性，从宏观上获得很大的伸长率。
• 从本质上讲，超塑性是高温蠕变的一种，因
而发生超塑性需要一定的温度条件，称超塑 性温度Ts。
最大伸长率达 8000%
铝合金超塑性变形
产生超塑性的方法
使原材料产生超细化晶粒、 适宜的变形温度和速率。 晶粒的超细化、等轴化以及稳定化 可通过合金化，控制凝固过程、 热处理、形变热处理、粉末冶金、 机械加工等方法来实现。


4、超塑性钢。含碳1.25%的碳钢在650-700℃的加工温度下，取得了 400%的断后伸长率
5、钛基合金。钛合金变形抗压大，回弹严重，加工困难，难于获得高 精度零件。利用超塑性进行等温模锻或挤压，变形抗力大为降低，可制 出形状复杂的精密零件
超塑性合金的应用
真空成型或气压成型
高 变 形 能 力 的 应 用
超塑性合金种类
锌基合金
铝基合金
镍合金
超塑性钢
钛基合金
几种具有超塑性质的工业用铝合金
１、锌基超塑合金。 具有巨大的无颈缩延伸率，但其蠕变强度低，冲压 加工性能差，不宜做结构材料，用于一般不需切削的简单零件。 ２、铝基超塑性合金。综合力学性能差，室温脆性大，限制了在工业上 的应用。 ３、镍基超塑性合金。高温强度高，难以锻造成型，利用超塑性进行精 密锻造，压力小 ，节约材料和加工费，制品均匀性好。
我们也就越容易在上面滑动；如果沙 粒越大，磨擦力越大，滑动起来自然 就非常困难了。因此金属的晶粒越细， 越整齐，它的塑性也就越好，同时也
就越容易被拉伸。
超塑性合金可塑的原因
超塑性合金：当超塑性合金受到外界拉力时，同样会在合金内部产生一 个变形抗力。变形抗力的不均匀，导致了颈缩的发生。在实践中发现超 塑性合金的变形抗力随着拉伸速度的增加而增加。也就是说，速度越快，
超塑性合金的应用
超塑性合金的应用
减 的 振能 应力 用
合金在超塑性温度下具有使振动迅速衰减的性质，因此可将 超塑性合金直接制成零件以满足不同温度下的减振需要。
1.利用动态超塑性可将铸铁等难加工的材料进行弯曲变形；
2.高温苛刻条件下使用的机械、结构件的设计、生产及材 料的研制。
其 他
3.对于铸铁等焊接后易开裂的材料，在焊后于超塑性温度保温， 可消除内应力，防止开裂； 超塑性合金的应用
2.晶粒的超细化，即晶界体积比的增加使得低压下的固相 结合易于进行。 3.利用这一点可轧制粘合多层材料、包复材料和制造各种复合材料， 获得多种优良性能的材料。这些性能包括结构强度和刚度、减振能 力、共振点移动、韧脆转变温度、耐蚀及耐热性等。
4.例如在金属粉末或陶瓷粉末中掺人超塑性合金粉末，可以提高材 料的密度和塑性。如果用超塑性合金箔材料或粉末作粘合剂，可将 两种以上的金属结合在一起。
超塑性铝合金细晶组织
Superplastic alloy
细晶超塑性合金要求有稳定的超细晶粒组织。细晶组织 在热力学上是不稳定的，为了保持细晶组织的稳定，必 须在高温下有两相共存或弥散分布粒子存在。因而细晶 超塑性合金多选择共晶或共析成分合金或有第二相析出 的合金，而且要求两相尺寸（对共晶或共析合金）强度 都十分接近。
抗力越大，速度越慢，抗力越小。我们在做拉伸试验时，当超塑性合金
在拉伸过程中出现颈缩时，颈缩处拉伸的速度迅速加快，所以它产生的 变形抗力比其他没有发生颈缩的位置抗力大。
超塑现象出现的条件
• 实现超塑性的主要条件是一定的变形温度和低的 应变速率，这时合金本身还要具有极为细小的等 轴晶粒（直径五微米以下）。还有一些钢，在一 定的温度下组织中的相发生转变，在相变点附近 加工也能完成超塑性。 • 在一般的条件下，许多物质都无法产生超塑性现 象，由此可见，只有在特定的情况下，才有可能 发生超塑性现象。
通常情况下，金属的延伸率不超过90%,一般的铝 材在室温下拉伸变形时，伸长值达30%~40%就会断
裂，即使在400℃高温下，伸长率也只有50%~100%。
超塑合金现象
• 超塑性现象:具有特殊组织的材料，在适当的变形 条件下就不会断裂，伸长率特别大，甚至没有断 裂缩颈现象。 • 超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力， 易 成形。最近超塑性成形工艺将在航天、汽车、车 厢制造等部门中广泛采用，所用的超塑性合金包 括铝、镁、钛、碳钢、不锈钢和高温合金等。
可以在密封模具内挤压或锻造，可以得到相当高的加工 精度，并能பைடு நூலகம்幅度降低加工压力、减少加工工序
尤其适于极薄板和极薄管的制造，也非常适用于加工具有极微小 凹凸表面的制品。
缺点：加工速度慢，效率低
超塑性合金的应用
超塑性合金的应用
1.晶粒的超细化，即晶界体积比的增加使得低压下的固相结合 易于进行。
固 相 粘 结 能 力 的 应 用
2018年11月14日1时2分 Chemistry of Materials 2011, Chapter6 9
细晶超塑性
相变超塑性
超塑性合金 的类别（根 据金属学特 征）
细晶超塑性
1、细晶超塑性 • 细晶超塑性也称等温超塑性或第一类超塑性 • 产生细晶超塑性的必要条件是： ⑴ 温度要高，Ts=（0.4-0.7）T熔。 ⑵ 变形速率要小，≤10-3/S。 ⑶ 材料组织为非常细的等轴晶粒， 晶粒直径<5m.
普通金属和超塑合金微观结构上的区别
普通金属： 图为普通金属在电 子显微镜下的结构图， 图中块状的物质我们 称之为晶粒，我们注 意到这些晶粒体积庞 大，形状千差万别， 而且排列极不规则。
超塑合金：
超塑性合金的晶粒形状 规则精细，晶粒与晶粒之 间的排列整齐有序。
这好比小孩子玩滑沙的游戏，当地
面上沙层的沙粒越细，磨擦就越小，