2-4 金属的超塑性变形
金属的塑性
共三十九页
3.4.5 应变速率对金属塑性(sùxìng)的 影响
该问题比较复杂，有关认识(rèn shi)仍待深入。
NWPU
一般性的机理分析：
1、应变速率↑ →真实应力↑ → 塑性变形不能充分扩展→ 较早地达到 断裂阶段→ 塑性↓；
2、应变速率↑ →无足够时间回复或再结晶→ 软化作用↓ →塑性↓； 3、应变速率↑ →温度效应↑ →温度↑ →塑性↑。
P Pe
e
p
塑性变形
共三十九页
3.2 金属(jīnshǔ)的塑性指标
NWPU
衡量金属材料塑性好坏的数量指标(zhǐbiāo)，称为塑性指标(zhǐbiāo)，一般以材料开始 破坏时的塑性变形量来表示。
测定塑性指标 的实验方法
拉伸实验 镦粗实验 扭转实验
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3.2.1 拉伸 试验 (lā shēn)
NWPU
P Pe
e
共三十九页
3.1 金属 的塑性 (jīnshǔ)
对超过弹性极限载荷(zài hè)的金属金属试件卸载，卸载曲线近 似于弹性曲线。
NWPU
P Pe
e
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3.1 金属 的塑性 (jīnshǔ)
试件完全卸载后，残留部分不可恢复(huīfù)的变形εP,即塑性变 形。
NWPU
NWPU
Bi-44Sn挤压(jǐ yā)材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率现象 （δ＝1950％），左为拉伸前的试样。
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3.5.3 超塑性(sùxìng)现象的种类
NWPU
细晶超塑性(sùxìng)
是指在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满足要求的条件下所呈现的细晶超塑性。又称为结构超 塑性或恒温超塑性。
金属材料的超塑性行为分析
金属材料的超塑性行为分析金属材料是一种重要的工程材料，广泛应用于制造业。
在某些条件下，金属材料表现出了超塑性行为，即在高温和大应变速率下具有显著的塑性变形能力。
超塑性行为不仅使金属材料能够制备出高精度的零部件，还能提高材料的工艺性能和延展性。
本文将对金属材料的超塑性行为进行分析和探讨。
一、超塑性的定义和特征超塑性是指某些材料在高温和高应变速率下能够实现显著的塑性变形。
与常规塑性变形不同，超塑性变形是在材料达到高应力状态下才开始发生的。
其特征包括晶粒滑移、晶界滑动和晶粒形变。
超塑性材料通常具有细小的晶粒尺寸和特殊的晶界结构，这使得它们能够实现高应变速率下的变形。
二、超塑性行为的机理超塑性行为的机理主要包括晶界滑移和晶界扩散。
晶界滑移是超塑性行为的重要因素之一。
在高温下，晶界处的位错运动能够促进材料的塑性变形。
此外，晶界扩散也是实现超塑性的关键因素。
高温下的晶界扩散能够提供塑性形变所需的能量，从而使材料变得更加柔软和延展。
三、超塑性行为的影响因素超塑性行为受多种因素的影响，包括温度、应变速率、晶粒尺寸和合金成分等。
通常情况下，超塑性材料需要在高温下进行加工。
随着温度的升高，金属材料的塑性增加，更容易发生超塑性变形。
而应变速率的增大也会促进超塑性行为的发生，但过大的应变速率可能导致材料的破坏。
此外，具有细小晶粒尺寸的材料更容易发生超塑性变形，并且合金成分对超塑性行为也有较大的影响。
四、超塑性行为的应用超塑性材料因其优异的塑性变形能力，在航空航天、汽车制造和电子设备等行业得到了广泛的应用。
在航空航天领域，超塑性材料制备的零部件具有更高的精度和可靠性，能够提高飞机的性能和安全性。
在汽车制造领域，超塑性材料的应用能够减轻车身质量，提高燃油效率和环保性。
在电子设备领域，超塑性材料具有良好的导电性和热导性，能够满足高性能电子产品的需求。
总结通过对金属材料的超塑性行为进行分析，我们了解到超塑性是一种重要的材料塑性变形方式，拥有广泛的应用前景。
金属的塑形变形名词解释
金属的塑形变形名词解释金属的塑性变形名词解释金属是一种具有高的导电性、热传导性和机械性能的材料。
它们常常用于制造各种工业产品，从车辆到建筑物，从家电到航空航天器件。
金属具有三种主要的变形方式：弹性变形、塑性变形和断裂。
本文将聚焦于金属的塑性变形，并解释与其相关的名词。
1. 变形变形是指物体在外力作用下发生的形状变化。
金属的塑性变形是指金属在外力作用下，经历形状上的可逆或不可逆变化。
其主要发生在金属材料的宏观尺寸范围内。
2. 塑性塑性是物体在受到外力作用下，改变其形状且不恢复原状的能力。
金属材料的塑性是指其能够发生塑性变形的能力。
这是因为金属的晶格结构具有一定程度的自由度，使得其原子或离子能够在外力作用下重新排列，并形成新的晶界。
3. 屈服点金属的塑性变形通常在其屈服点之后发生。
屈服点是指金属在外力作用下，开始发生可观察到的塑性变形的点。
在此点之前，金属处于弹性变形阶段，即金属在外力作用下发生形状变化，但一旦去除外力，它将恢复到其原始形状。
4. 变形机制金属的塑性变形可通过几种机制实现。
其中最常见的是滑移（slip）和孪生（twinning）。
滑移是指晶格中的原子沿特定晶面滑移相互移动的过程。
它在晶体中形成了某种平面间隙，使得晶体可以在外力作用下沿特定方向发生塑性变形。
滑移对于金属的塑性变形具有重要的影响，而滑移速度和路径则取决于晶体结构。
孪生是指晶格中发生失配的复合面之间的转变。
这种变形机制在某些特殊情况下发生，通常需要较高的温度和应力条件。
5. 冷加工和热加工金属的塑性变形可以通过冷加工和热加工进行。
冷加工是指在室温下对金属进行塑性变形。
冷加工可以通过滚压、拉伸、冷轧等方法实现。
这种加工方式可以提高金属的强度和硬度，但可能导致材料的韧性降低。
热加工是指通过加热金属至特定温度后进行塑性变形。
热加工可以通过锻造、热轧等方法实现。
这种加工方式可使金属更容易变形，并在结构上改善金属的均匀性。
6. 冶金组织金属的塑性变形与其冶金组织有关。
金属塑性成形原理金属塑性变形的物理基础PPT课件
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
第45页/共97页
弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
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二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
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位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
第三章 金属塑性变形的物理基础
（1）塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
铅---------------塑性好，变形抗力小
不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
塑性指标的测量方法
拉伸试验法 压缩试验法 扭转试验法 轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0 F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
%
晶粒5 晶粒4 晶粒3
晶粒2
晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量
四、合金的塑性变形
单相固溶体合金的变形 多相合金的变形
§3. 2 金属塑性加工中组织和性能变化 的基本规律
一、冷塑性变形时金属组织和性能的变化 二、热塑性变形时金属组织和性能的变化
2200
N/mm2
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
μ
0.4
0.3
0.4
0.2 0.2
0.1
0
℃
200
400
600
800
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
0
400
600
800 ℃
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法 楔形件压缩法 塑性加工常用摩擦系数 圆环镦粗法
3第三章金属的塑性变形及再结晶
镦粗 反挤压
压棱边 轧制板材
第三章 金属的塑性变形
塑性变形的概念； 塑性变形的基本类型：滑移和孪生； 金属单晶体和多晶体的塑性变形； 冷塑性变形对金属组织和性能的影响； 冷变形金属在加热时的组织和性能的变化； 金属的热加工和超塑性。
一 塑性变形的概念
首先，复习一下低碳钢的拉伸试验和拉伸曲线
面与面之间的距离却最大，所以最密排面之间 的原子间的结合力最弱，滑移阻力最小，因而 最易滑移；同理，滑移方向也总是原子最密排 方向。如图3-6所示。
⑥滑移的位错机制：
问题：实际金属晶体滑移所需的力仅是理想晶 体的百分之一到千分之一，为什么？
回答：位错的运动使滑移进行；
滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而 是通过位错的运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半原子面从晶体一侧到另一侧 运动, 即位错自左向右移动时, 晶体产生滑移。 滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。
生。而滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等, 则比较容易发生孪生。
2、多晶体的塑性变形
多晶体金属的塑性变形本质
与单晶体是一致的，每个晶粒的塑性变形仍以 滑移、孪生等方式进行
多晶体与单晶体相比有两点不同
①相邻的晶粒位向不同； ②各晶粒之间存在晶界；
2.1晶界和晶粒方位的影响
双晶粒拉伸“竹节”现象
2、加工硬化(形变强化)
在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，金 属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降的现象。
2.1 加工硬化的机理
①位错密度的增加； 使位错进一步运动阻力增大 ②位错之间交互作用；
2.2 实际意义： ⑴ 优点：
a、广泛用来提高金属材料的强度；（例如：冷 轧钢板）
金属塑型变形优秀课件
➢ 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外 力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞 积位错前端的应力达到一定程度，加上 相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处 于不利位向滑移系上的位错开动，从而 使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒， 当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示 出明显的塑性变形。
（三）晶粒大小对金属力学性能的影响
• 滑移只能在切应力的作用下发 生。产生滑移的最小切应力称 临界切应力.
（2）滑移系
沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。
通常是晶体中的密排面和密排方向。 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原
子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最 弱，产生滑移所需切应力最小。
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
• 晶粒位向的影响 ➢ 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了
保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹 性变形来与之协调。这种弹性变形
便成为塑性变形晶粒 的变形阻力。由于晶 粒间的这种相互约束， 使得多晶体金属的塑 性变形抗力提高。
➢ 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方 晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立 方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在， 这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称 退火孪晶。
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、多晶体金属的塑性变形 （一）特点 • 单个晶粒变形与单晶体相似，每
金属塑型变形优秀课件
第一节 金属的塑性变形
一、单晶体金属的塑性变形 单晶体受力后，外力在任何
晶面上都可分解为正应力和 切应力。正应力只能引起弹 性变形及解理断裂。只有在
铸造2-4重点
2. 影响合金充型能力的主要因素有哪些？答：1）合金的流动性；2）浇注条件；3）铸型条件。
3. 简述合金收缩的三个阶段。
答：（1）液态收缩从浇注温度冷却到凝固开始温度（液相线温度）的收缩，即金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。
（2）凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固终止温度（固相线温度）的收缩，即熔融金属在凝固阶段的体积收缩。
（3）固态收缩从凝固终止温度冷却到室温的收缩，即金属在固态由于室温降低而发生的体积收缩。
4. 简述铸铁件的生产工艺特点。
答：（1）灰铸铁铸造性能优良，便于制出薄而复杂的铸件。
（2）球墨铸铁铁水的化学成分要求严格。
为了防止浇注温度过低，出炉的铁水温度必须高达1400℃以上；需要球化处理和孕育处理。
（3）可锻铸铁凝固收缩大，熔点比灰铸铁高，结晶温度范围较宽，故其流动性差，所以易产生浇不足、冷隔、缩孔、缩松和裂纹等缺陷。
因此在工艺设计时，应特别注意冒口和冷铁的位置，以增强补缩能力。
（4）蠕墨铸铁蠕墨铸铁件的生产过程与球墨铸铁件相似，主要包括熔炼铁水、蠕化孕育处理和浇注等。
但一般不进行热处理，而以铸态使用。
为此，须特别重视其化学成分和蠕化孕育效果6. 浇注位置的选择原则是什么？答：浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。
浇注位置选择得正确与否对质量影响很大。
选择时应考虑以下原则：（1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。
（2）铸件宽大平面应朝下，这是因为在浇注过程中，熔融金属对型腔上表面的强烈辐射，容易使上表面型砂急剧地膨胀而拱起或开裂，在铸件表面造成夹砂结疤缺陷。
（3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置。
（4）形成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分置于上部或侧面，便于安放冒口，使铸件自下而上(朝冒口方向)定向凝固。
（5）应尽量减小型芯的数量，且便于安放、固定和排气。
7. 简述离心铸造的原理和分类。
答：离心铸造是将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用下凝固成形的铸造方法。
金属塑性变形
（2） 弥散型两相合金的塑性变形 A、不可变形微粒的强化作用：位错绕过机制
Gb
第二相微粒间距越小，强化效果越好。 B、可变形微粒的强化作用：位错切过机制
• 需要错排能 • 需要反相畴界能 • 需要表面能 • 弹性应力场与位错作用，阻碍其运动 • 位错能量、线张力变化
8、塑性变形对金属组织和性能的影响
0 k 0
2 真应力-真应变曲线
真实应力：瞬时载荷与瞬时 截面积之比。S=P/F 真应变e：de=dl/l 总应变： l dl e de l ln(1 ) l
0
流变曲线： S ke n: 加工硬化指数，n越大， 强化效果越大。
n
3、单晶体的塑性变形
金属塑性变形的方式主要有:滑移和孪生
§6 金属塑性变形
塑性是金属材料的重要特性； 金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通 过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和 力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零 件毛坯或零件。 塑性加工包括锻压、轧制、 挤压、拉拔、冲压 等方法。
金属在承受塑性加工时， 产生塑性变形， 宏观上改变了材料的形状和尺寸；
通过位错的移动实现滑移时： 1、只有位错线附近的少数原子移动； 2、原子移动的距离小于一个原子间距； 所以通过位错实现滑移时，需要的力较小； 金属的塑性变形是由滑移这种方式进行的，而滑移又是 通过位错的移动实现的。所以，只要阻碍位错的移动就 可以阻碍滑移的进行，从而提高了塑性变形的抗力，使 强度提高。金属材料常用的五种强化手段（固溶强化、 加工硬化、晶粒细化、弥散强化、淬火强化）都是通过 这种机理实现的。
滑移变形的特点： 滑移变形只能在切应力作用下才会发生，不同金属产生滑移的最小切应力(称滑 移临界切应力)大小不同。钨、钼、铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。 滑移变形是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿 滑移面作整体的相对滑移，而是通过位错的运动来实现的。 由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量，因此晶体发生的总变形 量一定是这个方向上的原子间距整数倍。
金属的塑性变形和断裂分析课件
腐蚀速率
金属腐蚀的速度，通常以单位 时间内腐蚀的深度或质量损失
表示。
腐蚀防护采用涂层、电镀、缓来自剂等措 施来减缓金属的腐蚀速率。
提高金属抗疲劳和抗腐蚀的方法
材料选择
选择具有优异抗疲劳和抗腐蚀 性能的材料，如不锈钢、钛合
金等。
表面处理
采用喷涂、电镀、化学镀等表 面处理技术，提高金属表面的 耐腐蚀性能。
金属的塑性变形和断 裂分析课件
目录
CONTENTS
• 金属的塑性变形 • 金属的断裂分析 • 金属的塑性和韧性 • 金属的强度和硬度 • 金属的疲劳和腐蚀
01 金属的塑性变形
塑性变形的定义
塑性变形：金属在受到外力作用 时，发生的不可逆的形状变化。
塑性变形是一种不可逆的永久变 形，即使外力撤去，也无法恢复
温度
温度对金属的塑性变形有显著影响，温度升高， 金属的塑性增加，更容易发生塑性变形。
应变速率
应变速率越快，金属的塑性越差；应变速率越慢 ，金属的塑性越好。这是因为应变速率快时，金 属内部的应变硬化速度跟不上应变速率，导致金 属容易发生断裂。
02 金属的断裂分析
断裂的定义和分类
总结词
断裂是金属材料在受力过程中发生的永久性结构变化，通常表现为突然的开裂或分离。
强度和硬度在一定程度上可以相互转换，但转换公式因材料和测试方法 而异。
强度和硬度的关系对于材料的选择和应用具有重要的指导意义，例如在 机械零件的设计和制造中，需要根据零件的工作条件和要求合理选择材 料的强度和硬度。
05 金属的疲劳和腐蚀
金属的疲劳
疲劳定义
金属在循环应力作用下 ，经过一段时间后发生
提高金属塑性和韧性的方法
合金化
金属材料的超塑性变形与加工
金属材料的超塑性变形与加工随着科技的不断进步，各个领域的技术不断更新，超塑性加工技术也日渐成熟。
超塑性加工技术是指在高温高应变速下，金属材料在不断延展滑动的条件下，形状发生变化的加工技术。
这种技术具有很高的应用价值和前景。
因此，超塑性变形加工技术得到了广泛的研究和应用。
一、金属材料超塑性变形的原因超塑性变形的成因主要有两种：一种是位错穿过晶界，另一种是晶界滑动引起。
不论是哪种原因，超塑性变形都是发生在晶内，晶界和多孔区域的塑性变形相对较小。
超塑性变形是因为金属结晶体的两个晶界之间的相对位移被强化所引起的。
相对位移是通过位错密度的增加或位错的单向移动来实现的。
二、金属材料超塑性变形的特点超塑性变形具有以下特点：1. 材料可塑性大：材料在高温下具有很强的塑性，异方性和轻微的杂质是影响超塑性的重要因素。
2. 形变速率低：通常，超塑性的形变速率很低，为10^-4-10^-10/s。
因此，金属在超塑性变形过程中几乎没有损失，从而保证了零件的质量。
3. 形变率大：在超塑性变形时，材料的形变率可以大于1，这可以有效降低工件的应力和容易形成大曲率。
4. 可以分段成型：材料可以分段成型，形状复杂的零件也可以制造。
总之，由于超塑性变形与传统冷态变形不同，该技术可以制造很多传统工艺无法制造的零件。
因此，超塑性变形加工技术越来越受到重视。
三、超塑性变形加工技术的方法超塑性变形微观机制的研究以及利用超塑性变形来加工高性能零件的需求使得超塑性变形加工技术不断发展。
1. 等温拉伸法：与传统拉伸工艺不同，等温拉伸工艺会在高温下进行拉伸。
这样可以有效地降低材料的应力和提高材料的塑性。
该工艺常用于生产高要求的零件，如飞机机翼等。
2. 自由氧气加工法：自由氧气加工法是一种非常有效的超塑性变形加工技术，它可以生产出一些形状复杂的零件，如各种管道、异型薄壁壳体等，特别是大钢板的加工。
3. 液态拉伸法：在铝镁合金材料等超塑性金属材料中，液态拉伸法被广泛应用。
第2[1].3章 金属超塑性变形分析解析
![第2[1].3章 金属超塑性变形分析解析](https://img.taocdn.com/s3/m/19fd65ddd5bbfd0a7956735f.png)
第三节 金属的超塑性变形
对力学性能的影响主要表现为：
（1）超塑性变形后合金仍保持均匀细小的等轴晶组织，不存 在织构，所以不产生各向异性，且具有较高的抗应力腐蚀 能力。 （2）超塑性成形时，由于变形温度稳定、变形速度缓慢，所 以零件内部不存在弹性畸变能，变形后没有残余应力。 （3）对某些超塑性合金，存在加工软化现象，即硬度随压缩 率的增加而降低。 （4）高铬高镍不锈钢经超塑性变形后，形成细微的双相混合 组织，具有很高的抗疲劳强度。
第三节 金属的超塑性变形
晶界滑动和扩散蠕变联合机理（A-V机理）示意图
a.四个六边 形等轴晶粒 在应力作用 下，发生晶 粒滑动 c.四个晶粒发 生转动，形 成新的组态， 仍保持等轴 晶粒 晶粒转换机制的二维表示法
b在应力作用 下，发生晶粒 滑动，同时依 靠晶界扩散， 保持联结
d、e.伴随定向扩散的晶界滑动机制，虚线箭头代表体扩散方向
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。
第三节 金属的超塑性变形
二、超塑性变形机理
目前有这样几种解释： ①晶界滑移的作用；
超细晶粒材料的晶界有异乎寻常大的总面积，因此晶界运动在超塑性 变形中起着极其重要的作用。晶界运动分为滑动和移动两种，前者为 晶粒沿晶界的滑移，后者为相邻晶粒间沿晶界产生的迁移。 在研究超塑性变形机理的过程中，曾提出了许多晶界滑动的理论模型。
金属塑性成形原理
第二章 金属塑性变形的物理基础
第三节 金属的超塑性变形
主讲：刘华 华侨大学模具技术研究中心
第三节 金属的超塑性变形
一、超塑性概念及种类
概念：在一定条件下进行热变形，材料可得到特别大的 均匀塑性变形，而不发生缩颈，延伸率可达 500~2000%，材料的这种特性称为超塑性 特点： 大伸长率 无缩颈 低流动应力 对应变速率敏感 无加工硬化 易成形
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常用于超塑性成形的材料
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理
（二）超塑性的分类
按照超塑性实现的条件（组织、温度、应力状态等）可将超塑性分为： 细晶超塑性（恒温超塑性或结构超塑性）。 相变超塑性（动态超塑性）。
1.细晶超塑性
细晶超塑性是在一定的恒温条件下，应变速率和晶粒度都满足要求的条 件下所呈现出的超塑性。
Bi-Sn挤压材料在慢速拉伸下可获得 很大的延伸率（δ＝1950%）
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理
金属超塑性的特点： 大延伸率:单向拉伸时δ值非常高，材料成形性能得到大大改善，使形状复杂或难以成
形的材料变得容易成形。 无缩颈、流动应力小：超塑性变形时断面均匀缩小，断面收缩率可接近100%，几乎 无缩颈发生。并且具有非常低的流动应力，对设备吨位的要求很低。 易成形：超塑性变形过程中基本上没有或者只发生很小的应变硬化现象，流动性和充 填性极好，因而极易成形。 变形后晶粒仍为等轴晶粒：当原始材料是等轴细晶组织时，变形后几乎仍是等轴细晶 组织，看不到晶粒被拉长。 对应变速率很敏感：只有在一定的速度范围内才表现出超塑性。 制品表面光滑：由于超塑性成形是宏观均匀变形，所以变形后的制品表面光滑，没有 起皱、微裂和滑移痕迹等现象。 晶界滑移、移动及晶粒回转：从变形机制上，超塑性变形的晶界行为起了主要作用， 如晶粒转动、晶界滑动、晶粒换位等，与一般的滑移、孪晶等塑性变形行为是有明显区 别的，但并不产生脆性的晶界断裂。
部（环境）条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力 和异常高的流变性能（如超大的延伸率）的现象称为超塑性。
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”。
金属和合金具有超常的均匀变形能力，其伸长率可以达到百分之几百、甚 至百分之几千，这种现象就是超塑性。
金属塑性成形原理
三、影响细晶超塑性的主要因素
主要有应变速率、变形温度、组织结构等，这些因素直接影响m值。 1、应变速率的影响
超塑性应变速率应控制在一定范围，一般在10-1～10-5之间。 2、变形温度的影晌
当低于或超过某一温度范围时，就不出现超塑性现象。超塑性变形温度大 约在0.5Tm左右 3、组织的影响
1 1
Am
成正比
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m=1，dA/dt与截面A的大小无关，属于牛顿粘性流动行为，试样不会出现细 颈，而获得极大的均匀拉伸变形。 • m值增大时，对局部收缩的抗力增大，变形趋向均匀，有出现大延伸的可能性。 • m值大小与变形速度、变形温度及晶粒大小等因素有关。 • 只有当变形速度与变形温度的综合作用是有利于获得较大的m值时，合金才能 处于超塑性状态
为了获得超塑性，除选择适当的应变速率和变形温度外，还要求金属具有 超细、等轴、双相及稳定的晶粒。
双相要求：第二相能阻止母相晶粒的长大，而母相也能阻止第二相的长大； 稳定要求：在变形过程中晶粒长大的速度要慢，以便在保持细晶的条件下有充分的 热变形持续时间； 细小等轴晶粒要求：在超塑性变形过程中，晶界的滑动和扩散蠕变起着很重要的作 用，所以要求晶粒细小、等轴，以使有数量多、且短而平坦的晶界。对于大多数合 金，一般认为直径大于10μm的晶粒组织是难以实现超塑性的；
晶粒越小，则流动应力越低，这与以前 所述的晶粒小变形抗力大恰好相反。
晶粒越小，m的蜂值增大，且移向高应 变速率区。这对超塑性成形是有利的， 因为它使提高成形加工速度成为可能。
要实现超塑性，不但晶粒尺寸要小， 且要求晶粒呈等轴状。
超塑性材料多为共晶或共析合金，这 是因为这类合金有利于获得两相和稳 定的超细晶粒组织。最近在弥散合金 和单相合金中也发现其中一些合金具 有超塑性，超塑性材料的范围有扩大 的趋向。
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2.4： 金属的超塑性变形
金属塑性成形原理
内容提纲
一、超塑性的概念与种类 二、细晶超塑性变形力学特征 三、影响细晶超塑性的主要因素 四、超塑性变形对组织和力学性能的影响 五、超塑性变形机理
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第三节 金属的超塑性
一、超塑性的概念和种类
（一）超塑性的概念 材料在一定的内部（组织）条件（晶粒形状及尺寸、相变等）和外
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2.相变超塑性
在一定外力作用下，使金属或合金在相变温度附近反复加热和冷却， 经过一定的循环次数后获得很大的伸长率。又称为动态超塑性。
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。 主要控制因素：
由于这种超塑性的特点是先使金属经过必要的组织结构准备，又是在特 定的恒温条件下出现的，故又称为结构超塑性或恒温超塑性。 主要控制因素：
➢晶粒超细化（<10µm）、等轴化，并在成形期间保持稳定；
➢变形温度：0.5～0.7 Tm （特定的等温变形) ➢应变速率：10-1～10-5 s-1 （极低的变形速度)
➢温度幅度（△t = t上－ t下）；
➢温度循环率（即加热-冷却速度）
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。
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二、 细晶超塑性的力学特征
具有超塑性的金属与普通金属的塑性变形在变形力特征方面有着本 质的区别。
1）没有加工硬化，或加工硬化很小
σ
变形增加真应力
条
件
应 力
真
变化很小
应
力
条件应变 ε
当应力σ超过最大值后，随着 变形量增加而下降，而变形量 则可达到很大
真应变
低负荷、无细颈的大延伸现象
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2）真应力对变形速率极其敏感
Y Km
Y—真应力 K —决定于试验条件的常数 m —变形速率敏感性指数
—变形速率
➢ m是表征超塑性的一个极其重要的指标； ➢ m值反映材料抗颈缩的能力； ➢ m值大,有大延伸率的可能性；
m＝1时，Y Km 变为牛顿粘性流动公式（其中：K是粘性系数）； 对于普通金属，m＝0.02～0.2 对于超塑性材料，m=0.3～1.0， m值越大塑性越好。
设试样截面积A上受拉伸载荷P的作用，则
Y
•m
K
P
A
dA
A
•
1
dA
A dt
1
dA
P
m
•
1 1
Am
dt K
dA
1 1
Am
dt
试样各横断面积减小速度与