超塑性合金 百科内容来自于: 百度百科

超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。超塑性是一种奇特的现象。具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍,既不出现缩颈,也不会断裂。

定义

金属的超塑性现象,是英国物理学家森金斯在1982年发现的,他给这种现象做如下定义:凡金属在适当的温度下(大约相当于金属熔点温度的一半)变得像软糖一样柔软,而应变速度10毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率,均属于超塑性。
最初发展的超塑性合金是一种简单的合金,如锡铅、铋锡等。一根铋锡棒可以拉伸到原长的19.5倍,然而这些材料的强度太低,不能制造机器零件,所以并没有引起人们的重视。
60年代以后,研究者发现许多有实用价值的锌、铝、铜合金中也具有超塑性,于是前苏联、美国和西欧一些国家对超塑性理论和加工发生了兴趣。特别在航空航天上,面对极难变形的钛合金和高温合金,普通的锻造和轧制等工艺很难成形,而利用超塑性加工却获得了成功。到了70年代,各种材料的超塑性成型已发展成流行的新工艺。
超塑性合金已有一个长长的清单,最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有10~15个牌号,它们的延伸率在200~2000%之间。如铝锌共晶合金为1000%,铝铜共晶合金为1150%,纯铝高达6000%,碳和不锈钢在150~800%之间,钛合金在450~1000%之间。

原理

超塑性现象的定义
1928年英国物理学家森金斯下了一个定义:凡金属在适当的温度下变得像软糖一样柔软,而且其应变速度为每秒10毫米时产生300%以上的延伸率,均属超塑性现象。1945年苏联包奇瓦尔等针对这一现象提出了“超塑性”这一术语,并在许许多多有色金属共晶体及共析体合金中,发现了不少的延展性特别显著的特异现象。
70年代的初期,全世界都在追寻金属的超塑性,并已发现170多种合金材料具有超塑性。
在通常情况下,金属的延伸率不超过90%,而超塑性材料的最大延伸率可高达1000%~2 000%,个别的达到6000%。金属只有在特定条件下才显示出超塑性。在一定的变形温度范围内进行低速加工时可能出现超塑性。产生超塑性的合金,晶粒一般为微细晶粒,这种超塑性叫作微晶超塑性。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。

历史沿革

出现背景
高强度材料可以满足一些耐受性要求较高的部件制造,但加工难度相应也增大了。长期以来,人们一直希望能够很容易地对高强度材料进行塑性加工成型,成型以后,又能像钢铁一样坚固耐用。随着超塑性合金的出现,这种想象成为了现实。
超塑性合金的发现
最初发现的超塑性合金是锌与22%铝的合金。1920年,德国人罗森汉在锌-铝-铜三元共晶合金的研究中,发现这种合金经冷轧后具有暂时的高塑性。超塑性锌合金的形成条件为,温度250℃~270℃,压力0.39兆帕~1.37兆帕。超塑性锌合金具有成型加工温度低,成型性和耐腐蚀性好等优点。所以除了制作各种复杂形状的容器外,还广泛用作建筑材料

主要条件

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),这种超塑性称为超细晶粒超塑性。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,称为相变超塑性。

应用前景

超塑加工具有很大的实用价值,只要很小的压力就能获得形状非常复杂的制作。试想一下,金属变成了饴糖状,从而具有了可吹塑和可挤压的柔软性能,因此过去只能用于玻璃和塑料的真空成型、吹塑成型等工艺被沿用过来,用以对付难变形的合金。而这时所需的压力很小,只相当于正常压力加工时的几分之一到几十分之一,从而节省了能源和设备。使用超塑性加工制造零件的另一优点是可以一次成型,省掉了机械加工、铆焊等工序,达到节约原材料和降低成本的目的。在模压超塑性合金薄板时,只需要具备一种阴模或阳模即可,节省一半模具费用。超塑性加工的缺点是加工时间较长,由普通热模锻的几秒增至几分钟。
超塑性的铅合金已经商品化,如英国的Supral 100(A—6Cu—0.4Zr)和加拿大的Alcan 08050(AL—5Ca—5Zn)。铝板可在300~600℃时利用超塑性成型为复杂形状,所用模具费用降低至普通压力加工模具费用的十分之一,因此它具有和薄钢板、铝压铸件及塑料模压件相竞争的能力。
据推测,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
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- 来自原声例句
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