超塑性及超塑性合金的应用

本文论述了超塑性的概念，实现超塑性的条件，超塑性的产生，超塑形变时的组织变化，并介绍超塑性在加工技术上的重要应用。     

大晶粒Ni-Al合金的超塑性

研究了原始晶粒尺寸为 2 2 0μm的 Ni- 40 % Al(原子分数 )单相合金的高温变形行为 .结果表明 ,该合金在 1 0 0 0～ 1 1 0 0°C温区 ,5× 1 0 -4～ 5× 1 0 -5s-1的应变速率范围内呈现超塑性变形 ,在1 0 5 0°C应变速率为 2 .5× 1 0 -4s-1时 ,最大延伸率可达 340 % ,相应的应变速率敏感指数为 0 .3,表观激活能为 2 89k J/mol.原始大晶粒组织经超塑性变形后显著细化 ,而大晶粒超塑性是由高温变形过程中发生连续回复和再结晶所致 .     

形变热处理对Al-Zn-Mg合金的超塑性影响

本文详细地研究了形变热处理中过时效和冷轧变形量对Al-Zn-Mg合金组织和超塑性的影响。指出:细晶是超塑组织条件中的核心因素,细晶材料产生超塑性的原因是具有高m值,产生高m值的原因是晶界滑移和扩散蠕变作用大。同时讨论了形变热处理中细晶化机理,指出关键问题是过时效和冷轧变形量的最佳配合。     

Ni-48Al金属间化合物的超塑性

研究了原始晶粒尺寸为 2 0 0 μm的 Ni- 48Al单相金属化合物的高温变形行为 .结果表明 ,该合金在 1 0 2 5～ 1 1 0 0°C,应变速率 1 .2 5× 1 0 -4～ 2× 1 0 -3 s-1内呈现超塑性变形 ,在 1 1 0 0°C、应变速率 1 .1 2 5× 1 0 -3 s-1时 ,最大延伸率可达 1 88.2 % .显微结构分析表明 ,原始大晶粒组织经超塑性变形后显著细化 ,大晶粒超塑性变形机理为高温变形过程中发生的连续动态回复与再结晶     

01420Al-Li合金超塑性研究

采用单向拉伸对01420Al-Li合金进行超塑性研究。发现该合金经过适当的机械热处理后能获得良好的超塑性．显微组织观察表明，经过双级时效处理的01420Al-Li合金，基体内弥散分布大量的大颗粒S相粒子，在大压下率横轧后，经再结晶退火后获得稳定的、等轴的细晶组织，因而超塑效应显著．细小而分散的空洞是得到超塑性的必需的组织成分．     

LY12合金超塑性压缩的金相分析

本文研究了LY12硬铝合金超塑性压缩变形过程中显微组织的变化及其对超塑性能的影响。揭示了动态再结晶及第二相粒子对LY12合金变形的作用,指出了因端面效应而引起的变形不均匀性,发现了LY12CZ合金具有“短暂超塑性”,并观察到微观孔洞与裂纹。     

Zn-Ni-Mg合金超塑性C_2~(δ_F—δ_L)—(m_L=m_(min))型m-δ关系曲线

对Zn-Ni-Mg合金超塑性的m-C-δ或m-k-δ关系曲线(简称m-δ关系曲线)进行了测定。测到的曲线均属m_L=m_(min)型,可以用下面的C_2~(δ_F-δ_L)型L.Q.m-δ“规划”方程式表示δ(％)=[C_2~(δ_F-δ_L)ε~(m-mo)-1]×100 当δ=δ_O=0.00％时,m=m_O,C_2~(δ_F-δ_L)=1;当δ=δ_I时,m=m_I,C_2~(δ_F-δ_L)=C_I;当δ=δ_F时,m=m_F,C_2~(δ_F-δ_L)=C_F。ε为应变速率(min~(-1))。将这类曲线称为C_2~(δ_F-δ_L)-(m_L=m_(min))型曲线。在170,190,210,230和250℃的温度,若速率为3.5×10~(-2)min~(-1)(平均)测到的曲线均属基本形式。关系成近似的直线上升。其斜率在极限应变δ_L处突然增大,直到断裂。若速率为1.9×10~(-2)和8.6×10~(-2)min~(-1)测到的曲线均属单纯的上升式。(m_L=m_(min))=m_O相似文献   

金属间化合物大晶粒超塑性

在所研究的Fe3Al，Fe3Si，FeAl，Ni3Al，NiAl和TiAl等金属间化合物中均发现大晶粒超塑性．金相分析表明，超塑性变形过程中晶粒明显细化；透射电子显微学(TEM)和位向成像显微学(OIM)分析表明，超塑性变形过程中大量亚晶形成亚晶网络，且随变形量增大，网络内小角度及大角度亚晶界密度不断增高，即发生连续动态回复与再结晶．高温塑性变形是通过位错的滑移和攀移进行的，而亚晶界的迁移、滑动和转动起到协调变形的作用，保持了材料在宏观上的超塑性．     

Al含量对Zn-Al合金超塑性的影响

用恒载荷和恒夹头速度蠕变法研究了Zn 2 .5Al、Zn 5Al和Zn 10Al合金的超塑性。研究表明 ,Zn 5Al共晶合金的超塑性优于亚共晶合金Zn 10Al及过共晶合金Zn 2 .5Al,其优异的超塑性来源于细密的层片状共晶组织 (α +β)。Zn 5Al合金的组织全部为 (α+β)共晶体 ,变形抗力低 ,晶界滑移均匀 ;Zn 10Al合金的α/ β界面较Zn 5Al的少 ,超塑性也不如Zn 5Al的好 ;Zn 2 .5Al合金的组织为 (α +β) +β,(α +β)共晶体主要包含α/ β界面 ,超塑变形时易滑移 ,先共晶的 β相包含β/ β界面 ,超塑变形时不易发生滑移。随着拉伸速度的减小 ,合金的流变应力减小 ,延伸率增大。轧制变形量大的合金 ,其超塑性也好。     

Zn—5Al合金超塑性的量子效应

用Ｘ射线衍射实验测量了Ｚｎ－５Ａｌ共晶合金超塑性变形后Ａｌ相和Ｚｎ相的点阵常数,结果表明,Ａｌ相晶格收缩,Ｚｎ相晶格膨胀,根据程氏理论的解释,这一现象是由于相界面电子的量子力学波函数连续的条件引起的,因此是一各量子效应。     

温轧态Fe3Al-Ti合金的低温超塑性

采用拉伸试验研究了温轧态 Fe3Al- Ti合金 Fe- 2 8Al- 2 Ti的低温变形行为 .发现当应变速率为 1.2 5× 10 - 4 s- 1和 2 .5× 10 - 4 s- 1时 ,该合金在 6 0 0～ 70 0℃具有超塑性 .70 0℃时断裂延伸率可达 389%,根据试验数据计算出应变速率敏感指数一般低于 0 .3.金相组织观察表明 ,变形过程中发生了动态回复和动态再结晶 ,从而导致了温轧态 Fe3Al- Ti合金的超塑性 .     

Al含量对Zn—Al合金超塑性的影响

用恒载荷和恒夹头速度蠕为法研究了Zn－2．5Al、Zn－5Al和Zn－10Al合金的超塑性。研究表明，Zn－5Al共晶合金的超塑性优于亚共晶合金Zn-10Al及过共晶合金Zn－2．5Al，其优异的超塑性来源于细密的层片状共晶组织（α－β）。Zn－5Al合金的组织全部为（α＋β）共晶体，变形抗力低，晶界滑移均匀；Zn－10Al合金的α／β界面较Zn－5Al的少，超塑性也不如Zn－5Al的好；Zn-2.5Al合金的组织为（α＋β）＋β，（α＋β）共晶体主要包含α／β界面，超塑变形时易滑移，先共晶的β相包含β／β界面，超塑变形时不易发生滑移。随着拉伸速度的减小，合金的流变应力减小，延伸率增大。轧制变形量的合金，其超塑性也好。     

Zr基非晶合金超塑性成形工艺研究

采用感应耦合等离子体刻蚀工艺制备了微型硅模具,基于硅模具研究了非晶合金Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5的超塑性微零件成形工艺.采用差示扫描量热仪测定了Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5的过冷液相区间为360～440℃,在过冷液相区间热压成形非晶合金微零件、机械研磨去除零件飞边和采用40%的KOH溶液腐蚀去除硅模具,得到非晶合金微型零件.自主研制了成形设备,仿真分析与实验相结合,解决了成形过程中设备的温度控制问题,比较分析了不同温度下的成形结果,实验与仿真结果符合较好.在410℃条件下成功制备出模数0.03、齿数66和厚度500μm的微型内齿轮,齿形轮廓清晰,X射线衍射仪扫描结果显示该微齿轮为非晶结构,从而验证了采用该工艺制备微型零件的可行性.     

铸造用Zn－Al合金超塑性的研究

主要对工业牌号Ｚｎ－Ａｌ合金ＺＡ８，ＺＡ１２和ＺＡ２７进行了组织超塑性研究．发现经过组织细化的ＺＡ８，ＺＡ１２和ＺＡ２７铸造Ｚｎ－Ａｌ合金，在２７０～３３０℃温度区间和８．３×１０－４～１．７×１０－２Ｓ－１初始应变速率（ε０）的试验条件下具有良好的超塑性力学性能，并且在较低的温度条件下也具有一定的超塑性特点．     

Al-Mg系铝合金超塑性薄壁管材

采用熔铸—均匀化退火—挤压工艺研制Al-5.60Mg-0.30Zr-0.07Cr-0.16Mn（质量分数,%）合金管材。对该合金管材进行析出退火处理后,采用热旋—退火—冷旋工艺制备薄壁旋压管。采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸性能测试等手段研究该铝合金旋压管冷变形态与完全再结晶退火态的组织与性能,测试其超塑性能,讨论其超塑性变形与断裂行为。研究结果表明,在Al-Mg铝合金中加入微量锆、铬、锰,可以促使试验合金中第二相颗粒弥散分布,减小后续加工的变形不均匀性;Al-5.6Mg-0.30Zr合金经析出退火—旋压变形后,于500℃退火1 h的再结晶退火组织晶粒平均粒径小于10μm。     

超塑性锌铝共晶合金成形工艺的研究

根据超塑性锌铝共晶合金的力学性能和超塑性变形特点的试验研究结果,分析制定了锌铝共晶合金塑料模成型镶件的成形工艺参数.发现在300℃及小于40MPa的成形温度和成形压力下,可获得形状符合要求的超塑成形模具镶块,同时其镶块具有较高的力学性能:HB100,σb>370MPa,σ0.2>300MPa.     

超轻细晶Mg-8.4Li合金的低温超塑性

Mg-8.4Li合金铸锭经573 K×24 h均匀化处理和473 K温轧得到1.5 mm厚板材,总加工率为92.5%.该板材经盐浴再结晶退火后在473 K,应变速率1.67×10-3s-1条件下获得500%的超塑延伸率.唯象学计算的应变速率敏感性指数为0.47,反映晶界滑移是其主要变形机理.利用透射电子显微镜和光学显微镜研究了板材573 K×1 h盐浴退火和超塑性变形后的组织,发现盐浴退火后的晶粒尺寸为2.4μm,超塑变形后标距内晶粒尺寸为5.8μm,发生了一定程度的晶粒长大,这与原子扩散机理有关.利用扫描电镜观察了超塑变形后试样的断口形貌,发现断口中韧窝细小而深,呈圆形分布,保持了晶粒等轴化...     

温轧态稀土铝锂合金高应变速率超塑性

根据动态再结晶诱发超塑性原理,对温轧态含铈(0.12wt%Ce)2090型Al-Li合金进行高温拉伸试验,研究结果表明试验合金在应变速率为8×10-2s-1、变形温度440-560℃范围内具有超塑性,最大延伸率达410%.同时,观察了高温拉伸前后的显微组织变化,讨论了动态再结晶诱发超塑性的机制.     

Ni-42Al单相金属间化合物的超塑性

研究了原始晶粒尺寸为200μm的富Ni单相Ni-42Al金属间化合物的高温变形行为及组织演变规律.结果表明,该合金在1 000~1 100℃、应变速率(0.125~2)×10-3s-1内呈现超塑性变形,在1 075℃、应变速率为10-3s-1时,最大延伸率可达306%.研究发现,该合金的应变速率敏感指数m与应变温度及应变速率相关.实验条件下,m值在0.2~0.3变化.显微结构分析表明,原始大晶粒组织经超塑性变形后显著细化,大晶粒超塑性变形是通过位错的交滑移与攀移等交互作用发生的连续动态回复和再结晶导致的.     

第二相粒子对8090合金超塑性的影响

对8090 合金超塑性变形中的粒子行为进行了研究。定量金相分析表明最佳平均粒子直径是 0.038 μm。透射电镜观察及晶界角度测量表明析出相粒子影响动态再结晶细化晶粒的过程主要是通过对超塑变形保温期间形成的亚晶界角度的影响来实现的。在超塑性流变过程中,第二相粒子始终钉扎晶界阻止晶粒长大,并且位于晶界附近的第二相粒子促进了大角度晶界凸出的再结晶形核,对晶界滑动起到有利作用。