材料加工学超塑性精选PPT.ppt
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1、材料加工学超塑性材料加工学超塑性第1页,此课件共37页哦金属的超塑性主要内容Main Content塑性的概念及塑性指标 影响塑性的主要因素超塑性现象第2页,此课件共37页哦超塑性现象纳米铜的室温超塑性第3页,此课件共37页哦Bi-44SnBi-44Sn挤压材料在慢挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的速拉伸下出现异常大的延伸率延伸率第4页,此课件共37页哦高温合金高温合金INCONEL718INCONEL718的超塑性成形航天器件和超塑成形的超塑性成形航天器件和超塑成形的波形膨胀节用的波形膨胀节用TC4TC4钛合金波纹管钛合金波纹管 第5页,此课件共37页哦超塑性的概念超超塑塑性性是是指指材材料料
2、在在一一定定的的内内部部(组组织织)条条件件(如如晶晶粒粒形形状状及及尺尺寸寸、相相变变等等)和和外外部部(环环境境)条条件件下下(如如温温度度、应应变变速速率率等等),呈呈现现出出异异常常低低的的流流变变抗抗力、异常高的流变性能(例如大的延伸率)的现象。力、异常高的流变性能(例如大的延伸率)的现象。一一般般说说来来,如如果果材材料料的的延延伸伸率率超超过过100100,就就可可称称为为超超塑塑性性。凡凡具具有有能能超超过过100100延延伸伸率率的的材材料料,则则称称之之为为超超塑塑性性材材料料。现现代代已已知知的的超超塑塑性性材材料料之之延延伸伸率率最最大大可可超超过过10001000,有
3、的甚至可达,有的甚至可达20002000 第6页,此课件共37页哦超塑性的分类组组织织超超塑塑性性或或恒恒温温超超塑塑性性。根根据据材材料料的的组组织织形形态态特特点点也也称称之之为微细晶粒超塑性。为微细晶粒超塑性。特点是材料具有微细的等轴晶粒组织。特点是材料具有微细的等轴晶粒组织。温温度度:Ts0.5Tm(Ts和和Tm分分别别为为超超塑塑变变形形和和材材料料熔熔点点温温度度的的绝绝对温度)对温度)变形速度:变形速度:10-410-1/s。微微细细晶晶粒粒尺尺寸寸其其范范围围在在0.55m之之间间。一一般般来来说说,晶晶粒粒越越细细越越有有利利于于塑塑性性的的发发展展,但但对对有有些些材材料料
4、来来说说(例例如如Ti合合金金)晶晶粒粒尺尺寸达几十微米时仍有很好的超塑性能。寸达几十微米时仍有很好的超塑性能。由由于于超超塑塑性性变变形形是是在在一一定定的的温温度度区区间间进进行行的的,因因此此即即使使初初始始组组织织具具有有微微细细晶晶粒粒尺尺寸寸,如如果果热热稳稳定定性性差差,在在变变形形过过程程中中晶晶粒粒迅迅速速长长大的话,仍不能获得良好的超塑性。大的话,仍不能获得良好的超塑性。第7页,此课件共37页哦相变超塑性或变态超塑性相变超塑性或变态超塑性这这类类超超塑塑性性,并并不不要要求求材材料料有有超超细细晶晶粒粒,而而是是在在一一定定的的温温度度和和负荷条件下,经过多次的循环相变或同
5、素异形转变获得大延伸。负荷条件下,经过多次的循环相变或同素异形转变获得大延伸。如如碳碳素素钢钢和和低低合合金金钢钢,加加以以一一定定的的负负荷荷,同同时时于于A1、3温温度度上上下下施施以以反反复复的的一一定定范范围围的的加加热热和和冷冷却却,每每一一次次循循环环发发生生(ag)的的两两次次转转变变,可可以以得得到到两两次次均均匀匀延延伸伸。D.Oelschlgel等等用用AISI1018、1045、1095、52100等等钢钢种种试试验验表表明明,延延伸伸率率可可达达到到500%以上。以上。变变形形的的特特点点:初初期期时时每每一一次次循循环环的的变变形形量量比比较较小小,而而在在一一定定次
6、次数数之之后后,例例如如几几十十次次之之后后,每每一一次次循循环环可可以以得得到到逐逐步步加加大大的的变变形形,到断裂时,可以累积为大延伸。到断裂时,可以累积为大延伸。第8页,此课件共37页哦其它超塑性其它超塑性 在在消消除除应应力力退退火火过过程程中中,在在应应力力作作用用下下可可以以得得到到超超塑塑性性。Al-5%Si及及Al-4%Cu合合金金在在溶溶解解度度曲曲线线上上下下施施以以循循环环加加热热可可以以得得到到超超塑塑性性,根根据据Johnson试试验验,在在具具有有异异向向性性热热膨膨胀胀的的材材料料如如U,Zr等等,加加热热时时可可有有超超塑塑性性,称称为为异异向向超超塑塑性性。有
7、有人人把把a-U在在有有负负荷荷及及照照射射下下的的变变形形也也称称为为超超塑塑性性。球球墨墨铸铸铁铁及及灰灰铸铸铁铁经经特特殊殊处处理理也也可可以以得得到超塑性。到超塑性。第9页,此课件共37页哦超塑性的历史及发展超塑性的历史及发展 超超 塑塑 性性 现现 象象 最最 早早 的的 报报 道道 是是 在在19201920年年,德德 国国 人人 罗罗 申申 汉汉(N.RosenhaimN.Rosenhaim)等等发发现现Zn-4Cu-7AlZn-4Cu-7Al合合金金在在低低速速弯弯曲曲时时,可可以以弯弯曲曲近近180180度度。19341934年年,英英国国的的C.P.PearsonC.P.P
8、earson发发现现Pb-SnPb-Sn共共晶合金在室温低速拉伸时可以得到晶合金在室温低速拉伸时可以得到2000%2000%的延伸率。的延伸率。19451945年年前前苏苏联联的的A.A.BochvarA.A.Bochvar等等发发现现Zn-AlZn-Al共共析析合合金金具具有有异异常常高高的的延延 伸伸 率率 并并 提提 出出“超超 塑塑 性性”这这 一一 名名 词词。19641964年年,美美 国国 的的W.A.BackofenW.A.Backofen对对Zn-AlZn-Al合合金金进进行行了了系系统统的的研研究究,并并提提出出了了应应变变速速率率敏敏感感性性指指数数mm值值这这个个新新概
9、概念念,为为超超塑塑性性研研究究奠奠定定了了基基础础。上上世世纪纪六六十十年年代代后后期期及及七七十十年年代代,世世界界上上形形成成了了超超塑塑性性研究的高潮。研究的高潮。第10页,此课件共37页哦特别引人注意的是,近几十年来金属超塑性已在工业生产领域中获特别引人注意的是,近几十年来金属超塑性已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。一些超塑性的得了较为广泛的应用。一些超塑性的ZnZn合金、合金、AlAl合金、合金、TiTi合金、合金、CuCu合金以及黑色金属等正以它们优异的变形性能和材质均匀等特合金以及黑色金属等正以它们优异的变形性能和材质均匀等特点,在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造
10、、仪器仪表点,在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。第11页,此课件共37页哦近近年年来来超超塑塑性性在在我我国国和和世世界界上上主主要要的的发发展展方方向向主主要要有有如如下下三三个个方方面:面:先先进进材材料料超超塑塑性性的的研研究究,这这主主要要是是指指金金属属基基复复合合材材料料、金金属属间间化化合合物物、陶陶瓷瓷等等材材料料超超塑塑性性的的开开发发,因因为为这这些些材材料料具具有有若若干干优优异异的的性性能能,在在高高技技术术领领域域具具有有广广泛泛的的应应用用前
11、前景景。然然而而这这些些材材料料一一般般加加工工性性能能较较差,开发这些材料的超塑性对于其应用具有重要意义差,开发这些材料的超塑性对于其应用具有重要意义 ;高高速速超超塑塑性性的的研研究究,提提高高超超塑塑变变形形的的速速率率,目目的的在在于于提提高高超超塑成形的生产率塑成形的生产率 ;研研究究非非理理想想超超塑塑材材料料(例例如如供供货货态态工工业业合合金金)的的超超塑塑性性变变形形规规律律,探探讨讨降降低低对对超超塑塑变变形形材材料料的的苛苛刻刻要要求求,而而提提高高成成形形件件的的质质量量,目目的在于扩大超塑性技术的应用范围,使其发挥更大的效益。的在于扩大超塑性技术的应用范围,使其发挥更
12、大的效益。第12页,此课件共37页哦典型的超塑性材料典型的超塑性材料目前已知的超塑性金属及合金已有数百种,目前已知的超塑性金属及合金已有数百种,按基体区分,有按基体区分,有Zn、Al、Ti、Mg、Ni、Pb、Sn、Zr、Fe基等合金。其中包括共析合金、基等合金。其中包括共析合金、共晶、多元合金、高级合金等类型的合金。共晶、多元合金、高级合金等类型的合金。部分典型的超塑性合金见下表部分典型的超塑性合金见下表 第13页,此课件共37页哦合金成分(合金成分(Wt%)m延伸率延伸率(%)变形温度(变形温度()共析合金Zn-22Al0.51500200300共晶合金Zn-5Al0.480.5300200
13、360Al-33Cu0.9500440520Al-Si120450Cu-Ag0.53500675Mg-33Al0.852100350400Sn-38Pb0.59108020Bi-44Sn19502030Pb-Cd0.35800100第14页,此课件共37页哦Al基合金基合金Al-6Cu-0.5Zr0.518002000390500Al-25.2Cu-5.2Si0.431310500Al-4.2Zn-1.55Mg0.9100530Al-10.72Zn-0.93Mg-0.42Zr0.91550550Al-8Zn-1Mg-0.5Zr1000Al-33Cu-7Mg0.72600420480Al-Zn-
14、Ca267500Cu基合金Cu-9.5Al-4Fe0.64770800Cu-40Zn0.64515600第15页,此课件共37页哦Fe-C合金(钢铁)合金(钢铁)Fe-0.8C210250680Fe-(1.3,1.6,1.9)C470530640GCr150.42540700Fe-1.5C-1.5Cr1200650Fe-1.37C-1.04Mn-0.12V817650AISI01(0.8C)0.51200650521600.61220650高级合金901400900950Ti-6Al-4V0.8510008001000第16页,此课件共37页哦高级合金高级合金IN744Fe-6.5Ni-26C
15、r0.51000950Ni-26.2Fe-34.9Cr-0.58Ti0.51000795855IN1000.510001093纯金属Zn(商业用)0.24002070Ni225820U7000.4210001035Zr合金0.5200900Al商业用)6000(扭转)377577第17页,此课件共37页哦超塑性的力学特征流动应力流动应力在在超超塑塑性性材材料料中中,流流动动应应力力特特别别敏敏感感于于应应变变速速率率。如如图图所所示示,用用对对数数坐坐标标表表示示的的流流动动应应力力与与应变速率的关系曲线呈应变速率的关系曲线呈“S S”形。形。Mg-Al共晶合金的应变速率与共晶合金的应变速率与
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