高应变速率超塑性研究的新进展

综述了高应变速率超塑材料及其变形机理和工业应用的最新进展.高应变速率超塑材料主要是铝基复合材料及铝合金,最近,对镁基复合材料、钛合金高应变速率超塑性能的研究也已开始.材料的高应变速率超塑性能使材料可进行超塑性锻造,使得该项技术具有诱人的工业应用前景.     

金属复合材料的高速超塑性

介绍了近几年国内外金属基复合材料（MMCs）高速超塑性的研究现状，包括拉伸超塑性、压缩超塑性。综述了各种基体和增强体复合材料的制备方法、获得高速超塑性的条件及高速超塑变形的特点。对于调整超塑性的变形机制，尤其是颗粒增强金融基复合材料的拉伸超塑变形机制进行了详细阐述。最后提出了MMCs高速超塑性存在的问题和今后研究的重点。     

金属基复合材料的高速超塑性

介绍了近几年国内外金属基复合材料(MMCs)高速超塑性的研究现状，包括拉伸超塑性、压缩超塑性。综述了各种基体和增强体复合材料的制备方法、获得高速超塑性的条件及高速超塑变形的特点。对于高速超塑性的变形机制，尤其是颗粒增强金属基复合材料的拉伸超塑变形机制进行了详细阐述。最后提出了MMCs高速超塑性存在的问题和今后研究的重点。     

高温合金超塑切削

本成果是研究在一定的温度条件下，使切削区材料出现塑性急剧上升、变形抗力急剧下降的相变超塑性，在此状态下实现超塑切削。金属的塑性，是决定材料加工难易和表面加工质量的重要因素之一。利用材料组织的变形温度和变形速度，可使材料呈现伸长率特大和变形抗力特低，且有整体均匀变形的特性，这就是材料的“超塑性”。本工艺技术属国内首创，国际先进水平，曾获部级科技进步一等奖。     

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,己经成为最具潜力的航空航天高温结构材料.在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺.本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论.最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势.     

电沉积制备ZrO2／Ni纳米复合材料的超塑性

采用电沉积方法制备了平均晶粒尺寸为45 nm的ZrO2/Ni纳米复合材料,并通过拉伸试验对该材料的超塑性能进行了研究.结果表明:ZrO2/Ni纳米复合材料具有低温高应变速率超塑性,在温度为450℃、应变速率为1.67×10-3/s时,获得的最大伸长率为605%.采用SEM和TEM分析了沉积态材料及变形后的组织,并对变形机理进行了探讨.ZrO2/Ni纳米复合材料的超塑变形机制主要是晶界滑移,S元素的析出在一定程度上协调了变形.     

30CrMnSiA钢连接座超塑性等温精锻技术的研究

 <正> 超塑性等温锻造作为新工艺自70年代以来,已在航空航天、机械电子、轻工行业等得到推广应用。长时间内,国内主要在钛合金、铝合金等工业材料上开展了成形研究和应用。本文则对高强度30CrMnSiA钢连接座件进行了超塑性等温成形工艺试验,并在钢的超细化预处理和变形中组织结构变化等研究的基础上进行成形工艺的研究。     

材料参数及静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形影响的数值分析

本文将变形损伤效应引入到基于超塑成形的微观机理推导出的超塑性本构方程中，并将本构方程应用于刚塑性有限元模拟程序，分析了板料超塑胀形过程，研究了应变速率敏感性、孔洞长大以及叠加静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形极限的影响，对模拟结果与实验结果进行了比较。     

低温预变形对SiC_p/MR64复合材料超塑性的影响

 用拉伸实验研究了低温预变形对碳化硅颗粒增强MR64复合材料超塑性的影响。材料在500℃,应变速率为8.33×10~(-3)s~(-1)的条件下拉伸,超塑变形延伸率达到210％,材料经过300℃低温预拉伸至35％的变形量以后,在超塑条件下拉伸延伸率达305％。通过对显微组织、孔洞的观察发现,低温预变形产生的形变组织在超塑变形初期发生了动态再结晶,晶粒尺寸得到进一步细化,孔洞面积率明显减少。低温预应变提高超塑性的主要原因在于它减少了变形过程中孔洞的数量。     

组织结构对超塑性的影响

本文研究了晶粒尺寸、晶粒形状和变形方式对Ti-1023合金超塑性的影响,计算了各种情况下的变形激活能,结果表明,粗晶与细晶组织在超塑性上的差别是由变形机制的变化引起的.     

粉末高温合金超塑性等温锻造技术研究

对FGH96合金超塑性及等温锻造工艺进行了研究,结果表明,FGH96合金经晶粒细化处理后,在1020～1100℃,具有良好的超塑性;FGH96合金超塑变形时流变应力比热等静压后直接变形时显著降低,在1050℃以1×10-4s-1进行恒应变速率压缩变形,其流变应力只有60MPa左右;将FGH96合金超塑性变形应用于大型涡轮盘的等温锻造,使小设备超塑性等温锻造大型涡轮盘锻件成为可能.     

超塑变形过程中的空洞及其对变形后室温机械性能的影响

研究了不经任何预先处理的半硬态黄铜Ｈ６２和铝合金ＬＹ１２ＣＺ超塑变形过程中的空洞及其对变形后室温机械性能的影响。实验表明：①同一材料,在不同的超塑变形条件下变形,如果其空洞化程度随应变增加得越慢,则其超塑性越好;②超塑变形后材料的室温机械性能随所经受过的超塑变形量的增加而下降,当超塑变形后材料中空洞的面积百分数达到４％左右时,其室温弹性模量Ｅ、屈服强度σｓ、极限强度σｂ以及冲击韧性开始显著地下降,而此时的室温断面收缩率φ已下降了相当大的程度;③随着空洞化程度的提高,超塑变形后的材料也由韧性材料逐渐变成脆性材料。     

等半宽高矩形盒零件的超塑性胀形力学解析

本文在粘塑性本构方程基础上，对半宽与高相等的矩形盒零件进行了超塑性胀形力学解析，对变形危险点的应变速率加以最优控制，以使材料厚度分布相对均匀，并提高了形成极限。     

美国钛合金超塑性成形/扩散连接工艺简介

钛合金是世界上公认的难加工材料,但是利用超塑性成形/扩散连接工艺(SPF/DB)可以制作出用焊接、铆接工艺方法难于制作的复杂的钛合金飞机部件,并且使部件一体化、轻量化,成本降低。美国的飞机制造商于七十年代初期开始研究钛合金的超塑性成形工艺(SPF),他们在899～927℃的高温和变形速率为10~(_4)厘米/厘米·秒的条件下,使钛合金的延伸率达到600～1000％,试件成形过程就象塑料板真空成形一样,在不发生缩颈和断裂的情况下进行均匀的复杂变形。目前,美国已在四个机种上采用Ti-6Al-4V超塑性成形(SPF)零件,数量达到256     

SiC/Ni复合材料的超塑性

对电沉积SiC/Ni复合材料进行了低温超塑性拉伸实验,结果发现:平均晶粒尺寸为200nm的SiC/Ni复合材料在温度430℃初始应变速率为8.33 ×10-4s-1的变形条件下,获得最大延伸率571.2%,应变速率敏感指数为0.32.利用扫描电镜对断口形貌及变形后试样的组织进行的观察表明:断裂模式主要是沿晶断裂;晶粒有不同程度的长大,晶粒的长大速率的不同形成了变形后大小晶粒的混合组织,且沿拉伸方向拉长.应力-应变关系曲线表明:应力随着应变的增大而增大,增加到峰值后开始减小,材料进入准稳定变形阶段,实现大变形.SiC的加入增加了基体组织的稳定性,有利于材料超塑性的实现.超塑变形机理为晶界滑移和位错滑移塑性.     

钛合金超塑性成形过程的数值模拟

以TC4合金层板结构的超塑性成形过程为研究对象,采用有限元软件MARC模拟计算了TC4合金宽弦空心夹芯结构的超塑性成形过程。分别分析了应变速率敏感指数、目标应变速率及扩散连接宽度等参数对贴模过程及壁板厚度分布的影响。结果表明:当应变速率敏感指数较大时,夹芯结构会发生沿纵向挤出延伸变形;当目标应变速率为10-3时,材料表现出较佳的超塑性性能;而扩散连接宽度的大小对超塑性成形后板材壁厚分布的均匀性有一定影响。通过控制最大应变速率的方法,提取出了最优化的压力时间曲线。研究结论可为钛合金空心夹芯结构件的超塑性成形提供理论参考。     

TC11合金最大m值超塑变形机理

众所周知,应变速率敏感性指数m值是材料超塑性能的重要特征参数,通常m值越大则超塑性越好。介绍了最大m值超塑变形的新方法。该方法的思路是：在塑性变形过程中,通过动态测定m值并实时控制变形速度,使m值始终保持最大值;同时结合TC11钛合金(Ti₆₅Al₃₅Mo₁₅Zr₀3Si) 高温拉伸实验,实现了最大m值超塑变形方法,在900 ℃拉伸时获得了最大延伸率2300%。由金相及电子技术分析发现TC11钛合金超塑性变形以晶界滑移为主,并伴随晶内位错滑移。最大m值法超塑性变形能够使动态再结晶充分发生,是提高钛合金塑性的有效方法。     

基于应变速率循环法的TA15钛合金超塑性本构方程

采用应变速率循环法对TA15钛合金进行三组高温超塑性拉伸试验,变形温度区间为850~950℃,应变速率循环区间为5×10-6~5×10-4s-1。分析拉伸试验数据后,计算出TA15钛合金动态再结晶激活能Q,结合金相组织分析得出其热变形过程中发生了动态再结晶的结论;并利用Arrhenius模型构建超塑性本构方程,应用origin数据处理软件进行数据分析,求得TA15钛合金高温条件下的超塑性本构方程。运用1stopt软件修正了该本构方程,使其精度达到99.3%。结果表明,TA15钛合金的流动应力对变形温度较为敏感,随着温度的升高,流变应力逐渐减小,软化机制愈发明显,且在900℃附近的超塑性较好,伸长率达到了846%。     

陶瓷基层状复合材料超塑成形数值模拟与实验研究

为研究陶瓷基层状复合材料的超塑性能,对其超塑拉深成形过程进行了有限元模拟。结果表明,由超塑性能差异较大的不同陶瓷材料构成的层状复合材料的应力应变状态明显优于相应单一陶瓷材料,因此,很有可能具有优异的超塑性。采用流延制膜和热压烧结工艺制备了Al2O3/3Y-TZP层状复合材料,通过高温拉深实验对该材料进行了超塑成形性能研究。实验表明,当采用合适的应变速率和变形温度时,Al2O3/3Y-TZP层状复合材料具有优良的超塑性能,从而证实了有限元模拟的结论。     

应变速率循环对Ti—10V—2Fe—3Al合金超塑性的影响

应变速率循环法是一种新式的超塑性试验方法,即试样在拉伸变形过程中,应变速率的大小按预定规律不断连续循环变化,直至试样拉断,从而获得材料的超塑性力学性能参数。本文采用这种方法研究了Ti-10V-2Fe-3Al合金的超塑性。结果表明,该合金具有良好的超塑性,同传统的恒应变速率拉伸试验相比,应变速率循环能有效地提高合金的超塑性能,获得更大的延伸率和更高的应变速率敏感性指数m值。例如,在最佳变形温度800℃条件下,延伸率从296％增大到440％,m值从0.36提高到0.48。应变速率循环为该合金超塑技术的应用开辟了新的途径。