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超塑性合金
来源:世界科技百科 专题: 发布时间:06-08

  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.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 (大约相当於金属熔点温度的一半) 变得像软糖一样柔软, 而应变速度为10 毫米/秒时产生本身长度三倍以上的延伸率, 均属於超塑性.

  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, 於是前苏联、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形已发展成流行的新工艺.

  现在超塑性合金已有一个长长的清单, 最常用的铝、镍、铜、铁、钛合金均有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.

  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5 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.

  超塑材料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, 因此过去只能用於玻璃和塑料的真空成形、吹塑成形等工艺被沿用过来, 用以对付难变形的合金.而这时所需的压力很小, 只相当於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形, 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.

  超塑性铅合金已经商品化, 如英国的Supral 100 (Al—6Cu—0.4Zr) 和加拿大的Alcan 08050 (Al—5Ca—5Zn) .铝板可在300-600℃时利用超塑性成形为复杂形状, 所用模具费用降低至普遍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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