超塑性是指材料在一定的內部條件和外部條件下，呈現出異常低的流變抗力、異常高的流變性能的現象。超塑性的特點有大延伸率，無縮頸，小應力， 易成形。超塑性成形工藝在航天、汽車、車廂製造等部門中廣泛採用，所用的超塑性合金包括鋁、鎂、鈦、碳鋼、不鏽鋼和高溫合金等。
基本介紹
- 中文名：超塑性
- 外文名：superplastic
- 提出時間：1912年
- 特點：大延伸率，無縮頸，小應力易成形
- 套用領域：航天、汽車、車廂製造等部門
- 所屬學科：材料力學
定義,歷史,實現條件,分類,
定義
從歷史上看，沒有普遍接受的超塑性定義。過去有人把伸長率大於100%，應變速率敏感性指數大於0.33定義為超塑性。在1991年日本大阪先進材料超塑性國際會議上提出如下超塑性定義：超塑性指多晶材料以各向同性方式表現出很高的拉斷伸長率的能力。2009年美國Langdon教授在大阪定義的基礎上給出了新的超塑性定義：超塑性指多晶材料以各向同性方式表現出很高的拉斷伸長率的能力。測量的超塑性伸長率通常至少400%以上以及測量的應變速率敏感性接近0.5。同時把伸長率100%~300%和應變速率敏感性0.33的黏性滑移蠕變定義為準超塑性或類超塑性。不少英文文獻報導，超塑性是指材料在一定的組織條件下和一定的溫度和應變速率條件下表現出無明顯縮頸的異常高的塑性的能力。通常，晶粒尺寸小於10μm。變形溫度T≥0.5Tm，Tm為熔點。應變速率為
。
歷史
超塑性的歷史也許可以追溯到公元前2200年的青銅器時代。Geckinli推算早在青銅器時期土耳其使用的含As 10%（質量分數）的青銅就是超塑態的。這是因為這些材料是雙相合金，在手工熱鍛的過程中產生了超塑性所需要的穩定的細晶組織，從而得到各種複雜形狀的鍛件。
不僅如此，Wadsworth和Sherby等發現從公元前300年到19世紀一直使用的大馬士革刀，其成分與現代超高碳鋼十分相似，而後者最近才發現超塑性。
上述情況是人們對超塑性現象出現的推測。真正在文獻中報導大延伸現象的足1912年美國物理實驗拿(NPL)科學家Bengough發表的論文，他認為“某種特殊的黃銅像玻璃一樣拉到一個細點，獲得了極大的伸長率”。考察他的原始工作發現，他描述了α+β黃銅在700℃表現出了163%,的最大伸長率。1934年英國的Pearso在擠壓態Bi-Sn合金中獲得了1950%的伸長率。Pearson被西方學者認為是超塑性的創始人。1945 年蘇聯的Baocvar和Sviderskaya在研究論文中把這種大延伸現象定義為“超塑性”，論文發表後被1945年的美國化學文摘（Chemical Abstract）收錄，從此，超塑性這一名詞沿用至今。
實現條件
許多材料，包括在通常的變形條件一F非常脆的金屬間化合物及陶瓷材料在一定條件下也能表現出超塑性。實際上，所有的材料在某些特定的顯微組織，溫度及變形速率條件下都可以呈現出超塑性，只是對某些材料而言，發生超塑性的條件限制在一個很窄的溫度和應變速率範圍內，在通常情況下難以滿足而已，對大量里的超塑性事例的分析表明，為了使材料獲得超塑性，通常應滿足以下3個條件:
(1)變形在不低於0.5Tm（Tm為材料的熔點）的溫度下進行。
(3)材料具有等軸狀細小晶粒(10μm以下)的微觀組織，且晶粒尺寸比較穩定，在變形過程，不顯著長大。
應該指出，上述產生超塑性的條件並非是絕對的。例如，Mg-8%Li合金在
應變速率下得到了延伸率為116%的室溫超塑性。顯然，材料的室溫超塑性或高應變率超塑性對超塑性加工成型有更大的工程意義。
分類
按照實現超塑性的條件（組織、溫度、應力狀態等）分類，主要可分為3類超塑性：組織超塑性、相變超塑性和其他超塑性。
(1)組織超塑性
在實際生產中套用最廣泛的是組織超塑性，又稱為細晶超塑性或恆溫超塑性。產生組織超塑性通常需要具備3個條件：
①要求材料具有均勻的、細小的等軸晶粒，產晶粒尺寸通常小於10μm，並且在超塑性溫度下晶粒不易長大，即所謂穩定性好；
②要求變形溫度T>0.5Tm，（Tm為材料熔點溫度，以熱力學溫度表示），並且在變形時溫度保持恆定；
③應變速率低（ ），要比材料常規拉伸試驗時的應變速率至少低一個數量級。
組織超塑性對應變速率和變形溫度很敏感，此類材料只有在一定的應變速率和變形溫度范闈內才能表現出最好的超塑性。
(2)相變超塑性
相變超塑性義稱為動態超塑性或環境超塑性，是指材料在變動頻繁的溫度環境下受到應力作用時，經過多次循環相變或同素異形轉變而得到很大的延伸率。其必要條件是應具有固態相變的特性，且在外載荷作用下，通過相變溫度下循環加熱與冷卻誘發產生反覆的組織結構變化，使金屬原子發生劇烈運動而呈現超塑性。相變超塑性不要求材料具有微細等軸晶粒，但要求變形溫度頻繁變化，這會給生產帶來困難，因此在套用上受到限制。目前對相變超塑性的研究較少，理論還不夠成熟。
(3)其他超塑性
近年來發現普通非超塑性材料往一定條件下快速變形時，也能顯示出超塑性。這種金屬材料在一定條件下出現短時間的細而穩定的等軸晶粒組織並顯示出超塑性的現象，稱為短暫超塑性或者臨時超塑性。此外還有一些材料在消除應力退火過程中，在應力作用下也可以得到超塑性。
