文档介绍：2 超塑性材料
概念
定义
特征
常见超塑性材料
影响因素

概念
定义
超塑性是指具备特定内在条件的材料在特定的外在条件下显示出的异常温度-应变速率

1964年，Backofen等对超塑性变形提出如下本构方程：
m
式中：m为应变速率敏感性指数；s为流变应力；为应变速率；K为材料常数。作者指出，超塑性材料之所以具有大的延伸率，主要是由于材料具有较高的m值。在拉伸变形过程中，当材料产生局部颈缩时，高m值产生很高的抗颈缩能力，使得局部颈缩难以向心部发展，从而获得大延伸的效果。
1967年，Hart等对一般塑性变形提出如下本构方程及微分方程：
m
dlns= gde+ mdln
式中：e 为应变，n为应变硬化指数，g为应变硬化系数，d代表沿着试样拉伸方向上的微分。与Backofen方程不同的是，Hart方程除考虑了应变速率硬化效应之外，还考虑了大多数变形过程中都会出现的应变硬化效应。
早期的研究认为，断裂应变ef或断裂延伸率df与m值之间存在着定量关系。Ghosh和 Ayres从s=km方程出发，假设试样的最终断裂系表面几何缺陷颈缩发展所致，给出的一个包含起始几何缺陷因子f的如下关系式，~，和模型材料的实验结果吻合较好。
ef = –mln[1–(1–f)1/m]
近期的研究表明，对于大多数工业化的超塑性材料，上述颈缩断裂不是唯一的方式，m值只表示了获得高塑性的可能性，而不是塑性的绝对值。Lian和Suery从Hart方程出发，考虑了内部孔洞的发展对断裂的影响，假设孔洞发展遵循塑性控制的机理，即CV=CV0exp(he)，给出如下关系式，式中：eN颈缩处应变，~，分析结果和许多实验结果吻合较好。
exp[-e/m]e n/m de=(1-f)-1/mexp[-eN/m]eN n/m deN

从超塑性出现至今，研究者们对超塑性变形机制进行了坚持不懈的大量研究，提出了许许多多种理论，但由于超塑性材料的多样性、高温研究的困难性以及超塑性变形过程的复杂性，至今尚没有哪一种理论能够解释众多的超塑性现象。
在高温变形环境下，空位及原子的扩散，位错的运动，晶界的滑动（GBS）都可能发生，都会产生变形。一般将高温变形按应变速率分为低、中、高三个区。超塑性变形在中应变速率区。总结大量的研究结果表明，低应变速率区变形的主要机制是空位及原子的扩散即扩散蠕变，高应变速率区变形的主要机制是位错运动，而中应变速率区即超塑性变形区其主要变形机制是晶界滑动。
晶界滑动是超塑性变形的主要机制。但晶界滑动能否顺利进行以及晶界滑动过程中晶粒之间的协调性需要通过持续不断的协调过程，如位错的运动、原子和空位的扩散、晶界的迁移（GBM）、晶粒的旋转等来完成。已提出的机制模型中一般仅能考虑一种或两种协调过程，并与晶界滑动相联系。简要地总结众多的已提出的机制模型，可以给出一个一般的反映超塑性变形本构关系的Arrhenius型方程：
式中：A为无量纲归一化常数， G为剪切模量，b为位错柏氏矢量，K为波尔茨曼常数，T为绝对温度，d 为晶粒尺寸，P为逆晶粒度指数（1~3