文档介绍：9 / 12
现 代 材 料 学(报告)
学生姓名:孙志伟
学 号:S1５０3０3９0
专业班级：动力工程及工程热物理化研１5－2
编 号
题 目
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材料的超塑性
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、超塑性分类
对超塑性的分类，目前,按照材料变形特点和所处状态，可以分为组织超塑性、相变超塑性和其他超塑性三类。
1） 组织超塑性又称细晶超塑性或恒温超塑性。需要满足三个条件:晶粒度细小、变形温度恒定、应变速率缓慢。一般超塑性多属这一类。晶粒细小指的是材料具有微细等轴晶粒,并且在超塑性变形温度下晶粒不易长大,即所谓的热稳定性好。变形温度恒定 指塑性变形是在恒定温度下产生的,没有相变等组织结构的转变。应变速率缓慢要求超塑性变形时,应变速率要缓慢因为原子扩散蠕变成形需要足够的时间。一般ε=10-４—1０-３Ｓ-１,与普通金属拉伸实验时应变速率相比至少低一个数量级。
2) 相变超塑性 即变温超塑性或动态超塑性,要求材料在变动频繁的温度环境下受应力作用时,经多次循环相变或同素异形转变而得到的很大变形。同样也需要满足三个条件:；b．应力作用;,诱发它产生反复的结构变化,使金属原子发生剧烈运动而出现超塑性。相变超塑性在温控技术方面比组织超塑性要困难的多。
3) 其它超塑性 包括短暂超塑性和相变诱发超塑性等。ａ．短暂超塑性又称临时超塑性，指金属材料在一定的条件下出现短时间的细而稳定的等轴晶粒组织并显示出的超塑性,在此短暂的时间内进行快速的施加外力,才能显示出来，就是短暂超塑性变形，可以在热加工期间产生，也可以在冷变形后的再结晶退火过程中产生。b．相变诱发超塑性指在相转变温度点以上的一定温度区间加工变形,在转变的过程中可以得到异常高的延伸率的现象。
三、超塑性变形的组织结构变化
超塑性材料变形时产生组织结构变化,研究超塑性材料变形时的组织结构变化,可以预估超塑性变形后材料力学性能可能产生的变化,这为进一步阐明变形
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规律以及各种因素的影响提供依据。不但为变形机理的研究提供实验数据，并且为制备超塑合金和合金的超塑成形提供依据。在超塑性变形时,材料内部产生了下面一些变化：
(１） 晶粒的粗化与等轴化 在超塑变形时,晶粒会随着变形程度的增加而不断长大，在不大的变形量下会发生等轴化。在密排六方晶格的超塑性材料发生超塑变形时，发生晶粒长大的同时,还顺着拉伸方向拉长,存在着晶内滑移现象。
(２) 晶粒相互位置的变化 超塑变形时,晶粒不仅沿晶界产生滑动,而且晶粒也产生了转动。人们还发现,超塑性变形时晶粒还发生换位,其中包括挟开(两个原来相邻的晶粒被两旁的另外两个晶粒挟开，)和转出（从下层转出一个晶粒挤在原来的几个相邻晶粒之间）。
(3) 位错密度的变化 金属晶体内部可动位错密度比未变形时高出许多。但是在最佳应变速率拉伸时,一般不产生由位错所构成的亚晶界。
(４) 动态再结晶 动态再结晶是合金超塑性变形中比较普遍存在的组织效应。具有原始纤维组织的合金在拉伸变形中容易通过再结晶使显微组织变为等轴细晶组织。
(5） 孔洞 超塑变形过程中一般都会产生孔洞,孔洞通常产生于晶界和相界处，并且随变形的进行而发展。
四、超塑性变形机理
材料的超塑性变形之所以会出现与常规超塑性有明显不同的变形特征,是因为其变形机理与常规塑性变形不同所致。在变形机制上看,一般金属变形主要发生在晶粒的内部,如滑移和孪晶等,其原子的相对位移量不易超过两个原子的间距，因而延伸率不大。对于超塑性变形来说,晶界行为起了主要作用,如晶粒转动、晶界滑移、晶粒换位等,因而延伸率比较大。了解超塑性现象的本质,能够达到控制超塑性的目的。超塑性变形机理指超塑性流变期间材料内部原子或原子群的运动过程和方式。关于超塑性机理的文献很多,有很多理论、模型和假说，但由于所具有的材料不同，实验条件上的差异，往往得出不同的机理。目前尚未建立一种统一的完整的理论。下面介绍一些有代表性的超塑性变形机理。超塑扩散机理、晶界滑动机理、动态再结晶机理。
扩散蠕变理论认为，高温应变下位错密度很小,能动性也差，因而位错运动不可能成为超塑性变形的主要形式,材料内部存在大量的过饱和空位,因而连续变形可以由空位在外加应力场中做定向的运动来实现。而空位运动导致原子向相反方向的扩散迁移。扩散蠕变又分为晶内扩散和晶界扩散两种。
晶内扩散Nabarｒo-Hｅrring提出的模型,该模型认为，在拉应力场作用下，在横向晶界上形成空位比在侧向晶界上形成空位更有利,因而这两类晶界上产生
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的空位浓度不同,这种浓度差会导致横向晶界的空位不断流向纵向晶界,而原子则向相反的方向流动,结果晶粒被拉