第 6 章 超塑性及超塑变形机理 6.1 超塑性的概念 6．1．1 超塑性及其宏观变形特征 关于超塑性的定义，目前尚未有一个严格确切的描述。通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的伸长率而不产生缩颈与断裂现象。当伸长率100％时，即可称为超塑性。实际上，有的超塑材料其伸长率可达到百分之几百，甚至达到百分之几千，如在超塑拉伸条件下 Sn-Bi 共晶合金可获得 1950％的伸长率，Zn-AI 共晶合金的伸长率可达3200％以上。也有人用应变速率敏感性指数 m 值来定义超塑性，当材料的 m 值大于 0．3时，材料即具有超塑性。 超塑性的产生首先取决于材料的内在条件，如化学成分、晶体结构、显微组织 (包括晶粒大小、形状及分布等)及是否具有固态相变(包括同素异晶转变，有序-无序转变及固溶-脱溶变化等)能力。在上述内在条件满足一定要求的情况下，在适当的外在条件(通常指变形条件)下将会产生超塑性。 金属材料在超塑性状态下的宏观变形特征，可用大变形、小应力、无缩颈、易成形等来描述。 1) 大变形 超塑性材料在单向拉伸时伸长率占极高，目前已有占达 8000％以上的报道。超塑性材料塑性变形的稳定性、均匀性要比普通材料好得多，这就使材料成形性能大为改善，可以使许多形状复杂，难以成形构件的一次成形变为可能。 2) 小应力 材料在超塑性变形过程中的变形抗力很小，它往往具有粘性或半粘性流动的特点，在最佳超塑变形条件下，超塑流变应力 通常是常规变形的几分之一乃至几十分之一。例如，Zn-22％Al 合金在超塑变形时的流动应力不超过2MPa，钛合金板料超塑成形时，其流动应力也只有几十兆帕甚至几兆帕。 3) 无缩颈 一般具有一定塑性变形能力的材料在拉伸变形过程中，当出现早期缩颈后，由于应力集中效应使缩颈继续发展，导致提前断裂。超塑性材料的塑性流变类似于粘性流动，没有(或很小)应变硬化效应，但对变形速度敏感，有所谓“应变速率硬化效应”，即变形速度增加时，材料的变形抗力增大(强化)。 因此，超塑材料变形时虽然也会有缩颈形成，但由于缩颈部位变形速度增加而发生强化，从而使变形在其余未强化部分继续进行，这样能获得巨大的宏观均匀变形而不发生断裂。超塑性的缩颈是指宏观的变形结果，最终断裂时断口部位的截面尺寸与均匀变形部位相差很小。例如 Zn·22％Al 合金超塑拉伸试验时最终断口部位可细如发丝；即断面收缩率几乎达到 100%。 4) 易成形 超塑材料在变形过程中呈现极好的...
