山 西 大 学
建筑工程概论论文
超塑性合金的应用及其优势
专业:电气工程及其自动化
班级:电本1254班
姓名: 李 锐
学号:1232245435
1 超塑性合金的结构形式及其优势性能
摘要: 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。 关键字:超塑性、高能率、成形
一、什么是超塑性合金
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（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。
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，于是前苏联、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型已发展成流行的新工艺。 超塑性合金已有一个长长的清单，最常用的铝、镍、铜、铁、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。
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二、出现背景
高强度材料可以满足一些耐受性要求较高的部件制造，但加工难度相应也增大了。长期以来，人们一直希望能够很容易地对高强度材料进行塑性加工成型，成型以后，又能像钢铁一样坚固耐用。随着超塑性合金的出现，这种想象成为了现实。 超塑性合金的发现
最初发现的超塑性合金是锌与22%铝的合金。1920年，德国人罗森汉在锌－铝－铜三元共晶合金的研究中，发现这种合金经冷轧后具有暂时的高塑性。超塑性锌合金的形成条件为，温度250℃～270℃，压力0.39兆帕～1.37兆帕。超塑性锌合金具有成型加工温度低，成型性和耐腐蚀性好等优点。所以除了制作各种复杂形状的容器外，还广泛用作建筑材料
三、超塑性合金的原理 超塑性现象的定义
3 1928年英国物理学家森金斯下了一个定义：凡金属在适当的温度下变得像软糖一样柔软，而且其应变速度为每秒10毫米时产生300%以上的延伸率，均属超塑性现象。1945年苏联包奇瓦尔等针对这一现象提出了“超塑性”这一术语，并在许许多多有色金属共晶体及共析体合金中，发现了不少的延展性特别显著的特异现象。
70年代的初期，全世界都在追寻金属的超塑性，并已发现170多种合金材料具有超塑性。
在通常情况下，金属的延伸率不超过90%，而超塑性材料的最大延伸率可高达1000%～2 000%，个别的达到6000%。金属只有在特定条件下才显示出超塑性。在一定的变形温度范围内进行低速加工时可能出现超塑性。产生超塑性的合金，晶粒一般为微细晶粒，这种超塑性叫作微晶超塑性。有些金属受热达到某个温度区域时，会出现一些异常的变化，若使这种金属在内部结构发生变化的温度范围上下波动，同时又对金属施力，就会使金属呈现相变超塑性。
四、形成的主要条件
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（直径五微米以下），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。
五、应用前景
超塑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，因此过去只能用于玻璃和塑料的真空成型、吹塑成型等工艺被沿用过来，用以对付难变形的合金。而这时所需的压力很小，只相当于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
4 一次成型，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。
超塑性的铅合金已经商品化，如英国的Supral 100（A—6Cu—0.4Zr）和加拿大的Alcan 08050（AL—5Ca—5Zn）。铝板可在300～600℃时利用超塑性成型为复杂形状，所用模具费用降低至普通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
六、结论
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。现在，各种超塑性合金已经进入大量使用阶段， “超塑性加工”已经发展成为国际上一种相当流行的新工艺。相信在不久的将来，超塑性合金一定能以其优越的性能取代其他的同类产品，成为最为广泛使用的合金！为人类文明的进步做出巨大的贡献！ 【参考文献】
《超塑性及超塑变形机理》 机械工业出版社 《金属与合金的超塑性效应》科学出版社
《相界溶解扩散层 Zn-Al共晶合金的超塑性》 李世春（作者）
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