摘要：
金屬超塑性的定義
超塑性是指材料在一定的內(nèi)部（組合）條件（如晶粒形狀及尺寸、變相）和外部（環(huán)境)條件下（如溫度、應(yīng)變率等），呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能（例如大的延伸率）的現(xiàn)象。
超塑性的歷史及發(fā)展
超塑性現(xiàn)象最早的報道是在1920年，ROSENHAIN等發(fā)現(xiàn)Zn-4Cu-7Al合金在低速彎曲時，可以彎曲近180度。1934年，英國的C.P.PEARSON發(fā)現(xiàn)Pb-Sn共晶合金在室溫低速拉伸時可以得到2000%的延伸率。但是由于第二次世界大戰(zhàn)，這方面的研究沒有進行下去。1945年前蘇聯(lián)的A.A.BOCHVAR等發(fā)現(xiàn)Zn-Al共析合金具有異常高的延伸率并提出"超塑性"這一名詞。1964年，美國的W.A.BACKOFEN對Zn-Al合金進行了系統(tǒng)的研究，并提出了應(yīng)變速率敏感性指數(shù)-m值這個新概念，為超塑性研究奠定了基礎(chǔ)。六十年代后期及七十年代，世界上形成了超塑性研究的高潮。
從六十年代起，各國學(xué)者在超塑性材料、力學(xué)、機理、成形等方面進行了大量的研究，并初步形成了比較完整的理論體系。 特別引人注意的是，近幾十年來金屬超塑性已在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中獲得了較為廣泛的應(yīng)用。一些超塑性的Zn合金、Al合金、Ti合金、Cu合金以及黑色金屬等正以它們優(yōu)異的變形性能和材質(zhì)均勻等特點，在航空航天以及汽車的零部件生產(chǎn)、工藝品制造、儀器儀表殼罩件和一些復(fù)雜形狀構(gòu)件的生產(chǎn)中起到了不可替代的作用。同時超塑性金屬的品種和數(shù)量也有了大幅度的增加，除了早期的共晶、共析型金屬外，還有沉淀硬化型和高級合金；除了低熔點的Pb基、Sn基和著名的Zn-Al共析合金外，還有Mg基、Al基、Cu基、Ni基和Ti基等有色金屬以及Fe基合金（Fe-Cr-Ni，F(xiàn)e- Cr等）、炭鋼、低合金鋼以及鑄鐵等黑色金屬，總數(shù)已達(dá)數(shù)百種。除此之外，相變超塑性、"先進材料"（ 如金屬基復(fù)合材、金屬間化合物、陶瓷等）的超塑性也得到了很大的發(fā)展。
近年來超塑性在我國和世界上主要的發(fā)展方向主要有如下三個方面：
1. 先進材料超塑性的研究，這主要是指金屬基復(fù)合材料、金屬間化合物、陶瓷等材料超塑性的開發(fā)，因為這些材料具有若干優(yōu)異的性能，在高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而這些材料一般加工性能較差，開發(fā)這些材料的超塑性對于其應(yīng)用具有重要意義；
2. 高速超塑性的研究：提高超塑變形的速率，目的在于提高超塑成形的生產(chǎn)率；
3. 研究非理想超塑材料（例如共貨態(tài)工業(yè)合金）的超塑性變形規(guī)律，探討降低對超塑變形材料的苛刻要求，而提高成形件的質(zhì)量，目的在于擴大超塑性技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其發(fā)揮更大的效益。
典型的超塑性材料
目前已知的超塑性金屬及合金已有數(shù)百種，按基體區(qū)分，有Zn、Al、Ti、Mg、Ni、Pb、Sn、Zr、Fe基等合金。其中包括共析合金、共晶、多元合金、高級合金等類型的合金。
超塑性的應(yīng)用
由于金屬在超塑狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動應(yīng)力，極大的活性及擴散能力，可以在很多領(lǐng)域中應(yīng)用，包括壓力加工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等方面。
超塑性壓力加工方面的應(yīng)用
超塑性壓力加工，屬于粘性和不完全粘性加工，對于形狀復(fù)雜或變形量很大的零件， 都可以一次直接成形。成形的方式有氣壓成形、液壓成形、擠壓成形、鍛造成形、拉延成形、無模成形等多種方式。其優(yōu)點是流動性好，填充性好，需要設(shè)備功率噸位小，材料利用率高，成形件表面精度質(zhì)量高。相應(yīng)的困難是需要一定的成形溫度和持續(xù)時間，對設(shè)備、模具潤滑、材料保護等都有一定的特殊要求。
相變超塑性在熱處理方面的應(yīng)用
相變超塑性在熱處理領(lǐng)域可以得到多方面的應(yīng)用，例如鋼材的形變熱處理、滲碳、滲氮、滲金屬等方面都可以應(yīng)用相變超塑性的原理來增加處理效應(yīng)。相變超塑性還可以有效的細(xì)化晶粒，改善材料品質(zhì)。
相變超塑性在焊接方面的應(yīng)用
無論是恒溫超塑性和相變超塑性都可以利用其流動特性及高擴散能力進行焊接。 將兩塊金屬材料接觸，利用相變超塑性的原理，即施加很小的負(fù)荷和加熱冷卻循環(huán)即可使接觸面完全粘和，得到牢固的焊接，我們稱之為相變超塑性焊接--TSW。這種焊接由于加熱溫度低（在固相加熱），沒有一般熔化焊接的熱影響區(qū)，也沒有高壓焊接的大變形區(qū)，焊后可不經(jīng)熱處理或其它輔助加工，即可應(yīng)用。 相變超塑性焊接（TSW）所用的材料，可以是鋼材、鑄鐵、Al合金、Ti合金等。焊接對偶可以是同種材料，也可以是異種材料。原則上具有相變點的金屬或合金都可以進行超塑性相變焊接。 非金屬材料的多形體氧化物，如有代表性的陶瓷，ZrO2，MgAl04/Al203，MgO/BeO，MgCr04等同素異形轉(zhuǎn)變，共晶反應(yīng)，固溶體反應(yīng)的材料等都可以發(fā)生相變超塑性，可以進行固相焊接。
相變誘發(fā)塑性--TRIP的應(yīng)用
根據(jù)TRIP的特性，可在許多方面獲得應(yīng)用。實際上在熱處理及壓力加工方面已經(jīng)在不自覺的應(yīng)用了。例如淬火時用卡具校形，在緊固力并不太高的情況下能控制馬氏體轉(zhuǎn)變時的變形，即應(yīng)時TRIP的作用。有些不銹鋼（AISI301）在室溫壓力加工時可以得到很大的變形，其中就有馬氏體的誘發(fā)轉(zhuǎn)變。如果在變形過程中能夠控制溫度、變形速度及應(yīng)變量，使馬氏體徐徐轉(zhuǎn)變，則會得到更良好的效果。
在改善材質(zhì)方面，有些材料經(jīng)TRIP加工，可以在強度、塑性和韌性等方面獲得很高的綜合機械性能。
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