1、.具有超塑性的鋁合金摘要:本文通過(guò)查閱文獻(xiàn),介紹了鋁合金的超塑性,解釋了超塑性等根本概念，闡述了該合金的制備方法、工藝，同時(shí)結(jié)合文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，討論了超塑性的產(chǎn)生機(jī)理。1.概述金屬或合金在特定組織形貌、形變溫度、形變速度時(shí)，可以呈現(xiàn)異常高的塑性，延伸率可達(dá)百分之幾百，甚至達(dá)百分之一千或幾千以上，這種現(xiàn)象稱為超塑性1。Chokshi等2將其解釋為：超塑性是多晶材料在斷裂前各向同性地顯示高拉伸延伸率的能力。Song Y Q等3將超塑性變形過(guò)程描述為：就微觀而言，其變形物理過(guò)程是以晶粒旋轉(zhuǎn)、晶界滑移、晶界位移為主，同時(shí)伴有位錯(cuò)滑移、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶等協(xié)調(diào)作用的復(fù)雜過(guò)程；就宏觀力學(xué)行為而言，在載荷失

2、穩(wěn)時(shí)不伴隨縮頸產(chǎn)生，在縮頸出現(xiàn)后并不導(dǎo)致斷裂，而是能重新建立起很長(zhǎng)的準(zhǔn)穩(wěn)定變形過(guò)程；就材料參數(shù)而言，m(應(yīng)變速率敏感性指數(shù))值和n(應(yīng)變硬化指數(shù))值越大，n值與(應(yīng)力松弛指數(shù))值越接近，其超塑性越好。具有超塑性的合金包括鋅、鋁、銅合金等等。同時(shí)，某些金屬間化合物、陶瓷以及某些高強(qiáng)度硬脆材料也具有超塑性。應(yīng)變速率敏感指數(shù)(strain rate sensitivity exponent) 指塑性變形時(shí)材料的流變應(yīng)力對(duì)于應(yīng)變速率的敏感性參數(shù)，亦即當(dāng)應(yīng)變速率增大時(shí)材料強(qiáng)化傾向的參數(shù)，其表達(dá)式為：m=dlg/dlg式中為材料的流變應(yīng)力；為應(yīng)變速率。m值是表達(dá)金屬的超塑性特性的極其重要的指標(biāo)。對(duì)于普通金

3、屬材料，m=0.020.2；而對(duì)于許多超塑性金屬材料，m=0.30.9。一般地，m值越大說(shuō)明材料的超塑性越好。關(guān)于超塑性的產(chǎn)生機(jī)理尚不能確定，較為公認(rèn)的有以下三種理論：1微細(xì)晶粒伴隨動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制。此種機(jī)制認(rèn)為超塑性材料在高應(yīng)變速率超塑性加工時(shí)，會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，從而形成微細(xì)晶粒促進(jìn)高應(yīng)變速率超塑性變形。如Al-Mg 系合金在Mg 元素改變其基體的滑移體系的前提下，超塑變形時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成細(xì)小的亞晶粒，之后，亞晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大由小角度向大角度轉(zhuǎn)化形成微細(xì)的晶粒，促進(jìn)了超塑變形進(jìn)展4。2液相調(diào)節(jié)晶界滑移機(jī)制。普遍認(rèn)為晶界滑移GBS是超塑變形的主要機(jī)制，并且應(yīng)變速率敏感系數(shù)m值越高，意味著晶界滑

4、移對(duì)總變形的奉獻(xiàn)也越大. 在材料超塑性流變的晶界滑動(dòng)過(guò)程中，常常在增強(qiáng)物周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，在沒(méi)有微量液相的固態(tài)界面上的應(yīng)力集中很可能不能被調(diào)節(jié)機(jī)制擴(kuò)散流充分釋放，導(dǎo)致在界面上形成過(guò)多空洞和小的延伸率；而在一個(gè)含有適量液相的液/ 固態(tài)中，適量的液相和擴(kuò)散流一起充分釋放應(yīng)力集中的同時(shí)又不過(guò)多地形成空洞，從而提高了應(yīng)變速率與延伸率；但是，當(dāng)液相過(guò)多時(shí)，由于晶界、界面間失去了結(jié)合力，晶粒間便會(huì)形成空洞從而降低延伸率。3包含以上兩種的機(jī)制。此種機(jī)制是一種折中的結(jié)果，其理論認(rèn)為以上兩種機(jī)制其實(shí)不能獨(dú)立成立. 在高應(yīng)變速率超塑變形時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象與適量的液一樣時(shí)存在，兩者相輔相成共同促進(jìn)了超塑變形的進(jìn)展5

5、。在高的退火溫度大于0.5T固相線和低應(yīng)變速率通常是10-5-10-3s-1的情況下，材料的晶粒尺寸小于10m，就會(huì)產(chǎn)生精細(xì)構(gòu)造的超塑性6-7。要使鋁合金產(chǎn)生塑性變形和再結(jié)晶，最常用的方法是使合金的晶粒細(xì)化。在這種情況下，由于1質(zhì)點(diǎn)會(huì)促進(jìn)形核8-9；2當(dāng)加熱到超塑性變形溫度和SPD工藝處理時(shí)，晶界遷移處會(huì)有釘扎作用，多相合金會(huì)形成細(xì)晶構(gòu)造10-12。細(xì)晶構(gòu)造形成的原因是合金中同時(shí)存在粗大的和細(xì)小的微粒。在室溫下，大多數(shù)超塑性鋁合金不具備高的力學(xué)性能。高強(qiáng)度鋁合金，例如AA 7475(或AA7075)，具有高的強(qiáng)度-密度比和優(yōu)異的力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域13。這種合金在超塑性成形的應(yīng)用是

6、很有前景的，但是通過(guò)傳統(tǒng)的高溫鍛造，合金的產(chǎn)量是十分有限的。而且合金A7475超塑性時(shí)的應(yīng)變率很低小于1*10-3s-114。由于PSN工藝,通過(guò)Rockwell技術(shù)處理6可以使該合金的晶粒尺寸到達(dá)10m，在500時(shí)給合金加以非常低的應(yīng)變速率2*10-4s-1，合金的伸長(zhǎng)率可以到達(dá)1000%。較低的應(yīng)變速率限制了超塑性的商業(yè)應(yīng)用，其主要是用于航天工業(yè)和建筑設(shè)計(jì)。高應(yīng)變速率的超塑性，典型的是在10-2s-1以內(nèi)，用于制造大型工件，可用于汽車行業(yè)和消費(fèi)品行業(yè)。每一個(gè)部件的形成時(shí)間可能會(huì)從20min減少到60s甚至低于60s，例如塑料的快速成形、劇烈塑變、粉體技術(shù)和其他工藝可用于細(xì)化高強(qiáng)度鋁基合金晶

7、粒構(gòu)造、增強(qiáng)它的超塑性。然而，這些工藝生產(chǎn)超塑性板材時(shí)，本錢相對(duì)較高，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)。在上述所舉的例子中，傳統(tǒng)的操作工藝中利用熱加工和滾扎，可用于生產(chǎn)高強(qiáng)度超塑性合金的板材。當(dāng)溫度到達(dá)超塑變變形溫度時(shí)，添加鋯可以在晶界處產(chǎn)生釘扎作用8，此類型的合金例如合金SUPRAL Al-Cu-Zr15，此類型合金的板材由熱滾扎、熱處理生產(chǎn)時(shí)，組織中會(huì)有細(xì)絲狀ZrAl3連貫相。在熱軋時(shí)溫度會(huì)導(dǎo)致纖維狀ZrAl3明顯地恢復(fù)原狀，而且不會(huì)發(fā)生連續(xù)的再結(jié)晶。超塑性變形開(kāi)場(chǎng)前，合金中存在帶狀亞晶構(gòu)造。當(dāng)進(jìn)展超塑性變形時(shí)，亞晶粒和最終生成的微細(xì)晶體之間的取向差被高角度晶界隔開(kāi)16。Mikhaylovskaya等人17研究

8、合金材料通過(guò)鋯元素的生成細(xì)微顆粒釘扎在晶界處，并且鎳合金形成粗質(zhì)的共晶體，這種顆粒促進(jìn)了非均勻形核。Al3Ni微粒的存在不會(huì)減少析出硬化效應(yīng)與T相AlMgZnCu沉積的關(guān)系，并且會(huì)使T相均勻分布，同時(shí)會(huì)減少應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的問(wèn)題。2.實(shí)驗(yàn)局部目前，在此領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)高應(yīng)變速率超塑性的方法有多種，總結(jié)起來(lái)具有高應(yīng)變速率超塑性的鋁合金可以分為四類：(1)快速凝固粉末冶金鋁合金；(2)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料或彌散顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；(3)機(jī)械合金化鋁合金；(4)用鑄造方法獲得的鋁合金18。Mikhaylovskaya采用鑄造法制備鋁合金，實(shí)驗(yàn)中用到純度為99%的鋁、95%的鎂、99.96%的鋅以及鋁鎳N

9、i-10%、鋁鋯鋯-3.5%、鋁銅銅-53%合金為原料。澆鑄溫度為810根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，合金的液相線溫度在790-799之間。為了防止?jié)茶T前根本相Al3Zr出現(xiàn)晶粒粗化的現(xiàn)象，澆鑄溫度高于液相線10-20，不能過(guò)高。鑄造的合金尺寸都是100*40*20mm3，放入水冷銅模具中，降溫速率可達(dá)15K/s。通過(guò)將合金裝入石墨坩堝并放入S3型箱式電阻率中，實(shí)現(xiàn)融化。所有的鑄體都經(jīng)過(guò)450、3h和500、3h的調(diào)質(zhì)處理，用直徑為230mm的軋板機(jī)進(jìn)展熱軋80%和冷軋60%。熱軋的溫度為420±10。最終的板材厚度為1mm。基合金的化學(xué)成分是：Al(3.54.5)Zn(3.54.5)Mg(0.6

10、1.0)Cu(2.03.0)Ni(0.250.30)Zr (wt.%)41。實(shí)驗(yàn)中用到了四種合金，如表1所示。合金0、1、2、3號(hào)的鎳含量各不一樣。利用“Setaram Labsys DSC 1600型熱量計(jì)進(jìn)展差示掃描量熱DSC，在20-700可以實(shí)現(xiàn)5/min的加熱速率。利用卡爾蔡司光學(xué)顯微鏡LM的白色光或偏振光來(lái)觀察合金的微觀構(gòu)造。采用掃描電鏡和X射線能譜儀表征合金微觀構(gòu)造和化學(xué)成分。用AZTEC軟件進(jìn)展EBSD分析，EBSD采用20kv電壓步長(zhǎng)為0.4m/step的HKL Nordlys Max型探測(cè)器。樣品在顯微觀察期經(jīng)過(guò)機(jī)械研磨和拋光：拋光是在氯-乙醇電解液電壓為15-20v、1%

11、氫氟酸水溶液或者是陽(yáng)極10%HF在H3BO4水溶液中進(jìn)展的，用來(lái)控制晶粒構(gòu)造。樣品的截面平行于軋制平面。實(shí)驗(yàn)采用超過(guò)200次隨機(jī)切割法，由此測(cè)定平均晶粒尺寸和粒徑大小。試樣在EBSD分析前應(yīng)經(jīng)過(guò)機(jī)械研磨和在A2電解液、15-20v電壓下拋光。掃描的尺寸為80*80mm2,掃描間距為0.4m試樣在表征前做了機(jī)械研磨及拋光處理:拋光是在15-20V氯氣-乙醇電解液中和1%HF酸水溶液中或者是在10%的HF在硼酸水溶液中進(jìn)展陽(yáng)極氧化,用來(lái)控制晶粒構(gòu)造。樣品加工成平行于軋制平面的薄片狀。超過(guò)200次的隨機(jī)割線法用來(lái)測(cè)定樣品的平均晶粒尺寸和晶粒度。將樣品放機(jī)械研磨、在15-20V A2電解液拋光：用來(lái)做

12、EBSD分析，掃描間距為0.4m，掃描尺寸為80*80mm2。在高溫下300-480，用拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)試合金的超塑性。裁剪后的樣品平行于軋制方向，橫截面積為F0=6*1mm2，長(zhǎng)度L0=14mmL0=5.65F0。試樣經(jīng)預(yù)處理：恒定的應(yīng)變速率2*10-3s-1造成50%的變形，以形成重結(jié)晶構(gòu)造。再通過(guò)逐步增加形變量來(lái)測(cè)定其超塑性指標(biāo)。恒應(yīng)變率的準(zhǔn)確性并不小于±3%。應(yīng)力以1.5倍速率增加，根據(jù)計(jì)算的應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率取對(duì)數(shù)，來(lái)計(jì)算應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m。對(duì)應(yīng)最大的m的應(yīng)變速率是最優(yōu)的選擇。采用1*10-3-1*10-1s-1的恒定拉應(yīng)力來(lái)進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。用阿倫尼烏斯方程表示不同溫度、屈服應(yīng)力、

13、不同應(yīng)變速率下，平均活化能Q和應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m的關(guān)系，方程如下：=A1/me-Q/RT式中A-材料常數(shù)，R-氣體常數(shù)，T-溫度。超塑性變形的活化能與指數(shù)m的定義和計(jì)算關(guān)系式如下所示：In()=A+(1/m)In()+Q(1/RT)室溫下，用Zwick Z250型儀器來(lái)進(jìn)展單向拉伸測(cè)試來(lái)測(cè)量試樣的力學(xué)性能。在熱處理淬火、時(shí)效后，樣品尺寸為70*10*1mm3。3.結(jié)果與討論鑄件中存在鋁的固溶體、共晶體Al3Ni以及Zn、Mg的非平衡相，如圖1a所示。均化450的第一步，將溫度控制在Al3Zr非平衡的固相線溫度之下，去溶解非平衡相。第二步500，將溫度設(shè)定在高于非平衡固相線、低于穩(wěn)定的固相線溫

14、度，使Al3Ni相分散。通過(guò)兩次均勻化退火，非平衡相就會(huì)溶解，而Al3Ni成粒狀分散，如圖1b所示。經(jīng)熱軋和冷軋后，鋁固溶體基體上出現(xiàn)大小為1.6±0.2m、均為分布的粒狀A(yù)l3Ni相圖1c。用EDS能譜分析鋁固溶體的化學(xué)成分，結(jié)果為：鋅(3.92 - 4.15%)、鎂(3.81 - -4.05%)、鋯(0.26 - -0.28%)、銅(0.72 -0.79%)，同時(shí)檢測(cè)到存在Al3Zr粒子。添加鋯可以形成連接相的Al3Zr彌散相，增加鋁合金重結(jié)晶的阻力。經(jīng)20min、300-4800.97T熔的退火處理，出現(xiàn)偏析重結(jié)晶的晶粒，如圖1d所示。如表1所示，隨著Ni含量的增加，粒狀相含量

15、增加，而晶粒尺寸減少。實(shí)驗(yàn)中改變合金的應(yīng)變速率，來(lái)測(cè)量屈服強(qiáng)度，合金的應(yīng)力-應(yīng)變函數(shù)如圖2a所示，呈S形，這就說(shuō)明合金具有超塑性。不含鎳的合金開(kāi)場(chǎng)重結(jié)晶時(shí)的晶粒尺寸是最大的，同時(shí)其超塑性較弱：伸長(zhǎng)率只有100-200%，m值大約為0.3。添加了鎳的合金屈服應(yīng)力減少，m值從0.35增加到0.55-0.65，同時(shí)它的伸長(zhǎng)率增加了數(shù)倍圖2。如圖2c和2d所示，當(dāng)鎳元素含量為1%、應(yīng)變速率為1 * 10-2 s-1、溫度440 時(shí)，合金的伸長(zhǎng)率從100%增加到500%。當(dāng)應(yīng)變速率較低2*10-3s-1、溫度為480時(shí)，得到的數(shù)據(jù)與上面一致圖2c。因此，所有的含鎳的合金都有良好的超塑性。當(dāng)合金中鎳含量到

16、達(dá)3%時(shí)，重結(jié)晶構(gòu)造中晶粒尺寸變小，與其他鎳含量的合金相比較，它的性能是最好的。如圖3a、b所示，當(dāng)應(yīng)變速率為1*10-3-2*10-3s-1、溫度480和應(yīng)變速率為2*10-3-6*10-3s-1、溫度為440時(shí)，m值將到達(dá)最大0.5-0.7?？梢缘贸鲎顑?yōu)的實(shí)驗(yàn)溫度為440，此時(shí)在高應(yīng)變速率下合金也具有超塑性。隨著溫度的降低，合金伸長(zhǎng)率的最大值將轉(zhuǎn)移至低應(yīng)變速率處圖4a。但是當(dāng)形變溫度為420時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率為400-500%。應(yīng)變速率在2*10-3到4*10-2s-1范圍內(nèi)，應(yīng)變速率對(duì)伸長(zhǎng)率的影響不大。300時(shí),伸長(zhǎng)率只有200%.但是當(dāng)溫度從380升到400時(shí),伸長(zhǎng)率在應(yīng)變速率為5*10-

17、3s-1時(shí)超過(guò)了300-400%圖4c，屈服應(yīng)力不到20MPa。在溫度低于380時(shí)，合金的屈服應(yīng)力>30MPa顯著增加(圖4d)，同時(shí)m值和最優(yōu)的應(yīng)變速率逐漸減少。因此，合金在380-480的溫度范圍內(nèi)具有超塑性，m的平均值為0.53。超塑性變形的活化能為77.1KJ/mol圖5，這個(gè)值非常接近晶界擴(kuò)散的活化能。因此可以推斷合金的超塑性變形主要是由晶界擴(kuò)散引起的。如圖4a所示，當(dāng)溫度為440、應(yīng)變速率為1*10-2-4*10-2s-1時(shí)，合金斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率可達(dá)800%，它的屈服強(qiáng)度約為20MPa圖4b。甚至當(dāng)應(yīng)變速率升到1*10-1 s-1時(shí)，伸長(zhǎng)率也高達(dá)450%。應(yīng)當(dāng)注意的是，這些合金

18、是通過(guò)傳統(tǒng)的軋制、熱處理方法、恒應(yīng)變速率來(lái)制備的。顯而易見(jiàn)的，屈服應(yīng)力在低應(yīng)變速率下將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，隨著應(yīng)變?cè)黾樱鼘?huì)少量地減少圖2d和圖4b，特別是應(yīng)變速率較高時(shí)1*10-2-1*10-1s-1。屈服應(yīng)力的峰值低于微觀研究中的數(shù)值，這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)重結(jié)晶的同時(shí)屈服應(yīng)力也會(huì)降低。在應(yīng)變區(qū)域，屈服應(yīng)力逐漸減少。圖6表示EBSD取向圖譜a-e，在合金試樣分別進(jìn)展50%、100%、200%和400%的超塑性變形之后，進(jìn)展440、20min的退火，觀察其晶界取向角度的分布，如圖6f-j所示。由于合金中添加了鋯，當(dāng)溫度加熱到440時(shí)，構(gòu)造中出現(xiàn)了局部地重結(jié)晶圖6a、f。高角度晶界的重結(jié)晶晶粒的體積分?jǐn)?shù)為

19、0.35，重結(jié)晶晶粒的平均尺寸約為2.4m圖6a。當(dāng)超塑性形變量由50%升至400%時(shí)，重結(jié)晶所占的體積比由0.35逐漸增加至0.92表2。當(dāng)超塑變的形變量到400%時(shí)，平均晶粒尺寸為1.8m，這說(shuō)明晶粒構(gòu)造具有良好的熱穩(wěn)定性。當(dāng)產(chǎn)生超塑性變形時(shí)，重結(jié)晶的晶粒尺寸從2.4減為1.8m，這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)重結(jié)晶過(guò)程對(duì)它產(chǎn)生了影響。此外，當(dāng)形變量為50%、100%，經(jīng)過(guò)屢次加工的試樣構(gòu)造增強(qiáng)圖6a-c，當(dāng)超塑性形變量為200%、400%圖6d、e時(shí)，錯(cuò)取向?qū)?huì)朝著減弱構(gòu)造的方向分布。這可能是因?yàn)槌苄宰冃魏?，重結(jié)晶產(chǎn)生PSN效應(yīng)或者晶界產(chǎn)生了滑移。通常情況下經(jīng)過(guò)超塑性變形的細(xì)小晶粒內(nèi)不存在位錯(cuò)活動(dòng)，而有

20、些情況除外。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)超塑變的變形量為200%、400%時(shí)，可以觀察到粗糙的Al3Ni相附近存在大量的位錯(cuò)活動(dòng)圖7。位錯(cuò)呈線性排列，如圖7b所示52。經(jīng)400%的超塑變變形量，重結(jié)晶所占的體積比高達(dá)90%。高的位錯(cuò)密度可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，而動(dòng)態(tài)重結(jié)晶會(huì)使晶粒尺寸變?yōu)槌?xì)，同時(shí)能提供優(yōu)良的超塑性。因此，高的伸長(zhǎng)率和高的應(yīng)變速率可以能是因?yàn)楹辖鹬型瑫r(shí)存在粗質(zhì)Al3Ni共晶體和Al3Zr彌散相。Al3Ni粒子能夠促進(jìn)非均勻成核，所以大量晶核能附著在該粒子處結(jié)晶。當(dāng)溫度升高至超塑性變形的溫度時(shí)，Al3Zr彌散相能夠阻礙局部再結(jié)晶。與此同時(shí)，進(jìn)展超塑性變形時(shí)，會(huì)抑制晶粒的長(zhǎng)大。細(xì)晶構(gòu)造和高晶界密度

21、，利于晶界產(chǎn)生滑移，同時(shí)動(dòng)態(tài)重結(jié)晶會(huì)產(chǎn)生新的微細(xì)晶粒和高角度晶界，這些因素也會(huì)對(duì)晶界滑移有利。產(chǎn)生超塑性形變時(shí)，晶界擴(kuò)散、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)重結(jié)晶三種相互協(xié)調(diào)，共同作用，產(chǎn)生晶界滑移。鎳含量為1-3%的AlZnMgCuZr合金具有超塑性。此外，隨著鎳含量1-3%的增加，粗質(zhì)的Al3Ni共晶體相的體積比會(huì)增大，從而導(dǎo)致晶粒尺寸減小、超塑性的伸長(zhǎng)率增大。當(dāng)拉伸試驗(yàn)的條件：鎳含量為3%、溫度為440、恒定應(yīng)變速率低于1*10-2s-1時(shí)，伸長(zhǎng)率超過(guò)800%，當(dāng)應(yīng)變速率為1*10-1s-1時(shí)，伸長(zhǎng)率為450%。在室溫下，合金的屈服強(qiáng)度為570MPa，極限抗拉強(qiáng)度為610MPa。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，在超塑性變形之前，

22、由于高強(qiáng)度合金出現(xiàn)了局部的重結(jié)晶晶粒，導(dǎo)致合金產(chǎn)生了高應(yīng)變速率的超塑性。由于動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，當(dāng)進(jìn)展超塑性變形時(shí)，生成的晶粒的尺寸約為2m。WANG L.Y等人19對(duì)工業(yè)用AZ31B鎂合金Al-2.92,Zn-1.01 ,M-0.34其余為Mg做熱拉伸試樣溫度為723K，拉伸速率為1*10-3s-1,得到的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，如圖8所示。通過(guò)圖8可以得出，在熱拉伸條件為溫度為723K，拉伸速率為1*10-3s-1時(shí)，合金的伸長(zhǎng)率最大可達(dá)216%，說(shuō)明AZ31B鎂合金同樣具有圖8 AZ31B合金的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線超塑性。X黎明等人20采用鑄造法制備Al-5.60Mg-0.30Zr-0.07Cr-0.1

23、6其余為Mn合金，并通過(guò)擠壓工藝制備出合金管材。制備工藝流程如圖9所示。同時(shí)根據(jù)一系列的拉伸試驗(yàn)，得到試樣室溫下的拉伸性能和高溫下的超塑性性能，如表3所示表3 試樣的室溫拉伸性能和高溫超塑性拉伸性能圖9.試樣的工藝流程通過(guò)表3我們可以看出，一樣條件下退火態(tài)的塑性要優(yōu)于冷變形的塑性，這是因?yàn)橥嘶鹂梢允购辖鸬幕瘜W(xué)成分及組織均勻化、晶粒細(xì)化，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，使材料的硬度降低、塑性增強(qiáng)。還能看到，退火態(tài)的合金在溫度為500-520、應(yīng)變速率為8*10-4s-1時(shí)，合金的伸長(zhǎng)率高達(dá)500%，m值為0.41，說(shuō)明合金具有良好的超塑性。在掃描電鏡下觀察試樣的常溫拉伸、高溫拉伸的斷口外表形貌，如圖10所

24、示。圖10常溫拉伸斷口形貌a和高溫拉伸斷口形貌b圖10a中可以看到，常溫拉伸斷口形貌處存在大量韌窩和細(xì)小的第二相，這是穿晶斷裂具有的特點(diǎn)。裂紋萌生于第二相細(xì)顆粒處，經(jīng)擴(kuò)展后斷裂。而b圖中沒(méi)有出現(xiàn)韌大量的窩構(gòu)造，存在大量深坑，深坑處可看見(jiàn)晶界構(gòu)造，說(shuō)明試樣以是沿晶斷裂的方式斷開(kāi)的。對(duì)圖b形貌的解釋為：高溫會(huì)導(dǎo)致合金產(chǎn)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生新的晶粒，由于試樣中存在第二相、加工的變形不均勻性等因素，就會(huì)導(dǎo)致重結(jié)晶晶粒尺寸細(xì)小，晶界增多。在高溫超塑性變形過(guò)程中，晶界滑動(dòng)在晶界臺(tái)階、第二相粒子等處受阻，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，這時(shí)，啟動(dòng)位錯(cuò)滑移和擴(kuò)散蠕變協(xié)調(diào)機(jī)制，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，變形得以繼續(xù)。然而，隨變形率增大

25、，晶界滑移受阻嚴(yán)重，就會(huì)在受阻處產(chǎn)生小的空洞，隨著形變的繼續(xù)，空洞數(shù)量增加，尺寸增大，最終聚集、擴(kuò)展而導(dǎo)致沿晶破斷。這也是該合金產(chǎn)生超塑性的原因。4.結(jié)論采用鑄造法制備的鋁合金在高溫下具有超塑性，有的鋁合金經(jīng)過(guò)處理，伸長(zhǎng)率高達(dá)1000%6，它是一種典型的超塑性材料。而關(guān)于超塑性產(chǎn)生的機(jī)理，所有文獻(xiàn)都無(wú)一例外地提到：在熱塑變過(guò)程中，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、溫度等因素產(chǎn)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，生成新的晶粒，由于第二相、加工的變形不均勻性等因素導(dǎo)致新生晶粒尺寸普遍較小。細(xì)晶構(gòu)造和高晶界密度等因素，對(duì)晶界產(chǎn)生滑移十分有利，從而使合金的伸長(zhǎng)率即塑性大幅提升。參考文獻(xiàn)1Wu S D，Theory of Metal Superpl

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