《先进材料超塑成形技术》简介

<正>由国家科学技术学术著作出版基金资助的《先进材料超塑成形技术》一书已由科学出版社出版并发行。该书阐述了超塑成形的一些基本问题,诸如超塑性的概念与分类、超塑性简史、超塑变形的力学特性及组织变化和超塑性的发展方向,重点介绍了得到广泛应用的组织超塑性的条件、机制和主要的材料种类;详     

超塑成形理论与实践——王仲仁教授在超塑性研究领域的贡献

回顾了王仲仁教授在超塑性研究领域的一系列重要研究成果。Sn-Pb共晶超塑性材料薄壁管复合加载实验表明,在复杂应力状态下超塑材料遵守Mises屈服准则,并与Tresca屈服准则也接近,给出了超塑材料在应变速率强化条件下的屈服轨迹;研究了超塑变形过程中晶粒和孔洞的长大规律及其对变形中流动应力的影响,导出了包含晶粒长大和孔洞长大影响的超塑性本构关系;提出了测定超塑材料摩擦系数的理论校准曲线和应变速率敏感性指数的变截面拉伸试验法;开发了带有动凸模的微机控制的1000kN超塑成形机,研制了当时国内最大的微机控制的5000kN超塑成形机;在模具型腔超塑成形研究方面,成功挤压了130型汽车连杆锻模,是迄今为止尺寸最大的超塑成形模具钢型腔。     

材料超塑性研究的现状与发展

对20世纪90年代以来国内外超塑性的研究工作进行了介绍和评述.主要介绍了新的超塑材料的开发及超塑性的应用,概述了国内外超塑性研究的最新进展,并对超塑性研究的热点问题进行了评述,重点评述了用超塑成型方法制作大型铝合金汽车零件、用分子动力学模拟超塑变形中的晶界滑动、新材料和纳米材料的超塑性开发及超塑微成形的研究等国内外超塑性研究的新进展.展望了超塑性的发展趋势,指出应开发材料的低温或高速超塑性,重视超塑性流动过程的理论研究,进一步拓展超塑性的应用领域.     

00Cr25Ni7Mo3WuCuN双相不锈钢超塑性成形

采用自行设计制造的恒温热拉伸装置,对双相不锈钢的超塑性能进行系统的研究,确定了双相不锈钢的超塑成形工艺参数。利用气胀成形的方法进行双相不锈钢的超塑成形试验,经过一道次成形出两种形状比较复杂的制品。试验表明该双相不锈钢材料具有良好的超塑成形性能。     

TC4钛合金激光焊/超塑成形四层结构显微组织分析

成功采用激光焊/超塑成形组合工艺制作四层板结构件,分析了超塑性变形前后激光焊缝显微组织变化及其原因,并与扩散焊/超塑成形组合工艺制作的四层板结构件组织结构进行了对比.结果表明:激光焊缝组织发生α'→α+β转变,并在应力应变作用下细长针状组织转变成粗短的层状组织,使焊缝具有承受超塑性变形的能力,同时有利于降低接头的脆性和硬度,提高零件的使用寿命;与扩散焊/超塑成形组合工艺相比,激光焊/超塑成形组合工艺大大降低了零件加工过程的高温持续时间,减小了工件的晶粒尺寸.     

镁合金汽车轮毂预制坯超塑成形研究

研究了铸态AZ80A镁合金汽车轮毂预制坯的超塑成形,通过实验验证了该合金超塑性成形的最佳工艺参数为:成形温度410℃、应变速率0.01 s-1;在选定成形参数的基础上制订了超塑成形工艺,等温挤压成形出合格的汽车轮毂预制坯试样;通过对轮毂预制坯成形前后的微观组织的对比分析发现,在预制坯成形过程中AZ80A镁合金发生了动态再结晶,形状不规则的粗大铸态晶粒通过挤压成形变成了晶粒细小的等轴晶,枝晶状的β相被破碎,沿轴向等轴晶呈带状分布,形成了纤维织构。通过试样检测发现,等温成形轮毂预制坯的综合力学性能良好,特别是轴向力学性能更为突出,这是因为成形后的晶粒细化和纤维织构形成。     

TB5钛合金构件的超塑成形和点焊

介绍了采用超塑成形工艺研制TB5钛合金飞机构件的基本状况,分析了TB5钛合金超塑成形特点,提出了超塑成形+时效+点焊研制飞机构件的工艺方法.     

纳米陶瓷超塑加工成形的研究进展

在对纳米陶瓷超塑性拉伸研究进行总结的基础上 ,综述了陶瓷超塑成形的研究进展情况。指出 :陶瓷材料由于其超塑特性 ,所以能够用各种现有的金属塑性成形方法来成形。最佳成形温度范围大约在 12 0 0℃～ 15 0 0℃之间 ,最佳晶粒平均直径为 10 0nm～ 2 0 0nm。     

飞机钛合金整体结构的超塑成形／焊接组合工艺技术

30多年的研究应用表明,超塑成形/焊接整体结构在降低飞机结构重量、提高结构完整性和承载效率方面具有独特的技术优势,对现代飞机结构设计和制造产生了深远的影响.文内详细阐述了超塑成形整体结构特点及工艺过程,综述了近年来钛合金超塑成形整体结构制造技术在航空领域的发展应用现状,并介绍了中国超塑成形整体结构的研制和应用进展情况.最后指出,新材料、新结构的超塑成形/焊接组合工艺在未来新型飞机和航天飞行器上的应用前景广阔,激光焊与超塑成形的新型组合工艺将会成为重要的超塑整体结构制造技术.     

超塑成形工艺对TC21合金超塑性的影响

分析对比了一步与两步超塑成形法对未经特殊细化的TC21钛合金超塑性和显微组织的影响。研究结果表明:在变形温度为870~930℃范围内,两步超塑成形伸长率明显好于一步超塑成形。在变形温度为870℃,第1步和第2步应变速率均为3.3×10-4s-1,预应变量为50%,间隙保温时间为20 min时,两步超塑成形的伸长率达到最大值为438.60%,和恒应变速率的一步超塑成形相比,伸长率提高了74.72%。真应力-应变曲线表明:两步超塑成形时,第2步开始时的应力明显小于第1步结束时的应力,第1步变形对金属产生了一定的软化作用。显微组织显示:动态再结晶一直伴随着整个两步超塑性变形过程,再结晶行为的发生为塑性变形提供了细小等轴组织,有利于该合金超塑性的提高。     

超塑性变形与孔洞断裂

孔洞损伤是超塑变形的普遍现象，它严重影响了超塑成形的构件的力学性能和材料塑性的充分发挥。本文评述了超塑材料孔洞断裂研究的现状，介绍了孔洞形核，长大和连接的理论模型，并与实验结果进行比较。最后，讨论了背压，外电场对超塑变形孔洞的影响。     

超塑成形机床液压与气动控制系统的优化分析

为解决传统超塑成形机床液压力与气动加载力无法同步变化的问题,将超塑成形机床作为研究对象,构建超塑成形机床液压与气动控制系统;同时对设定系统技术参数,对检测装置、比例阀等主要工作部件与控制部件进行选型;基于超塑成形工艺要求,设计PLC控制程序,再在气动系统中采用线性插值法实现压力补偿,按照预定参数值进行压力输出与调整,确保环境温度与压力值全程处于正常区间,从而实现了原理先进、功能完善、操作简单的超塑成形机床液压与气动控制系统。经企业实践应用,确认该系统可使超塑成形机床液压力跟随气动加载力同步变化,各工序内作业效果良好,具有参考价值。     

7A04铝合金复杂零件的超塑性成形工艺研究

用超塑性成形工艺对外侧表面带凸耳的空心圆锥体铝合金(7A04)零件进行了成形试验，通过分析和试验确定了合理的超塑成形工艺和模具结构。该零件须分两步进行超塑成形：先成形空心圆锥体，再成形凸耳；超塑性成形工艺制造该零件比原机加工工艺简单，节省材料超过60％。     

氮化硅陶瓷超塑拉深成形规律研究

以非晶氮化硅纳米陶瓷粉体为初始材料,以纳米氧化钇和氧化铝为助剂液相烧结获得超塑性陶瓷块体材料,在1550℃的低温条件下,实现氮化硅陶瓷的超塑性成形。利用描述超塑性材料的Backofen方程,建立陶瓷超塑性成形的刚粘塑性有限元模型,并与实验研究相结合,研究氮化硅陶瓷在不同条件下超塑性拉深成形过程中,成形体径向和厚度方向的尺寸变化,得到了氮化硅陶瓷超塑性拉深成形过程厚度和径向尺寸改变的基本规律。     

络筒机用铝合金槽筒的超塑成形研究

针对络筒机用铝合金槽筒的结构和技术特点,采用超塑成形的加工方法,研究络筒机用铝合金槽筒超塑成形工艺和参数选择原则,并对成形模具的设计和使用要点进行阐述。结果表明,采用超塑成形工艺可以节约材料20%以上,节约能源30%,节约设备投资50%以上,并且可以减少工序,缩短生产周期。     

面向超塑成形工艺的数字孪生系统研究

为解决超塑成形工艺中热-力-气多物理场集成控制的难题,提升轻量化多层复杂结构件的成形质量、生产效率和产品一致性,通过信息技术与材料、工艺及设备的融合,开发了一种超塑成形工艺数字孪生系统。研究了超塑成形生产单元的物理模型、基于工艺流程的数字孪生体建模、基于边缘网关的多源异构数据采集存储、工艺数据库和数据可视化等关键技术。最后,在自主研发的8000 kN超塑成形/扩散连接设备上开展了实验验证,完成了TC4钛合金半球成形全过程,实现了对超塑成形设备和工艺的可视化监测与控制。为实现超塑成形工艺的数字化、自动化、智能化提供了途径和方法。     

TC6钛合金的超塑变形机制研究

提出了一种全新的超塑性研究方法：基于m值的高效超塑变形机制。采用该方法对TC6钛合金进行高温拉伸实验,研究其超塑性能,并与最大m值法超塑性进行比较分析。实验结果表明,细晶组织的该合金具有优良的超塑性,最佳变形温度在900℃,最大m值超塑变形可以获得20倍的最大延伸率;基于m值的高效超塑变形可以显著提高超塑成形效率,在获得延伸率为16.96倍的优良超塑性前提下,成形效率可提高13倍。     

钛合金超塑成形／扩散连接技术在飞机结构上的应用

70年代初发展起来的钛合金超塑成形／扩散连接技术，即SPF/DB(SuperplasticFormingandDiffusionBonding)技术，利用社合金在特定的显微组织、温度及拉伸量下，其延伸率超过100％，甚至可达1000％的特性，进行超塑成形；在同等条件下，通过原子间相互扩散而起到连接作用。由于超塑成形与扩散连接外部条件一致，SPF与DB组合即SPFQB技术．铁合金起塑成形在超塑温度和专用的SPFpB机床上，用惰性气体，将工件在封闭的模具内吹塑成形．利用SPFDB技术，可以克服钛合金冷加工工艺性差、成形困难的缺点，成形出整体的无连接件形状复杂的…     

钛合金超塑板制备研究进展

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术为钛合金在航空航天领域的应用打开了一条通道,该技术的发展也对所需的钛合金超塑板提出了更高的要求。介绍了国内外在TC4钛合金超塑板、新型钛合金低温超塑板和新型短时高温钛合金超塑板方面的研究进展。指出,我国经过三十多年的持续技术攻关和应用经验积累,钛合金超塑板的生产技术水平基本与国际先进水平同步,尤其是自主研发的特种轧制技术,能够有效控制钛合金超塑性板材的晶粒度和各向异性,保证后续SPF/DB工艺的需要。最后对我国钛材研发企业提出了几点建议,指出了未来钛合金超塑板研究的工作重点。     

一种超塑成形设备的控制与应用

超塑成形是制造难变形材料复杂零部件的一种精密成形技术,超塑成形设备通过温度加热和测控系统以及成形速度和压力控制系统,使特殊材料在温度和气压作用下发生超塑变形。