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。     

《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;详细介绍了作者关于钛合金、高温合金、铝合金与镁合金、超细晶陶瓷、铌硅难熔合金、镍基纳米复合材料和金属间化合物等若干种先进材料的超塑性能、超塑成形方法和复杂形状零件成形工艺的研究结果。     

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.     

工业牌号铝合金的超塑性能及微观组织演化特征

采用实验方法研究国外广泛用于汽车车身板件冷冲压成形的工业牌号铝合金板材AA5182和6016的超塑性能,以及超塑变形中微观组织的演化特征。通过超塑性单向拉伸试验、材料变形前后的微观组织观察和自由胀形试验,揭示出铝合金AA5182具有一定的超塑性能,而铝合金6016的超塑性能很低。铝合金AA5182在温度为375℃、应变速率为1.67×10-3/s时,材料的延伸率达到210%,m值达到0.25;在温度为500℃、应变速率为1.67×10-2/s时,材料延伸率达到225%,m值达到0.35。     

国产5083铝合金复杂零件超塑性成形工艺研究

针对国产工业铝合金超塑成形件性能不佳以及成形效率低的问题,本文以地铁用门立柱罩零件作为研究对象,对5083工业铝合金零件超塑成形工艺进行了研究。首先对国产5083工业铝合金进行了热拉伸试验,得到了不同温度和应变速率下材料的伸长率。然后利用MARC有限元软件对不同应变速率下的门立柱罩超塑成形过程进行有限元模拟,得到了应变速率对成形件减薄率以及成形效率的影响。最后结合模拟结果,在成形温度535℃和应变速率1.31×10-3s-1下利用有限元软件输出的压力-时间曲线成功地超塑性成形出门立柱罩零件,成形件的复杂难成形区域完全填充,过渡平滑,完全达到立柱罩零件质量要求,提高了成形效率。     

TC21合金超塑性本构关系的BP人工神经网络模型

TC21合金是一种高强、高韧、高损伤容限型两相钛合金,具有极佳超塑成形性能。建立合理的超塑性本构关系,对了解该合金的超塑性变形特征以及超塑性成形工艺优化有着重要的指导作用。本文对TC21合金在Gleeble1500热模拟试验机上进行了超塑性等温压缩变形试验。结果表明,随着温度的升高或应变速率的降低,材料的流变应力显著降低,动态再结晶是其主要的软化机制。根据所获得的实验数据,应用BP人工神经网络建立了TC21合金的超塑性本构关系模型,较好地反映了TC21合金的超塑变形过程中流动应力的变化规律。     

《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     

工业铝合金5182和6016的超塑性研究

研究了普通冷冲压成形的工业铝合金 5 182和 6 0 16的超塑性能。经超塑单向拉伸试验和自由胀形试验表明 ,铝合金 5 182在温度为 5 0 0℃ ,应变速率为 8 33× 10 - 3 s时 ,材料的伸长率达到 2 0 0 % ,应变速率敏感性指数m值达到0 2 4 ,具有一定的超塑性 ;而 6 0 16合金在 5 0 0℃时的伸长率为 89% ,应变速率敏感性指数m值为 0 13,超塑性较差     

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。     

GCr15钢的超塑成形

本文研究GCr15钢实现超塑性的变形条件,并应用于模具成形。该钢在690～720℃变形温度范围内和较宽的应变速率范围内具有很好的超塑性能。在最佳变形条件下对M12六方螺母冷镦模进行超塑成形,可一次成形出精度较高的模具。证明其有较好的应用效果。     

Cavitation behavior in superplastic 5083 Al alloy during multiaxial gas blow forming with lubrication

Despite its importance for industrial applications, the effect of lubrication on the cavitation behavior of superplastic materials has been given little attention. In this paper, a series of experiments were performed regarding bulging superplastic 5083 Al alloy sheet into dies with a cylindrical (cup) and rectangular (pan) die cavity for forming with and without lubrication, the formed parts were then evaluated to determine the effect of lubrication on the cavitation level evolution, thickness distribution, and void distribution. It was found that void shrinkage took place in the overlaid region for both forming with and without lubrication. The maximum void volume fraction could be effectively reduced for forming with lubrication; however, reductions in the maximum void volume fractions for cup forming were less significant than those for pan forming.     

大块非晶态合金成形技术研究现状

介绍了两种非晶态合金材料成型技术的研究状况,一是超塑性精密净成形,另一是近净铸造成形技术.对其适应性做了评述:认为超塑性成形要求的温度区间很窄,应变速率很低,限制了它的进一步应用;近净铸造成形技术在较大尺寸非品器件成形方面具有更大优势,但其理论和应用研究尚需深入.     

钛合金针状焊缝组织的超塑性变形机理

钛合金激光焊缝是非理想的针状组织,对其超塑性变形机理的研究可进一步推进钛合金LBW/SPF技术的实际应用,也对材料成形机理的发展具有一定意义.研究结果表明,TC4钛合金激光焊接试样具有良好的超塑性变形能力,在变形过程中,焊缝发生两次重要的组织转变,即针状组织片层化和片层组织等轴化的组织转变.片层组织在应力作用下,通过断裂、解体和等轴化的过程而转变成等轴晶粒.片层断裂的主要机制是动态再结晶和应力挤压作用;片层解体的主要机制是晶界滑动和转动作用,接头组织的塑性流动机理为晶粒滚动和晶界滑动机理.     

7A04铝合金复杂零件超塑性成形研究

在对空心圆锥体外侧表面带凸耳的7A04铝合金零件超塑性成形结构工艺性分析的基础上，进行模具设计和超塑性成形试验。结果表明：该零件在超塑性成形过程中，金属将同时向凸耳和空心圆锥体模腔内流动充型，导致变形阻力增大而无法成形；必须分两步进行超塑成形：先成形空心圆锥体，再成形凸耳。与原机加工工艺相比，超塑性成形该零件的工艺简单，节省材料60％以上。     

大块非晶合金超塑性变形的研究现状与发展

文章对国内外非晶合金超塑性基本性能的研究工作进行了介绍和评述。根据材料成形工艺的要求,提出了非晶合金超塑性成形研究的内容。介绍了非晶合金超塑性拉伸实验和压缩实验的研究进展,分析了温度和成形速率对变形的影响,介绍了粘度的影响因素,对这些研究内容和热点问题进行了评述。展望了非晶合金超塑性研究的发展趋势,提出应加强非晶合金超塑性流动过程的理论研究。     

铝合金覆盖件快速超塑性成形技术

快速超塑性成形技术是将热冲压和超塑气胀成形集成复合的新型工艺,通过对该工艺过程研究以及对复合工模具的优化设计,采用商用供货态工业铝合金5083板材成形出了某型号乘用车的引擎盖。结果表明,这种集成复合的快速超塑性成形技术工艺先进,切实可行。     

Effects of Tool Rotation Rates on Superplastic Deformation Behavior of Friction Stir Processed Mg-Zn-Y-Zr AlloyEI北大核心CSCD

Compared to conventional Mg-Al and Mg-Zn system magnesium alloys, the Mg-Zn-Y-Zr heat-resistant alloy exhibits high thermal stability due to the addition of Y earth element, which is an ideal candidate for producing high strain rate superplasticity (HSRS, strain rate >= 1 x 10(-2) s(-1)). Recently, the HSRS of Mg-Zn-Y-Zr alloy was achieved by friction stir processing (FSP), because the FSP resulted in the generation of fine and equiaxed recrystallized grains and fine and homogeneous second phase particles. However, the study on superplastic deformation mechanism of FSP Mg-Zn-Y-Zr alloy at various parameters is limited relatively. Therefore, at the present work, six millimeters thick as-extruded Mg-Zn-Y-Zr plates were subjected to FSP at relatively wide heat input range of rotation rates of 800 r/min to 1600 r/min with a constant traverse speed of 100 mm/min, obtaining FSP samples consisting of homogeneous, fine and equiaxed dynamically recrystallized grains and fine and uniform Mg-Zn-Y ternary phase (W-phase) particles. With increasing rotation rate, within the FSP samples the W-phase particles were broken up and dispersed significantly and the recrystallized grains were refined slightly, while the fraction ratio of the high angle grain boundaries (grain boundaries misorientation angle >= 15 degrees) was increased obviously. Increasing rotation rate resulted in an increase in both optimum strain rate and superplastic elongation. For the FSP sample obtained at 1600 r/min, a maximum elongation of 1200% was achieved at a high-strain rate of 1x10(-2) s(-1) and 450 degrees C. Grain boundary sliding was identified to be the primary deformation mechanism in the FSP samples at various rotation rates by superplastic data analyses and surfacial morphology observations. Furthermore, the increase in rotation rate accelerated superplastic deformation kinetics remarkably. For the FSP sample at 1600 r/min, superplastic deformation kinetics is in good agreement with the prediction by the superplastic constitutive equation for fine-grained magnesium alloys governed by grain boundary sliding mechanism.     

镁合金轮毂的塑性成形技术

利用镁合金在特定温度下具有较好塑性的特点,研究镁合金轮毂的塑性成形工艺。提出一种挤压与胀形的成形工艺,并设计加工出模具。通过试验成形出镁合金轮毂产品。通过检测轮毂不同部位的力学性能,结果表明:塑性变形对镁合金性能有较大的强化作用,最大抗拉强度、拉伸屈服强度及伸长率明显优于铸态试样,可满足汽车轮毂的使用要求。该技术为镁合金轮毂的成形开辟了新方向,促进了镁合金在汽车行业的应用。     

Ti-6Al-4V合金双半球结构脉冲电流辅助超塑成形

针对Ti-6Al-4V合金板材超塑成形能耗高、效率低的问题,提出了一种脉冲电流辅助超塑成形工艺。该工艺将成形坯料直接串联到脉冲电流回路,利用脉冲电流迅速将坯料加热至超塑成形温度。通过脉冲电流加热实验,分析了平均脉冲电流密度对坯料温度及升温速率的影响。结果表明,采用该加热方式可将坯料加热时间从数十分钟缩短至几十秒,能量消耗降至传统工艺的20%左右,极大地提高了加热效率、降低了能耗,实现了节能环保的绿色超塑成形技术。利用该工艺成形了Ti-6Al-4V合金双半球结构,并分析了在脉冲电流辅助工艺条件下细晶态Ti-6Al-4V合金的超塑变形机制。     

SUPERPLASTIC BEHAVIOR OF HOT-FORGED TiAl-BASED ALLOY

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｉＡｌｂａｓｅｄａｌｏｙｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈｅｍｏｓｔｆａｖｏｒａｂｌｅｃａｎｄｉｄａｔｅｓａｓａｄｖａｎｃｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒａｅｒｏｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂｅｃａｕ...