Mesoscopic grain boundary sliding as the rate controlling process for high strain rate superplastic deformation

Important features observed during high strain rate superplastic deformation are enumerated. Starting from the premise that the phenomenon of structural superplasticity in different classes of materials results when grain boundary sliding that develops to a mesoscopic scale (defined to be of the order of a grain diameter or more) controls the rate of flow, the particular case of high strain rate superplasticity is explained. The rate equation developed is validated using experimental results concerning 5 alloy systems in which an ultra-fine grain size is developed by thermomechanical processing and retained in a similar condition during superplastic deformation by fine, grain boundary pinning particles and 3 alloy composites in which the volume fraction of the reinforcing constituent is significant (15–25%). It is demonstrated that the analysis results in estimates for the externally measured strain rates that are within a factor of two, in addition to providing a physically meaningful free energy of activation for the rate controlling process. This approach explains superplastic flow in different classes of materials in terms of a single rate controlling mechanism of deformation, viz., mesoscopic grain boundary sliding, with the help of a few constants that have the same values for all systems. The system-dependent variables of threshold stress needed for the onset of mesoscopic boundary sliding and free energy of activation are obtained directly from superplasticity stress–strain rate data, without external inputs.     

5083铝合金在400℃的超塑性变形行为和硬化特征

为研究5083铝合金在500℃以下的超塑性,在400℃进行了恒应变速率拉伸试验,获得了应变硬化指数n及应变速率敏感性指数m,分析了应变速率.ε对伸长率δ,n和m值的影响。结果表明:在400℃时5083铝合金可获得的最大伸长率为278%,对应的.ε=0.000 26 s-1,n=0.122,m=0.274;n随应变速率增大而减小,δ和m随应变速率增大先增大后减小,其中δ受应变速率影响显著。     

晶粒尺寸对TC4钛合金超塑性行为及变形机理的影响

研究了不同晶粒尺寸(2,8,18μm)T℃4钛合金在温度860～950℃和应变速率5×10-4～5×10-3S-1条件下的超塑性拉伸变形行为及组织演变,分析了晶粒尺寸对该合金超塑性变形行为及变形机理的影响.结果表明:在温度890℃、应变速率5×10-4S-1的变形条件下,细晶(2μm)合金超塑性变形的断后伸长率高达1 300%,而粗晶(18μm)合金的仅为450%;细晶(2～8μm)A金超塑性变形后,平均应变速率敏感指数m值在0.50左右,晶粒保持较好的等轴状,在α/α仅晶界、α晶内均未观察到明显的位错,在α/β晶界附近发现少量的位错;粗晶(18 μm)合金超塑性变形后,m值仅为0.30,晶粒等轴程度下降,在α/α晶界及α晶内均发现大量位错,且在α晶内发现亚晶.     

剧塑性变形制备超细晶/纳米晶结构金属材料的研究现状和应用展望

综合目前剧塑性变形方法制备超细晶及纳米晶结构金属材料的研究现状,介绍等通道转角挤压、高压扭转、累积叠轧焊、多向锻造等剧塑性变形方法及其特点与原理;探讨剧塑性变形金属材料的组织演变和晶粒细化机制;分析金属材料经剧塑性变形后强度与延展性的变化趋势,及其对超塑性变形的影响规律;展望剧塑性变形方法对金属材料应用的前景。     

快速超塑性的研究与应用

综述了高应变速率超塑材料种类、变形机理和应用技术的最新进展。高应变速率超塑材料主要是铝基复合材料及铝合金,最近,对镁合金、纳米材料、钛合金高应变速率超塑性能的研究也已开始。高应变速率超塑性在工业中的应用已经起步,例如快速超塑成形技术、一模多件技术等,可以实现中等批量、甚至大批量生产,但是主要集中在铝合金上。未来激光辅助超塑成形技术、电塑性辅助超塑成形技术值得期待。     

超塑性形变中的晶界形态变化及再结晶的作用

为了研究晶界形态及动态再结晶在超塑性形变中的作用,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜,对硬铝ＬＹ１２ 的超塑性形变过程进行了观察、分析．提出金属材料的超塑性主要依靠晶界流态化区的粘性变形来实现,动态再结晶不是超塑性的一种机制．     

喷射成形超高碳钢的自超塑化现象

用喷射成形工艺制备的无宏观偏析、组织为均匀细密珠光体的超高碳钢,无需任何热的或机械的预处理,即可具有伸长率达380%的超塑性,并且在2×10-1s-1的应变速率下仍有122%的伸长率.这是由于在此变形过程中发生了碳化物由片层状向颗粒状的转变并形成细小等轴晶粒的组织超塑化;而且高应变速率可促成高度细化的球化组织.由此开发的喷射成形结合大压下量热轧的方法可以简捷有效地使超高碳钢获得很好的超塑性,并且可以应用于高速钢等其它高碳钢铁材料.     

Cu－Zn－Al形状记忆合金的超塑性研究

用超塑性拉伸试验方法，研究了加入晶粒细化剂Ｚｒ的冷变形Ｃｕ－２２．６７％Ｚｎ－４．５９％Ａｌ形状记亿合金的短暂超塑性变形．在６００℃，以初始应变速率ε＝５．５５×１０－４ｓ－１进行拉伸试验可获得优良的超塑性性能，延伸率δ＝４６０％．超塑性变形过程中激活能为７４．４ＫＪ／ｍｏｌ，与铜沿晶自扩散激活能值接近．从而认为该合金的超塑性变形机制为晶界的滑移和迁移过程，这一结论与金相观察及断口分析相一致     

TC18钛合金的超塑性行为与变形机制

通过高温拉伸实验研究TC18钛合金在温度为720~950℃,初始应变速率为6.7×10~(-5)~3.3×10~(-1)s~(-1)时的超塑性拉伸行为和变形机制。结果表明:TC18钛合金在最佳超塑性变形条件下(890℃,3.3×10~(-4)s~(-1)),最大伸长率为470%,峰值应力为17.93MPa,晶粒大小均匀。在相变点Tβ(872℃)以下拉伸,伸长率先升高后下降,在温度为830℃,初始应变速率为3.3×10~(-4)s~(-1)时取得极大值373%,峰值应力为31.45MPa。TC18钛合金在两相区的超塑性变形机制为晶粒转动与晶界滑移,变形协调机制为晶内位错滑移与攀移;在单相区的超塑性变形机制为晶内位错运动,变形协调机制为动态回复和动态再结晶。     

材料参数及静水压力对超塑性胀形影响的数值模拟

本文将含有变形损伤的本构关系引入刚粘塑性有限元程序,用于超塑性胀形的数值分析,讨论了应变速率敏感性,孔洞长大及静水压对极限成形应变的影响,并与文献发表的实验结果进行了比较。