Сверхпластичность

Под сверхпластичностью понимают способность металла к значительной пластической деформации (d = 10²…10³ %) в опре­деленных условиях при одновременно малом сопротивлении дефор­мированию (10⁰ … 10¹ МПа).

Существуют следующие разновид­ности сверхпластичности:

1. структурная, которая проявляется при температурах > 0,5 Т_пл в металлах и сплавах с величиной зерна от 0,5 до 10 мкм и небольших скоростях деформации (10^-5 … 10^-1 с^-1).

2. субкритическая (сверхпластичность превращения), наблю­дающаяся вблизи начала фазовых превращений, например, поли­морфных.

Наиболее перспективен процесс структурной сверхпластич­ности.

Сверхпластичность не является свойством каких-то особых сплавов и при соответствующей подготовке структуры и в опреде­ленных условиях деформации проявляется у большого числа сплавов, обрабатываемых давлением.

Известно много сплавов на основе магния, алюминия, меди, титана и железа, деформирование которых возможно в режимах сверхпластичности.

Сверхпластичность может иметь место лишь при условии, когда в процессе деформации (растяжения образца) не образуется локальной деформации.

При локализации деформации в образце возникает местное утонение шейки и он сравнительно быстро разрушается.

Высокое сопротивление образованию шейки при растяжении образца в условиях сверхпластичности связано с большой чув­ствительностью напряжения течения s к изменению скорости деформации e:

, (15)

где k - коэффициент, зависящий от струк­туры и условий испытания;

т - показатель скоростной чувстви­тельности напряжения течения.

Для идеально вязких (ньютоновских) твердых тел m = 1 и удлинение не должно сопровождаться образованием шейки. В случае обычной пластической деформации m < 0,2, а в условиях сверхпластической деформации m > 0,3 (обычно 0,4…0,7).

Когда при сверхпластической деформации начинается образо­вание шейки, в этом участке образца возрастает е и из-за высокого значения т увеличивается сопротивление течению а, благодаря чему образование шейки прекращается. Этот процесс непрерывно повторяется, приводя к образованию так называемой бегущей шейки (размытых шеек), когда она перемещается по длине образца, не давая локализованного сжатия. При такой квазиравномерной деформации достигаются очень большие удлинения при растяже­нии образца.

Структурная сверхпластическая деформация протекает глав­ным образом благодаря зернограничному скольжению, хотя в опре­деленной степени существует и внутризеренное дислокационное скольжение.

Проблема создания промышленного структурного сверхпла­стичного материала - это прежде всего получение ультрамелкого равноосного зерна и сохранение его при сверхпластической дефор­мации.

Стабилизация размеров зерна достигается:

1. применением двухфазных сплавов с объемным соотношением фаз 1:1; в этом случае имеет место максимальное развитие межфазовой поверх­ности, что обеспечивает взаимное торможение роста зерен фаз;

2. использованием дисперсных выделений, являющихся барьером для перемещения границ зерен.

В настоящее время для обработки в состоянии сверхпластичности чаще используют цинкоалюминиевый сплав ЦА22 (22 % Аl), титановые a + b -сплавы, двухфазные a+g¢ -сплавы меди и цинка (латунь), алюминиевый сплав, состоя­щий из a -раствора и дисперсных частиц Al₃Zr, и некоторые другие. Явление сверхпластичности в промышленности используют при объемной изотермической штамповке и при пневмоформовке. Сверхпластичность позволяет в процессе штамповки за одну операцию получить детали сложной формы, повысить коэффициент использования металла, уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления изделий. Недостатком является необходимость на­грева штампов до температуры обработки и малая скорость дефор­маций.

Дата добавления: 2014-01-05