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鎂合金的超塑性成形

2019-12-06 14:13 ?瀏覽:

金屬和合金在一定條件下的流變應(yīng)力應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m大于0.3,表現(xiàn)出特大伸長(zhǎng)率(200%~3000%)的性能稱為超塑性。一定條件是指金屬材料的組織結(jié)構(gòu)等的內(nèi)部條件和變形溫度、變形速度等外部條件。金屬超塑性的宏觀變形特點(diǎn)是大伸長(zhǎng)、無縮頸、流動(dòng)應(yīng)力低及成形容易。上世紀(jì)20年代科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了金屬的超塑性現(xiàn)象。1945年,蘇聯(lián)金屬學(xué)家波契瓦爾等在單向高溫拉伸Zn-Al共析合金時(shí)獲得了很大的伸長(zhǎng)率,首先把這種現(xiàn)象稱作“超塑性”。
  鎂合金的室溫變形能力低,但是在超塑性狀態(tài)下卻有很高的塑性,可利用超塑性加工形狀復(fù)雜的零件與模鍛件,而且流變應(yīng)力低,以氣壓為動(dòng)力即可完成成形,即使航空航天的復(fù)雜蜂窩狀結(jié)構(gòu)件,也可直接用超塑性成形法與擴(kuò)散焊接技術(shù)順利地制成。近些年來,利用超塑成形技術(shù)生產(chǎn)了一批批形狀復(fù)雜的3C產(chǎn)品。

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  超塑性加工鎂合金工件的優(yōu)點(diǎn)可歸納為:
  1.成品率可達(dá)到90%以上,產(chǎn)品表面缺陷少,感觀好,可減少后續(xù)工序與生產(chǎn)成本。例如,日本用法生產(chǎn)鎂合金筆記本電腦外殼,壓鑄法的最高成品率只有70%,而超塑性成形法的可達(dá)91%。
  2.產(chǎn)品厚度可比壓鑄件及半固態(tài)壓鑄件的薄很多,而且成品率與產(chǎn)品厚度幾乎無關(guān)。例如用超塑沖壓鍛造生產(chǎn)的鎂合金工件的最小厚度可達(dá)0.4mm,而壓鑄件及半固態(tài)壓鑄件的則必須>0.8mm。
  3.形狀復(fù)雜及變形量大的工件可一氣呵成,并具有流動(dòng)性高,填充性好、所需設(shè)備工作力小等特點(diǎn)。
  4.成形時(shí)不變生彈性變形,因而成形后不會(huì)發(fā)生回彈,工件尺寸精準(zhǔn),表面粗糙度也小。
  超塑性類型
  按照獲得超塑性的條件,可以將金屬和合金的超塑性現(xiàn)象分為兩大類:
  細(xì)晶超塑性
  細(xì)晶超塑性又稱第一類超塑性,是指具有微細(xì)晶粒(晶粒直徑<10μm,軸比<1.4)組織的材料在0.5Tm~0.9Tm(Tm-材料熔點(diǎn),k)和一定的應(yīng)變速率范圍(10-4/s~10-1/s)內(nèi)呈現(xiàn)的超塑性,又稱組織超塑性、恒溫超塑性或靜態(tài)超塑性,已在生產(chǎn)中廣為應(yīng)用。影響這類材料伸長(zhǎng)率的因素很多,除了晶料尺寸與形狀、溫度、應(yīng)變速率外,還包括材料的組織在超塑拉伸時(shí)的熱穩(wěn)定性和對(duì)孔洞形成的敏感性。鋁、鎂合金多為這種超塑性。
  相變超塑性
  相變超塑性又稱第二類超塑性、轉(zhuǎn)變超塑性、動(dòng)態(tài)超塑性,是指金屬在一定相變溫度范圍內(nèi)和戴荷作用下,經(jīng)過多次循環(huán)相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變而獲得的累積延伸大變形,不要求材料具有微細(xì)等軸晶組織,只要求材料發(fā)生相變,鋼鐵、鈦合金、銅合金多為這種超塑性。
  鎂合金的超塑性
  MB15鎂合金在一定的條件下有明顯的超塑性,其熱擠壓棒材的室溫伸長(zhǎng)率僅14.8%,300℃時(shí)的也只不過62%,但是晶粒尺寸為5μm的棒材在290℃時(shí),若就能變速率為1.11×10-4/s(夾頭移動(dòng)速率0.2mm/min),則伸長(zhǎng)率可達(dá)574%,應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m=0.51;在溫度為270℃~310℃,應(yīng)變速率(1.11~5.56)×10-4/s、晶粒尺寸<5μm的條件下均有明顯的超塑性。MB15合金在超塑性條件下的變形抗力10N/mm2~30N/mm2。
  MB8鎂合金在晶粒尺寸約7μm、變形速度0.2mm/min~5mm/min、溫度320℃~400℃時(shí)具有明顯的超塑性,最大伸長(zhǎng)率304%。該合金在超塑性狀態(tài)具有良好的吹塑成形能力,可一次成形形狀復(fù)雜的零件,如儀表覆蓋盒,吹塑壓力0.6N/mm2~0.9N/mm2,變形比可大于1.5。
  中國(guó)對(duì)鎂合金超塑性研究作出了一系列的創(chuàng)新,如超輕Mg-Li合金在300℃、應(yīng)變速度5×10-4/s時(shí)具有明顯的超塑性,伸長(zhǎng)率960%、應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m=0.64;含稀土無素的MB26合金在不經(jīng)任何預(yù)處理熱擠壓棒材即擁有良好的超塑性,在350℃~500℃、初始應(yīng)變速率為1.67×10-3~4.1×10-2/s條件下進(jìn)行超塑性拉伸時(shí),伸長(zhǎng)率都超過520%,在最佳條件下,拉長(zhǎng)率甚至可高達(dá)1450%,流變應(yīng)力為8.7N/mm2,m為0.6。
  一些常用鎂合金的超塑性參數(shù)見下表。

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