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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力應變速率敏感性指數(shù)m大于0.3,表現(xiàn)出特大伸長率(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是大伸長、無縮頸、流動應力低及成形容易。上世紀20年代科學家就發(fā)現(xiàn)了金屬的超塑性現(xiàn)象。1945年,蘇聯(lián)金屬學家波契瓦爾等在單向高溫拉伸Zn-Al共析合金時獲得了很大的伸長率,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雜的零件與模鍛件,而且流變應力低,以氣壓為動力即可完成成形,即使航空航天的復雜蜂窩狀結(jié)構件,也可直接用超塑性成形法與擴散焊接技術順利地制成。近些年來,利用超塑成形技術生產(chǎn)了一批批形狀復雜的3C產(chǎn)品。

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  超塑性加工鎂合金工件的優(yōu)點可歸納為:
  1.成品率可達到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。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0.4mm,而壓鑄件及半固態(tài)壓鑄件的則必須>0.8mm。
  3.形狀復雜及變形量大的工件可一氣呵成,并具有流動性高,填充性好、所需設備工作力小等特點。
  4.成形時不變生彈性變形,因而成形后不會發(fā)生回彈,工件尺寸精準,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:
  細晶超塑性
  細晶超塑性又稱第一類超塑性,是指具有微細晶粒(晶粒直徑<10μm,軸比<1.4)組織的材料在0.5Tm~0.9Tm(Tm-材料熔點,k)和一定的應變速率范圍(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)中廣為應用。影響這類材料伸長率的因素很多,除了晶料尺寸與形狀、溫度、應變速率外,還包括材料的組織在超塑拉伸時的熱穩(wěn)定性和對孔洞形成的敏感性。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)相變或同素異構轉(zhuǎn)變而獲得的累積延伸大變形,不要求材料具有微細等軸晶組織,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率僅14.8%,300℃時的也只不過62%,但是晶粒尺寸為5μm的棒材在290℃時,若就能變速率為1.11×10-4/s(夾頭移動速率0.2mm/min),則伸長率可達574%,應變速率敏感性指數(shù)m=0.51;在溫度為270℃~310℃,應變速率(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℃時具有明顯的超塑性,最大伸長率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。
  中國對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℃、應變速度5×10-4/s時具有明顯的超塑性,伸長率960%、應變速率敏感性指數(shù)m=0.64;含稀土無素的MB26合金在不經(jīng)任何預處理熱擠壓棒材即擁有良好的超塑性,在350℃~500℃、初始應變速率為1.67×10-3~4.1×10-2/s條件下進行超塑性拉伸時,伸長率都超過520%,在最佳條件下,拉長率甚至可高達1450%,流變應力為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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