鎂合金的超塑性成形
2019-12-06 14:13 ?瀏覽：次
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是大伸長、無縮頸、流動應(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(fù)雜的零件與模鍛件，而且流變應(yīng)力低，以氣壓為動力即可完成成形，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。
超塑性加工鎂合金工件的優(yōu)點可歸納為：
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，并具有流動性高，填充性好、所需設(shè)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(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，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(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(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(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(yīng)變速度5×10-4/s時具有明顯的超塑性，伸長率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，伸長率都超過520%，在最佳條件下，拉長率甚至可高達(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。
