超塑性的合金有哪些优点？
谁都知道，金属比塑料坚固，但金属的加工成型却没有塑料那么容易。例如，用冲压法加工铝材长筒形容器，在冲压成型后不可避免地会出现“耳朵形”的缺口。为了使它达到设计要求，必须再进行几道工序的机械加工，这就大大增加了成本，有什么东西既有金属的坚固性，又有塑料的可塑性呢？科学家们终于发现了在一定温度下呈现超塑性的合金。
金属材料多少都有些塑性。通常用延伸率来表示其塑性，即用金属材料在拉断时的增长量同原来长度之比的百分率来表示。一般黑色金属的延伸率为40%左右，有色金属也不超过60%。而具有超塑性能的合金，在一定温度下一般都能达到100%以上，有的甚至达到1000%～2000%。例如，一种锌－铜－铝合金板材，在慢速弯曲时，即使弯曲到180°，亦即将板材弯到两面重叠的程度，它也不会断裂。
现在已知道合金的超塑性有两大类：一种称为微细晶粒超塑性；另一种称为相变超塑性。无论哪一种超塑性都必须在一定的变形度和一定的变形速度下才会产生。例如，锡－铋共晶合金在20℃时的最大延伸率可达1950%，钴－10%铝合金在1200℃时的最大延伸率可达850%，普通的低合金钢在800～900℃时也可达400%。
利用合金的超塑性可以轻而易举像塑料一样地进行零件的成型加工。例如，冲压加工长筒形容器时，用一般金属进行一次深冲成型，所获得的最大筒深（H）和直径（d）之比约为0.75，而用超塑合金成型时H／d可达11，为普通金属的14倍多，而且冲出的长筒容器不会出现耳朵状缺陷。它的制成品的显微组织均匀致密，各个方向的机械强度和抗疲劳性能都很好。最大的优点是可以大大节约金属材料。例如，生产一只68千克的镍盘燃气机盘，用通常的锻造加工，所需的坯锭重达204千克，而用超塑合金锻造，坯锭只要72.5千克就足够了。每只节约材料130千克以上，实在是个巨大的数字。
超塑性（Superplastic forming）是指金属材料在某些特定的条件下，呈现出异常好的延伸性，这种现象称为超塑性。在特定的条件下，即在低的应变速率（ε=10-2～10-4s-1），一定的变形温度（约为热力学熔化温度的一半）和稳定而细小的晶粒度（0.5～5μm）的条件下，某些金属或合金呈现低强度和大伸长率的一种特性。其伸长率可超过100%以上，如钢的伸长率超过500%，纯钛超过300%，铝锌合金超过1000%。
超塑性成形就是利用金属材料的超塑性，对板料进行加工以获得各种所需形状零件的一种成形工艺。常用的超塑性成形的材料主要有铝合金、镁合金、低碳钢、不锈钢及高温合金等。
金属材料在某些特定的条件下，呈现出异常好的延伸性，这种现象称为超塑性。超塑性材料的伸长率可超过100%而不产生缩颈和断裂。而一般钢铁材料在室温条件下的伸长率只有30%～40%，非铁金属材料如铝、铜及其合金，也只能达到50%～60%。超塑性成形就是利用金属材料的超塑性，对板料进行加工以获得各种所需形状零件的一种成形工艺。
由于超塑性成形可充分利用金属材料塑性好，变形抗力小的特点，因此可以成形各种复杂形状零件，成形后零件基本上没有残余应力。
对材料进行超塑性成形，首先应找到该材料的超塑性成形条件，并在工艺上严格控制这些条件。金属超塑性条件有几种类型，应用最广的是微细晶粒超塑性（又称恒温超塑性）。
微细晶粒超塑性成形的条件如下：
1）温度：超塑性材料的成形温度一般在（0.5～0.7）Tm（Tm为以热力学温度表示的熔化温度）。
2）稳定而细小的晶粒：超塑性材料一般要求晶粒直径为0.5～5μm。
3）成形压力：一般为十分之几兆帕至几兆帕。
此外，应变硬化指数、晶粒形状、材料内应力对成形也有一定的影响。
成形方法
超塑性成形的基本方法有：真空成形法、吹塑成形法和模压成形法。
真空成形法是在模具的成形型腔内抽真空，使处于超塑性状态下的毛坯成形。其具体方法可分为凸模真空成形法和凹模真空成形法。
凸模真空成形是将模具（凸模）成形内腔抽真空，加热到超塑性成形温度的毛坯即被吸附在具有零件内形的凸模上。该法用来成形要求内侧尺寸准确、形状简单的零件。
凹模真空成形用来成形要求外形尺寸精确，形状简单的零件。真空成形由于压力小于0.1 MPa．所以不宜成形厚料和形状复杂的零件。
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超塑性技术已在工业领域获得了广泛的应用。相关的研究工作也获得了重大进展。根据超塑性产生的机理，超塑性可以分成组织超塑性、相变超塑性和应力诱发超塑性三类。组织超塑性是目前研究和应用最充分的。组织超塑要求材料具有微细晶粒，为此要进行预处理以使材料获得细粒组织。而这种预处理往往比较复杂，提高了生产成本并降低了生产效率。
近年来，研究者发现，在具有粗大晶粒的二元AL-Mg合金中可获得超过300%的伸长率。这种晶粒组织的高伸长率并不是上述超塑性变形的结果，而是溶质原子拖拽或粘性流动控制蠕变的结果。但是，以上研究所采用的合金为高纯度 合金。本文选用工业铝合金5083，研究其在高温下的形变行为及组织，探讨其实际应用的可能性。
1 试验方法
本试验选用AL-Mg系5083合金。成分为AL-5.40 Mg-0.65Mn-0.18 Fe-0.12Si-0.10Zn-0.09Ti0。05Cu，供货状态为2mm厚冷轧板材。将板材加工成拉伸试件后，在320℃保温40min进行退火。在不同速度和应变速率下进行拉伸试验并进行了金相观察。
2 试验结果与讨论
从合金在350、400和500℃下、应变速率1。67X10-4~3。3X10-1/S范围内形变时的伸长率变化来看，温度和应变速率对合金的伸长率影响不显著。表1给出了合金在不同的拉伸条件下的性能数据。由表1可知在温度500~350℃之间，合金在相当宽的应变速率范围内，伸长率在 100%~200%之间变化。即使在1。67X10-1/s这样高的应变速率下伸长率仍可达到180%以上，这在铝合金中的极为罕见。
金相组织观察发现，合金冷轧软化处理后，晶粒尺寸比较粗大，呈等轴状，平均尺寸为30um左右。经过高温拉抻后，晶粒尺寸发生显著变化，表2给出合金经过高温拉伸后不同部位的晶粒尺寸测量结果。
由表2可知，在高温下拉伸会使合金晶粒显著细化。提高应变速率，细化效果增加。而靠近夹持部分的晶粒尺寸同合金的原始晶粒尺寸相似。
综合分析以上试验结果，可以发现，虽然合金在高温拉伸时呈现较高的伸长率，但并不是超塑性形变的结果。主要表现在合金在起始应变速率变化 1000倍范围内保持高伸长率，而性能不像超塑性形变明显受应变速率的影响。其次合金在高温拉伸时，组织发生显著变化，而伸长率变化并不显著。并没有显示出超塑性典型的伸长率对应变速率的依赖性。并且铝合金呈现超塑料性时，晶粒尺寸一般在10~20um时，最佳应变速率范围应为1X10-3~1X10- 4/s。而本文的AL-Mg合金即使在形变时发生晶粒细化，尺寸虽仍在10~20um内，但是在应变速率3。3X10-1~1。67X10-4/S这样宽的范围内，仍然呈现相当高的伸长率，是溶质原子拖拽或粘性流动控制蠕变的结果。
3 结论
AL-Mg系5083合金在温度350~500℃之间，很宽的应变速率范围内呈现较高的伸长率。原始的粒晶组织发生细化。这种强化塑性现象具有较高的应用价值，有待于在实际生产中加以利用。
