具有超塑性的鋁合金

1、具有超塑性的鋁合金摘要:本文通過查閱文獻(xiàn),介紹了鋁合金的超塑性,解釋了超塑性等基本概念，闡述了該合金的制備方法、工藝，同時(shí)結(jié)合文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，討論了超塑性的產(chǎn)生機(jī)理。1.概述金屬或合金在特定組織形貌、形變溫度、形變速度時(shí)，可以呈現(xiàn)異常高的塑性，延伸率可達(dá)百分之幾百，甚至達(dá)百分之一千或幾千以上，這種現(xiàn)象稱為超塑性1。Chokshi等2將其解釋為：超塑性是多晶材料在斷裂前各向同性地顯示高拉伸延伸率的能力。Song Y Q等3將超塑性變形過程描述為：就微觀而言，其變形物理過程是以晶粒旋轉(zhuǎn)、晶界滑移、晶界位移為主，同時(shí)伴有位錯(cuò)滑移、動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶等協(xié)調(diào)作用的復(fù)雜過程；就宏觀力學(xué)行為而言，在載荷失穩(wěn)

2、時(shí)不伴隨縮頸產(chǎn)生，在縮頸出現(xiàn)后并不導(dǎo)致斷裂，而是能重新建立起很長的準(zhǔn)穩(wěn)定變形過程；就材料參數(shù)而言，m(應(yīng)變速率敏感性指數(shù))值和n(應(yīng)變硬化指數(shù))值越大，n值與(應(yīng)力松弛指數(shù))值越接近，其超塑性越好。具有超塑性的合金包括鋅、鋁、銅合金等等。同時(shí)，某些金屬間化合物、陶瓷以及某些高強(qiáng)度硬脆材料也具有超塑性。應(yīng)變速率敏感指數(shù)(strain rate sensitivity exponent) 指塑性變形時(shí)材料的流變應(yīng)力對于應(yīng)變速率的敏感性參數(shù)，亦即當(dāng)應(yīng)變速率增大時(shí)材料強(qiáng)化傾向的參數(shù)，其表達(dá)式為：m=dlg/dlg式中為材料的流變應(yīng)力；為應(yīng)變速率。m值是表達(dá)金屬的超塑性特性的極其重要的指標(biāo)。對于普通金屬

3、材料，m=0.020.2；而對于許多超塑性金屬材料，m=0.30.9。一般地，m值越大說明材料的超塑性越好。關(guān)于超塑性的產(chǎn)生機(jī)理尚不能確定，較為公認(rèn)的有以下三種理論：（1）微細(xì)晶粒伴隨動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制。 此種機(jī)制認(rèn)為超塑性材料在高應(yīng)變速率超塑性加工時(shí)，會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，從而形成微細(xì)晶粒促進(jìn)高應(yīng)變速率超塑性變形。 如Al-Mg 系合金在Mg 元素改變其基體的滑移體系的前提下，超塑變形時(shí)發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶形成細(xì)小的亞晶粒，之后，亞晶粒進(jìn)一步長大由小角度向大角度轉(zhuǎn)化形成微細(xì)的晶粒，促進(jìn)了超塑變形進(jìn)行4。（2）液相調(diào)節(jié)晶界滑移機(jī)制。普遍認(rèn)為晶界滑移（GBS）是超塑變形的主要機(jī)制，并且應(yīng)變速率敏感系數(shù)m值越高

4、，意味著晶界滑移對總變形的貢獻(xiàn)也越大. 在材料超塑性流變的晶界滑動過程中，常常在增強(qiáng)物周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，在沒有微量液相的固態(tài)界面上的應(yīng)力集中很可能不能被調(diào)節(jié)機(jī)制（擴(kuò)散流）充分釋放，導(dǎo)致在界面上形成過多空洞和小的延伸率；而在一個(gè)含有適量液相的液/ 固態(tài)中，適量的液相和擴(kuò)散流一起充分釋放應(yīng)力集中的同時(shí)又不過多地形成空洞，從而提高了應(yīng)變速率與延伸率；但是，當(dāng)液相過多時(shí)，由于晶界、界面間失去了結(jié)合力，晶粒間便會形成空洞從而降低延伸率。（3）包含以上兩種的機(jī)制。此種機(jī)制是一種折中的結(jié)果，其理論認(rèn)為以上兩種機(jī)制其實(shí)不能獨(dú)立成立. 在高應(yīng)變速率超塑變形時(shí)，動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象與適量的液相同時(shí)存在，兩者相輔相成共同

5、促進(jìn)了超塑變形的進(jìn)行5。在高的退火溫度（大于0.5T固相線）和低應(yīng)變速率（通常是10-5-10-3s-1）的情況下，材料的晶粒尺寸小于10m，就會產(chǎn)生精細(xì)結(jié)構(gòu)的超塑性6-7。要使鋁合金產(chǎn)生塑性變形和再結(jié)晶，最常用的方法是使合金的晶粒細(xì)化。在這種情況下，由于（1）質(zhì)點(diǎn)會促進(jìn)形核8-9；（2）當(dāng)加熱到超塑性變形溫度和SPD工藝處理時(shí)，晶界遷移處會有釘扎作用，多相合金會形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)10-12。細(xì)晶結(jié)構(gòu)形成的原因是合金中同時(shí)存在粗大的和細(xì)小的微粒。在室溫下，大多數(shù)超塑性鋁合金不具備高的力學(xué)性能。高強(qiáng)度鋁合金，例如AA 7475(或AA7075)，具有高的強(qiáng)度-密度比和優(yōu)異的力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于航空航天

6、領(lǐng)域13。這種合金在超塑性成形的應(yīng)用是很有前景的，但是通過傳統(tǒng)的高溫鍛造，合金的產(chǎn)量是十分有限的。而且合金A7475超塑性時(shí)的應(yīng)變率很低（小于1*10-3s-1）14。由于PSN工藝,通過Rockwell技術(shù)處理6可以使該合金的晶粒尺寸達(dá)到10m，在500時(shí)給合金加以非常低的應(yīng)變速率（2*10-4s-1），合金的伸長率可以達(dá)到1000%。較低的應(yīng)變速率限制了超塑性的商業(yè)應(yīng)用，其主要是用于航天工業(yè)和建筑設(shè)計(jì)。高應(yīng)變速率的超塑性，典型的是在10-2s-1以內(nèi)，用于制造大型工件，可用于汽車行業(yè)和消費(fèi)品行業(yè)。每一個(gè)部件的形成時(shí)間可能會從20min減少到60s甚至低于60s，例如塑料的快速成形、劇烈塑變

7、、粉體技術(shù)和其他工藝可用于細(xì)化高強(qiáng)度鋁基合金晶粒結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)它的超塑性。然而，這些工藝生產(chǎn)超塑性板材時(shí)，成本相對較高，生產(chǎn)時(shí)間長。在上述所舉的例子中，傳統(tǒng)的操作工藝中利用熱加工和滾扎，可用于生產(chǎn)高強(qiáng)度超塑性合金的板材。當(dāng)溫度達(dá)到超塑變變形溫度時(shí)，添加鋯可以在晶界處產(chǎn)生釘扎作用8，此類型的合金例如合金SUPRAL Al-Cu-Zr15，此類型合金的板材由熱滾扎、熱處理生產(chǎn)時(shí)，組織中會有細(xì)絲狀ZrAl3連貫相。在熱軋時(shí)溫度會導(dǎo)致纖維狀ZrAl3明顯地恢復(fù)原狀，而且不會發(fā)生間斷的再結(jié)晶。超塑性變形開始前，合金中存在帶狀亞晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)進(jìn)行超塑性變形時(shí)，亞晶粒和最終生成的微細(xì)晶體之間的取向差被高角度晶界隔開

8、16。Mikhaylovskaya等人17研究合金材料通過鋯元素的生成細(xì)微顆粒釘扎在晶界處，并且鎳合金形成粗質(zhì)的共晶體，這種顆粒促進(jìn)了非均勻形核。Al3Ni微粒的存在不會減少析出硬化效應(yīng)與T相（AlMgZnCu）沉積的關(guān)系，并且會使T相均勻分布，同時(shí)會減少應(yīng)力腐蝕開裂的問題。2.實(shí)驗(yàn)部分目前，在此領(lǐng)域國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)高應(yīng)變速率超塑性的方法有多種，總結(jié)起來具有高應(yīng)變速率超塑性的鋁合金可以分為四類：(1)快速凝固粉末冶金鋁合金；(2)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料或彌散顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；(3)機(jī)械合金化鋁合金；(4)用鑄造方法獲得的鋁合金18。Mikhaylovskaya采用鑄造法制備鋁合金，實(shí)驗(yàn)中用到純度為

9、99%的鋁、95%的鎂、99.96%的鋅以及鋁鎳（Ni-10%）、鋁鋯（鋯-3.5%）、鋁銅（銅-53%）合金為原料。澆鑄溫度為810（根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，合金的液相線溫度在790-799之間。為了防止?jié)茶T前基本相Al3Zr出現(xiàn)晶粒粗化的現(xiàn)象，澆鑄溫度高于液相線10-20，不能過高）。鑄造的合金尺寸都是100*40*20mm3，放入水冷銅模具中，降溫速率可達(dá)15K/s。通過將合金裝入石墨坩堝并放入S3型箱式電阻率中，實(shí)現(xiàn)融化。所有的鑄體都經(jīng)過450、3h和500、3h的調(diào)質(zhì)處理，用直徑為230mm的軋板機(jī)進(jìn)行熱軋（80%）和冷軋（60%）。熱軋的溫度為42010。最終的板材厚度為1mm?；辖鸬幕?/p>

10、學(xué)成分是：Al(3.54.5)Zn(3.54.5)Mg(0.61.0)Cu(2.03.0)Ni(0.250.30)Zr (wt.%)41。實(shí)驗(yàn)中用到了四種合金，如表1所示。合金0、1、2、3號的鎳含量各不相同。利用“Setaram Labsys DSC 1600”型熱量計(jì)進(jìn)行差示掃描量熱（DSC），在20-700可以實(shí)現(xiàn)5/min的加熱速率。利用卡爾蔡司光學(xué)顯微鏡（LM）的白色光或偏振光來觀察合金的微觀結(jié)構(gòu)。采用掃描電鏡和X射線能譜儀表征合金微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。用AZTEC軟件進(jìn)行EBSD分析，EBSD采用20kv電壓步長為0.4m/step的HKL Nordlys Max型探測器。樣品在顯微

11、觀察期經(jīng)過機(jī)械研磨和拋光：拋光是在氯-乙醇電解液（電壓為15-20v）、1%氫氟酸水溶液或者是陽極10%（HF在H3BO4）水溶液中進(jìn)行的，用來控制晶粒結(jié)構(gòu)。樣品的截面平行于軋制平面。實(shí)驗(yàn)采用超過200次隨機(jī)切割法，由此測定平均晶粒尺寸和粒徑大小。試樣在EBSD分析前應(yīng)經(jīng)過機(jī)械研磨和在A2電解液、15-20v電壓下拋光。掃描的尺寸為80*80mm2,掃描間距為0.4m試樣在表征前做了機(jī)械研磨及拋光處理:拋光是在15-20V氯氣-乙醇電解液中和1%HF酸水溶液中或者是在10%的HF在硼酸水溶液中進(jìn)行陽極氧化,用來控制晶粒結(jié)構(gòu)。樣品加工成平行于軋制平面的薄片狀。超過200次的隨機(jī)割線法用來測定樣品

12、的平均晶粒尺寸和晶粒度。將樣品放機(jī)械研磨、在15-20V A2電解液拋光：用來做EBSD分析，掃描間距為0.4m，掃描尺寸為80*80mm2。在高溫下（300-480），用拉伸試驗(yàn)來測試合金的超塑性。裁剪后的樣品平行于軋制方向，橫截面積為F0=6*1mm2，長度L0=14mm（L0=5.65F0）。試樣經(jīng)預(yù)處理：恒定的應(yīng)變速率（2*10-3s-1）造成50%的變形，以形成重結(jié)晶結(jié)構(gòu)。再通過逐步增加形變量來測定其超塑性指標(biāo)。恒應(yīng)變率的準(zhǔn)確性并不小于3%。應(yīng)力以1.5倍速率增加，根據(jù)計(jì)算的應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率取對數(shù)，來計(jì)算應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m。對應(yīng)最大的m的應(yīng)變速率是最優(yōu)的選擇。采用1*10-3-1

13、*10-1s-1的恒定拉應(yīng)力來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用阿倫尼烏斯方程表示不同溫度、屈服應(yīng)力、不同應(yīng)變速率下，平均活化能Q和應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m的關(guān)系，方程如下：=A1/me-Q/RT式中A-材料常數(shù)，R-氣體常數(shù)，T-溫度。超塑性變形的活化能與指數(shù)m的定義和計(jì)算關(guān)系式如下所示：In()=A+(1/m)In()+Q(1/RT)室溫下，用Zwick Z250型儀器來進(jìn)行單向拉伸測試來測量試樣的力學(xué)性能。在熱處理（淬火、時(shí)效）后，樣品尺寸為70*10*1mm3。3.結(jié)果與討論鑄件中存在鋁的固溶體、共晶體Al3Ni以及Zn、Mg的非平衡相，如圖1a所示。均化（450）的第一步，將溫度控制在Al3Zr非平衡的固相線

14、溫度之下，去溶解非平衡相。第二步（500），將溫度設(shè)定在高于非平衡固相線、低于穩(wěn)定的固相線溫度，使Al3Ni相分散。通過兩次均勻化退火，非平衡相就會溶解，而Al3Ni成粒狀分散，如圖1b所示。經(jīng)熱軋和冷軋后，鋁固溶體基體上出現(xiàn)大小為1.60.2m、均為分布的粒狀A(yù)l3Ni相（圖1c）。用EDS能譜分析鋁固溶體的化學(xué)成分，結(jié)果為：鋅(3.92 - 4.15%)、鎂(3.81 - -4.05%)、鋯(0.26 - -0.28%)、銅(0.72 -0.79%)，同時(shí)檢測到存在Al3Zr粒子。添加鋯可以形成連接相的Al3Zr彌散相，增加鋁合金重結(jié)晶的阻力。經(jīng)20min、300-480（0.97T熔）的

15、退火處理，出現(xiàn)偏析重結(jié)晶的晶粒，如圖1d所示。如表1所示，隨著Ni含量的增加，粒狀相含量增加，而晶粒尺寸減少。實(shí)驗(yàn)中改變合金的應(yīng)變速率，來測量屈服強(qiáng)度，合金的應(yīng)力-應(yīng)變函數(shù)如圖2a所示，呈S形，這就說明合金具有超塑性。不含鎳的合金開始重結(jié)晶時(shí)的晶粒尺寸是最大的，同時(shí)其超塑性較弱：伸長率只有100-200%，m值大約為0.3。添加了鎳的合金屈服應(yīng)力減少，m值從0.35增加到0.55-0.65，同時(shí)它的伸長率增加了數(shù)倍（圖2）。如圖2c和2d所示，當(dāng)鎳元素含量為1%、應(yīng)變速率為1 * 10-2 s-1、溫度440 時(shí)，合金的伸長率從100%增加到500%。當(dāng)應(yīng)變速率較低（2*10-3s-1）、溫度

16、為480時(shí)，得到的數(shù)據(jù)與上面一致（圖2c）。因此，所有的含鎳的合金都有良好的超塑性。當(dāng)合金中鎳含量達(dá)到3%時(shí)，重結(jié)晶結(jié)構(gòu)中晶粒尺寸變小，與其他鎳含量的合金相比較，它的性能是最好的。如圖3a、b所示，當(dāng)應(yīng)變速率為1*10-3-2*10-3s-1、溫度480和應(yīng)變速率為2*10-3-6*10-3s-1、溫度為440時(shí)，m值將達(dá)到最大（0.5-0.7）?？梢缘贸鲎顑?yōu)的實(shí)驗(yàn)溫度為440，此時(shí)在高應(yīng)變速率下合金也具有超塑性。隨著溫度的降低，合金伸長率的最大值將轉(zhuǎn)移至低應(yīng)變速率處（圖4a）。但是當(dāng)形變溫度為420時(shí)，斷裂伸長率為400-500%。應(yīng)變速率在2*10-3到4*10-2s-1范圍內(nèi)，應(yīng)變速率對

17、伸長率的影響不大。300時(shí),伸長率只有200%.但是當(dāng)溫度從380升到400時(shí),伸長率在應(yīng)變速率為5*10-3s-1時(shí)超過了300-400%（圖4c），屈服應(yīng)力不到20MPa。在溫度低于380時(shí)，合金的屈服應(yīng)力（30MPa）顯著增加(圖4d)，同時(shí)m值和最優(yōu)的應(yīng)變速率逐漸減少。因此，合金在380-480的溫度范圍內(nèi)具有超塑性，m的平均值為0.53。超塑性變形的活化能為77.1KJ/mol（圖5），這個(gè)值非常接近晶界擴(kuò)散的活化能。因此可以推斷合金的超塑性變形主要是由晶界擴(kuò)散引起的。如圖4a所示，當(dāng)溫度為440、應(yīng)變速率為1*10-2-4*10-2s-1時(shí)，合金斷裂時(shí)的伸長率可達(dá)800%，它的屈服

18、強(qiáng)度約為20MPa（圖4b）。甚至當(dāng)應(yīng)變速率升到1*10-1 s-1時(shí)，伸長率也高達(dá)450%。應(yīng)當(dāng)注意的是，這些合金是通過傳統(tǒng)的軋制、熱處理方法、恒應(yīng)變速率來制備的。顯而易見的，屈服應(yīng)力在低應(yīng)變速率下將會出現(xiàn)一個(gè)峰值，隨著應(yīng)變增加，它將會少量地減少（圖2d和圖4b），特別是應(yīng)變速率較高時(shí)（1*10-2-1*10-1s-1）。屈服應(yīng)力的峰值低于微觀研究中的數(shù)值，這是因?yàn)閯討B(tài)重結(jié)晶的同時(shí)屈服應(yīng)力也會降低。在應(yīng)變區(qū)域，屈服應(yīng)力逐漸減少。圖6表示EBSD取向圖譜（a-e），在合金試樣分別進(jìn)行50%、100%、200%和400%的超塑性變形之后，進(jìn)行440、20min的退火，觀察其晶界取向角度的分布，如

19、圖6f-j所示。由于合金中添加了鋯，當(dāng)溫度加熱到440時(shí)，結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了部分地重結(jié)晶（圖6a、f）。高角度晶界的重結(jié)晶晶粒的體積分?jǐn)?shù)為0.35，重結(jié)晶晶粒的平均尺寸約為2.4m（圖6a）。當(dāng)超塑性形變量由50%升至400%時(shí)，重結(jié)晶所占的體積比由0.35逐漸增加至0.92（表2）。當(dāng)超塑變的形變量到400%時(shí)，平均晶粒尺寸為1.8m，這表明晶粒結(jié)構(gòu)具有良好的熱穩(wěn)定性。當(dāng)產(chǎn)生超塑性變形時(shí)，重結(jié)晶的晶粒尺寸從2.4減為1.8m，這是因?yàn)閯討B(tài)重結(jié)晶過程對它產(chǎn)生了影響。此外，當(dāng)形變量為50%、100%，經(jīng)過多次加工的試樣結(jié)構(gòu)增強(qiáng)（圖6a-c），當(dāng)超塑性形變量為200%、400%（圖6d、e）時(shí)，錯(cuò)取向?qū)?/p>

20、會朝著減弱結(jié)構(gòu)的方向分布。這可能是因?yàn)槌苄宰冃魏?，重結(jié)晶產(chǎn)生PSN效應(yīng)或者晶界產(chǎn)生了滑移。通常情況下經(jīng)過超塑性變形的細(xì)小晶粒內(nèi)不存在位錯(cuò)活動，而有些情況除外。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)超塑變的變形量為200%、400%時(shí)，可以觀察到粗糙的Al3Ni相附近存在大量的位錯(cuò)活動（圖7）。位錯(cuò)呈線性排列，如圖7b所示52。經(jīng)400%的超塑變變形量，重結(jié)晶所占的體積比高達(dá)90%。高的位錯(cuò)密度可能會導(dǎo)致產(chǎn)生動態(tài)重結(jié)晶，而動態(tài)重結(jié)晶會使晶粒尺寸變?yōu)槌?xì)，同時(shí)能提供優(yōu)良的超塑性。因此，高的伸長率和高的應(yīng)變速率可以能是因?yàn)楹辖鹬型瑫r(shí)存在粗質(zhì)Al3Ni共晶體和Al3Zr彌散相。Al3Ni粒子能夠促進(jìn)非均勻成核，所以大量晶核能附

21、著在該粒子處結(jié)晶。當(dāng)溫度升高至超塑性變形的溫度時(shí)，Al3Zr彌散相能夠阻礙部分再結(jié)晶。與此同時(shí)，進(jìn)行超塑性變形時(shí)，會抑制晶粒的長大。細(xì)晶結(jié)構(gòu)和高晶界密度，利于晶界產(chǎn)生滑移，同時(shí)動態(tài)重結(jié)晶會產(chǎn)生新的微細(xì)晶粒和高角度晶界，這些因素也會對晶界滑移有利。產(chǎn)生超塑性形變時(shí)，晶界擴(kuò)散、位錯(cuò)運(yùn)動和動態(tài)重結(jié)晶三種相互協(xié)調(diào)，共同作用，產(chǎn)生晶界滑移。鎳含量為1-3%的AlZnMgCuZr合金具有超塑性。此外，隨著鎳含量（1-3%）的增加，粗質(zhì)的Al3Ni共晶體相的體積比會增大，從而導(dǎo)致晶粒尺寸減小、超塑性的伸長率增大。當(dāng)拉伸試驗(yàn)的條件：鎳含量為3%、溫度為440、恒定應(yīng)變速率低于1*10-2s-1時(shí)，伸長率超過8

22、00%，當(dāng)應(yīng)變速率為1*10-1s-1時(shí)，伸長率為450%。在室溫下，合金的屈服強(qiáng)度為570MPa，極限抗拉強(qiáng)度為610MPa。 實(shí)驗(yàn)表明，在超塑性變形之前，由于高強(qiáng)度合金出現(xiàn)了部分的重結(jié)晶晶粒，導(dǎo)致合金產(chǎn)生了高應(yīng)變速率的超塑性。由于動態(tài)重結(jié)晶，當(dāng)進(jìn)行超塑性變形時(shí)，生成的晶粒的尺寸約為2m。WANG L.Y等人19對工業(yè)用AZ31B鎂合金（Al-2.92,Zn-1.01 ,M-0.34其余為Mg）做熱拉伸試樣（溫度為723K，拉伸速率為1*10-3s-1）,得到的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，如圖8所示。通過圖8可以得出，在熱拉伸條件為溫度為723K，拉伸速率為1*10-3s-1時(shí)，合金的伸長率最大可達(dá)

23、216%，說明AZ31B鎂合金同樣具有 圖8 AZ31B合金的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線 超塑性。劉黎明等人20采用鑄造法制備（Al-5.60Mg-0.30Zr-0.07Cr-0.16其余為Mn）合金，并通過擠壓工藝制備出合金管材。制備工藝流程如圖9所示。同時(shí)根據(jù)一系列的拉伸試驗(yàn)，得到試樣室溫下的拉伸性能和高溫下的超塑性性能，如表3所示 表3 試樣的室溫拉伸性能和高溫超塑性拉伸性能圖9.試樣的工藝流程 通過表3我們可以看出，相同條件下退火態(tài)的塑性要優(yōu)于冷變形的塑性，這是因?yàn)橥嘶鹂梢允购辖鸬幕瘜W(xué)成分及組織均勻化、晶粒細(xì)化，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，使材料的硬度降低、塑性增強(qiáng)。還能看到，退火態(tài)的合金在溫度為50

24、0-520、應(yīng)變速率為8*10-4s-1時(shí)，合金的伸長率高達(dá)500%，m值為0.41，說明合金具有良好的超塑性。在掃描電鏡下觀察試樣的常溫拉伸、高溫拉伸的斷口表面形貌，如圖10所示。圖10常溫拉伸斷口形貌（a）和高溫拉伸斷口形貌（b）圖10a中可以看到，常溫拉伸斷口形貌處存在大量韌窩和細(xì)小的第二相，這是穿晶斷裂具有的特點(diǎn)。裂紋萌生于第二相細(xì)顆粒處，經(jīng)擴(kuò)展后斷裂。而b圖中沒有出現(xiàn)韌大量的窩結(jié)構(gòu)，存在大量深坑，深坑處可看見晶界結(jié)構(gòu)，說明試樣以是沿晶斷裂的方式斷開的。對圖b形貌的解釋為：高溫會導(dǎo)致合金產(chǎn)生動態(tài)重結(jié)晶過程，會產(chǎn)生新的晶粒，由于試樣中存在第二相、加工的變形不均勻性等因素，就會導(dǎo)致重結(jié)晶晶

25、粒尺寸細(xì)小，晶界增多。在高溫超塑性變形過程中，晶界滑動在晶界臺階、第二相粒子等處受阻，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，這時(shí)，啟動位錯(cuò)滑移和擴(kuò)散蠕變協(xié)調(diào)機(jī)制，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，變形得以繼續(xù)。然而，隨變形率增大，晶界滑移受阻嚴(yán)重，就會在受阻處產(chǎn)生小的空洞，隨著形變的繼續(xù)，空洞數(shù)量增加，尺寸增大，最終聚集、擴(kuò)展而導(dǎo)致沿晶破斷。這也是該合金產(chǎn)生超塑性的原因。4.結(jié)論采用鑄造法制備的鋁合金在高溫下具有超塑性，有的鋁合金經(jīng)過處理，伸長率高達(dá)1000%6，它是一種典型的超塑性材料。而關(guān)于超塑性產(chǎn)生的機(jī)理，所有文獻(xiàn)都無一例外地提到：在熱塑變過程中，位錯(cuò)運(yùn)動、溫度等因素產(chǎn)生動態(tài)重結(jié)晶，生成新的晶粒，由于第二相、加工的變形不均勻性等

26、因素導(dǎo)致新生晶粒尺寸普遍較小。細(xì)晶結(jié)構(gòu)和高晶界密度等因素，對晶界產(chǎn)生滑移十分有利，從而使合金的伸長率即塑性大幅提升。參考文獻(xiàn)1 Wu S D，Theory of Metal Superplastic Deformation Beijing National Defence Industry Press 19972 Chokshi A H，Mukherjee A K，Langdon T G，Superplasticity in advanced materials，Materials Science and Engineering: R: Reports 19933 Song Y Q，Alumi

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