1.合金的超塑性

超塑性是指材料在一定内部（组织）条件（如晶粒尺寸、相变等）和外部变形条件（如温度、应变速率等）下，展现异常高延伸率的能力。材料展现超塑性的判据为：延伸率＜100%，应变速率敏感性指数（m）≥0.3。超塑性金属可以伸长十倍、二十倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂。原来坚硬的合金在其超塑性条件下，甚至能吹成象气球一样的薄壳。

超塑性现象是1920年由Rosenhain研究Zn-Al-Cu系三元共晶合金的物理性质时首先发现的。1934年Pearson发现Pb-Sn共晶合金低速拉伸时延伸率大于2000%。1945年Bochvar发现Zn-Al共析合金异常高的延伸率并提出“超塑性（Superplasticity）”这个名词。1964年，V.A.Backofen对Zn-Al共析合金进行了系统的研究，并提出了应变速率敏感性指数（即m值）这个新概念，奠定了超塑性研究的基础。以后，人们利用超塑性的加工方法，使金属加工技术得到迅速发展。超塑性研究已经遍及材料加工、力学、机械等许多学科。并在用于要求轻量化的航空材料如Ti合金和高温合金、超合金等难加工材料的成型方面取得进展。

2.超塑变形机理

超塑变形的基本特征如下：①力学特征是低应力，高m值，大延伸。②微观特征是：发生了大量晶界滑移和晶界迁移；晶粒发生转动；发生了三维晶粒重排；变形中位错发生在晶界，消失在晶界；晶界附近有一严重变形区；变形中晶粒长大，尤其在低应变速率时。这些特征是探讨超塑变形微观机制的基础。

金属超塑性现象大体上可分为两点：

（1）细晶超塑性　也称为组织超塑性、静态超塑性和恒温超塑性。细晶超塑性的组织条件可概括为晶粒三化（微细化、等轴化和稳定化）。有些材料（如Al-Cu-Zr合金等）超塑变形前为变形组织，利用超塑变形中的高温和加载形态进行动态再结晶，形成细晶组织，即所谓再结晶超塑性。大多数金属和合金的超塑性属于细晶超塑性。

（2）相变超塑性　又称动态超塑性。相变超塑性是在相变点上下，通过温度循还，加载而积累产生大变形，因此又称为环境超塑性。钢铁等常用材料显示相变超塑性。

超塑成型工艺主要有气胀成形、超塑深拉延、超塑等温模锻、无模拉伸、超塑复合材料及超塑成形/扩散焊接等。

3.超塑性合金

（1）超塑性锌合金　最早的超塑性锌合金是Zn-22Al，其成型条件是温度范围250～270℃，压力为0.39～1.37MPa，通常用于不需切削的简单零件。以Zn为基的超塑性合金的伸长率、m指数和相应的超塑性温度如表3.13所示。

（2）超塑性铝合金　作为结构材料使用。1973年英国研制成了Al-6Cu-0.42Zr铝板、Supral100薄板类和Supral150层状结构复合材料。加拿大研制了Al-5Ca-5Zn三元共晶合金，超塑性温度为300～600℃，m值0.22～0.51，在3×10-2秒的应变速率下可达408%变形率，可加工成复杂形状部件，强度达到686MPa，使用温度达到150℃。(www.daowen.com)

表3.14为超塑性铝合金的一些性能。

表3.13　Zn基超塑性合金

表3.14　Al基超塑性合金

（3）超塑性镍合金　镍基耐热合金高温强度大，难以锻造成形。和超塑性精密锻造，已制成蒸汽轮机。还可采用热等静压（HIP）等特殊成型工艺。表3.15是超塑性镍合金的性能。

表3.15　Ni基超塑性合金

（4）超塑性钢　超塑性钢具有多种用途。超塑性不锈钢和碳素钢的基础研究和应用研究尚有大量工作要做。

（5）超塑性钛金金　以Ti-6Al-4V合金为代表的超塑性钛合金可呈现2000%的伸长。在以压力1.37～2.06MPa和稍高温度下超塑性成型，仅需8分钟就可完成。

超塑性合金几乎遍及各合金体系，如Ag基、Bi基、Co基、Cu基、Mg基、Pb基、Sn基、In基合金、Zr合金等。超塑性铝合金由于有较高的强度，其使用范围将扩大。超塑性铁合金中的碳钢，可用于汽车工业。超塑性钛合金的超塑性温度与其扩散焊接温度相同，这使大型复合材料的制造成为可能。尤其已发现金属间化合物、复合材料和陶瓷经细晶化处理后也有超塑性，为这些高性能、难加工材料的成型开拓了一条新途径。