理论教育 「超塑性金属」:低流变阻力、高伸长率的奇特材料现象

「超塑性金属」:低流变阻力、高伸长率的奇特材料现象

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:超塑性是一种奇特的现象,是指物体在一定的内部条件和外部条件下,呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的特性。通常情况下,金属的伸长率不超过80%,而超塑性金属的伸长率可高达6000%,真是天壤之别!图33-2所示就是一个超塑性金属积层的造型。利用金属超塑性制造的钛合金涡轮叶片如图33-3所示。超塑性对于纺织行业的发展同样起到了举足轻重的作用。

「超塑性金属」:低流变阻力、高伸长率的奇特材料现象

很多人都曾经吃过拉面,也见过拉面的过程。一小块面从团状或者片状开始,随着厨师们双手的上下甩动,由一团变成了1根,再由1根变成2根、4根、8根……面的直径也由胳膊粗变成了指头粗,再到头发丝细,整个过程一气呵成,而面却始终不断(见图33-1),真是技术高超!这就是生活中的超塑性的使用范例。

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图33-1 刚做好的拉面

人类的想象是永无止境的。细心的科学家们想到了会不会有能像拉面一样由粗到细、却从不断裂的超塑金属。

超塑性是一种奇特的现象,是指物体在一定的内部条件和外部条件下,呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的特性。换句话说,就是材料具有极大的伸长率,易变形,且不出现缩颈,也不会断裂。通常情况下,金属的伸长率不超过80%,而超塑性金属的伸长率可高达6000%,真是天壤之别!

1982年,英国物理学家森金斯做出了如下定义:凡金属在适当的温度下(大约相当于金属熔点温度的一半)的应变速度为10mm/s时产生本身长度3倍以上的伸长率,就属于超塑性。图33-2所示就是一个超塑性金属积层的造型。

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图33-2 超塑性金属积层造型(www.daowen.com)

在超塑性条件下,把脆性的铝合金材料压制成几十微米厚的薄片,再依次以薄片为基体进行渗硼纤维和碳纤维,这样就可以综合基体材料和骨架材料的双重优点,制造出符合要求的超级材料。如果用这种材料来加强飞机上的衬板,不但可以使机翼的刚度提高,而且还能使其重量降低。利用金属超塑性制造的钛合金涡轮叶片如图33-3所示。

超塑性对于纺织行业的发展同样起到了举足轻重的作用。利用铝锌合金的超塑性制造的合金槽筒(见图33-4),成功地代替了原有的胶木制槽筒,成为了纺织行业的首选产品,受到了纺织行业的广泛欢迎。

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图33-3 利用金属超塑性制造的钛合金涡轮叶片

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图33-4 超塑性合金槽筒

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