超塑性成形（超塑性成形）
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更新时间：2023-08-08
小编整理：
超塑性成形是指在特定的条件下，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），目前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。 因此，总结一下，超塑性成形是指在低的应变速率和一定的变形温度下，通过加工处理可以获得具有超塑性质的成型方法。超塑性成形
超塑性是指在特定的条件下，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，目前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。
基本信息
| 外文名 | Superplastic forming |
| 原理 | 利用金属的超塑性 |
| 应用 | 航空航天、建筑、交通等领域 |
| 粒径 | 不得大于10μm |
| 工艺分类 | 气胀成形和体积成形 |
概念介绍
特点说明
实际应用
1)板料成形
真空成形法有凹模法和凸模法。将超塑性板料放在模具中，并把板料和模具都加热到预定的温度，向模具内吹入压
缩空气或将模具内的空气抽出形成负压，使板料贴紧在凹模或凸模上，从而获得所需形状的工件。对制件外形尺寸精度
要求较高时或浅腔件成形时用凹模法，而对制件内侧尺寸精度要求较高时或深腔件成形时则用凸模法。
真空成形法所需的最大气压为105Pa，其成形时间根据材料和形状的不同，一般只需20～30s。它仅适于厚度为0.4
～4mm的薄板零件的成形。
2)板料深冲
在超塑性板料的法兰部分加热，并在外围加油压，一次能拉出非常深的容器。深冲比H/d0可为普通拉深的15倍左右。
3)挤压和模锻
精密模锻
1.精密模锻的概念
精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而
不必再经切削加工。模锻件尺寸公差等级可达CT12～CT15，表面粗糙度为Ra3.2～1.6μm。
2.精密模锻的工艺
一般精密模锻的工艺过程大致是：先将原始坯料普通模锻成中间坯料；再对中间坯料进行严格的清理，除去氧化皮
或缺陷；最后采用无氧或少氧化加热后精锻(图2-62)。为了最大限度地减少氧化，提高精锻件的质量，精锻的加热温度
3.精密模锻工艺特点
①需要精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料；否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。
③为提高锻件的尺寸精度和降低表面粗糙度，应采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。
④精密模锻的锻件精度在很大程度上取决于锻模的加工精度，因此，精锻模膛的精度必须很高。一般情况下，它要
好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。
⑤模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。
粉末锻造
粉末锻造是粉末冶金成形方法和锻造相结合的一种金属加工方法。它是将粉末预压成形后，在充满保护气体的炉子
中烧结制坯，将坯料加热至锻造温度后模锻而成。其工序如图2-63所示。
与模锻相比，粉末锻造具有以下优点。
①材料利用率高，可达90%以上；而模锻的材料利用率只有50%左右。
②机械性能高。材质均匀无各向异性，强度、塑性和冲击韧性都较高。
③锻件精度高，表面光洁，可实现少或无切削加工。
④生产率高，每小时产量可达500～1000件。
高能高速成形
高能高速成形是一种在极短时间内释放高能量而使金属变形的成形方法。高能高速成形的历史可追溯到100多年前，但由于成本太高及当时工业发展的局限，该工艺在当时并未得到应用。随着高新技术的发展及某些重要零部件的特殊需求，近些年来，高能高速成形得以飞速发展。高能高速成形主要包括：利用高压气体使活塞高速运动来产生动能的高速成形，利用火药爆炸产生化学能的爆炸成
这些特殊的成形工艺不仅赋予了成形后的材料特殊的性能，而且与常规成形方法相比还有以下特点。
②高能高速成形时，零件以极高的速度贴模，这不仅有利于提高零件的贴模性，而且可以有效地减小零件弹复现象。所以得到的零件精度高，表面质量好。
③因为是在瞬间成形，所以材料的塑性变形能力提高，对于塑性差的用普通方法难以成形的材料，采用高能高速成形仍可得到理想的成形产品。
④高能高速成形方法对制造复合材料具有独特的优越性，例如，在制造钢-钛复合金属板中，采用爆炸成形瞬间即可完成。
⑤高能高速成形是特殊的成形工艺，成本高、专业技术性强是这种工艺的不足之处。
静液挤压
利用高压粘性介质给坯料外力而实现挤压的方法，称为静液挤压法。静液挤压的原理如图2-64所示。
图2-64静液挤压原理图
静液挤压所使用的高压介质，一般有粘性液体和粘塑性体。前者如蓖麻油、矿物油等，主要用于冷静液挤压和500
料加热温度在700℃以上的挤压)。
与普通挤压法一样，根据需要，静液挤压可在不同的温度下进行。一般将金属和高压介质均处于室温时的挤压过程，
程，称为热静液挤压。
1.静液挤压的特点
静液挤压时坯料处于高压介质中，有利于提高坯料的变形能力，因而静液挤压适于难加工材料的成形、精密型材成
形。
静液挤压的材料主要有铝合金、铜合金、钢铁等金属材料，以及各种复合材料、粉体材料等。
用于静液挤压的坯料准备比普通挤压时的要求高。为了在挤压初期顺利地在挤压筒内建立起工作压力，一般需要将
坯料的头部车削成与所用挤压模模腔相一致的形状。为了提高挤压制品的质量，防止污染高压介质，需要对坯料进行车
皮处理。坯料表面的车削状态对挤压制品的表面质量影响较大。当挤压比较小时，要求表面粗糙度在几个微米的范围内
2.静液挤压的应用
1)异型材挤压
由于静液挤压时可以获得良好的润滑条件和均匀涂层流动状态，因而特别适合于内表面或外表面带有细小复杂筋条，且形状与尺寸精度和表面质量要求高的各种异型管材与棒材的成形。静液挤压可以在较低温度下实现大变形程度的高速挤压，所以对于一些高强度铝合金，由于高温脆性的缘故，在普通挤压机上，只能采取很低的速度进行挤压；而静液挤压可以将挤压温度降低至200～300℃，这样既可以避免高温脆性
2)难加工材料挤压
钛合金型材，特别是薄壁型材，采用普通挤压方法成形十分困难。采用静液挤压法挤压钛合金时，挤压温度可大大降低，且挤压制品具有尺寸精度高，表面质量好，性能均匀等特点，同时，还可以提高挤压制品的力学性能。
3)高温合金挤压
利用静液挤压强烈的三向压应力作用，可以改善金属的变形能力，进行镍基合金、金属间化合物等高温合金零部件的直接成形。
4)难熔金属材料挤压
大多数难熔金属因其变形抗力大、塑性差，采用常规挤压法挤压难熔金属难度大。在900～1500℃高温下，难熔金属不能在空气介质中成形，因为金属易与气体发生作用，使性能显著劣化。采用静液挤压法，以玻璃-石墨混合物为高压介质，使部分难熔金属挤压成为可能。
5)粉体材料挤压
6)包复材料挤压
连续挤压
压周期中非生产性间隙时间长，对挤压生产效率的影响较大。并且，由于这种间隙性生产的缘故，使得挤压生产的几何
废料(压余与切头尾)比例大为增加，成品率下降。因此，挤压加工领域很早以来一直致力于尽可能地缩短挤压周期中的
非生产性间隙时间，并同时力求减少挤压生产几何废料。因此，自20世纪70年代起，各国都在致力于连续挤压新技术的
开发和研究。连续挤压方法(包括半连续挤压法)大致可以分为两大类。第一类是基于Green的Conform连续挤压原理的方
法，其共同特征是通过槽轮或链带的连续运动(或转动)，实现挤压筒的“无限”工作长度，而挤压变形所需的力，则由
与坯料相接触的运动件所施加的摩擦力提供。例如，连续摩擦筒挤压法(Fuchs等，1973年)、轧挤法(Avitzur,1974年)、
轮盘式连续挤压法(Sekiguchi等，1975年)、链带式连续挤压法(Black等，1976年)、连续铸挤(英国Alform公司，1983
年)等均属此类。第二大类是源于20世纪60年代后期为了克服静液挤压生产周期中间隙时间过长的缺点，而试图使挤压
生产连续化的研究。这一类方法的共同特点是，利用高压液体的压力或粘性摩擦力，或再辅之以外力作用，实现半连续
或连续的挤压变形。例如，半连续静液挤压-拉拔法(Sabroff等，1967年)、粘性流体摩擦挤压法(Fuchs,1970年)、连续
静液挤压-拉拔法(松下富春等，1974年)等属于此类。所有这些方法中，Conform连续挤压法是目前应用范围最广、工业
化程度最高的方法。
Conform连续挤压原理为了实现连续挤压，必须满足以下两个基本条件：
的力实现挤压变形；
②挤压筒应具有无限连续工作长度，以便使用无限长的坯料。
为了满足第一个条件，其方法之一是采用如图2-65(a)所示的方
法，用带矩形断面槽的运动槽块和将挤压模固定在其上的固定矩形块
(简称模块)构成一个方形挤压筒，以代替常规的圆形挤压筒。当运动
槽块沿图中箭头所示方向连续向前运动时，坯料在槽内接触表面摩擦
力的作用下向前运动而实现挤压。但因为运动槽块的长度是有限的，
所以仍无法实现连续挤压。
为了满足上述的第二个条件，其方法之一就是采用槽轮(习惯上称
为挤压轮)来代替槽块，如图2-65(b)所示。随着挤压轮的不断旋转，
即可获得“无限”工作长度的挤压筒。挤压时，借助于挤压轮凹槽表
面的主动摩擦力作用，坯料(一般为连续线杆)连续不断地被送入，通
过安装在挤压靴上的模子挤出成所需断面形状的制品。这一方法称为
Conform连续挤压法，是由英国原子能局(UKAEA)斯普林菲尔德研究所
的D.Green于1971年提出来的。
