超塑性是指多晶體金屬材料在拉伸條件下，表現(xiàn)出異常高的延伸率而不產(chǎn)生頸縮斷裂的現(xiàn)象，一般認(rèn)為當(dāng)延伸率大于200%并且應(yīng)變速率敏感指數(shù)大于0.3時(shí)，材料即具有超塑性。超塑成型已逐步發(fā)展成為一種成熟的工件整體成型工藝，在汽車航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)中，細(xì)晶鋁合金超塑成型溫度大于0.8Tm（Tm為鋁的絕對(duì)熔點(diǎn)，0.8Tm為473oC）。高溫超塑成型不僅浪費(fèi)能源，還導(dǎo)致晶粒粗化、表面溶質(zhì)原子損失，降低了成型后工件的力學(xué)性能，如果能在較低溫度下進(jìn)行超塑成型則可有效克服這些不足。低溫超塑性是指在0.5Tm以下溫度取得的超塑性，鋁合金的0.5Tm為194oC。然而對(duì)鋁合金，取得真正意義上的低溫超塑性是非常困難的，目前公開(kāi)報(bào)道的各種加工技術(shù)制備的細(xì)晶鋁合金低溫超塑性的最低溫度均大于200oC，因此350oC以下的超塑性一般就被認(rèn)為是低溫超塑性。

　　金屬所研究人員選擇Al-Zn (7075)、Al-Mg (Al-5.3Mg-0.23Sc, Al-4Mg-1Zr) 和Al-Cu (2219)三種典型鋁合金體系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，超細(xì)晶尺度是獲得鋁合金低溫超塑性的前提，而合金中彌散粒子的熱穩(wěn)定性及尺度和含量是決定超塑性的關(guān)鍵。高密度彌散粒子不僅可有效阻止FSP過(guò)程中再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)，保證獲得超細(xì)晶結(jié)構(gòu)，而且在超塑變形過(guò)程中可有效抑制晶粒長(zhǎng)大，確保獲得良好的低溫超塑性。對(duì)于2219Al合金，Al2Cu粒子熱穩(wěn)定性差，無(wú)法有效抑制晶粒長(zhǎng)大，因而不能在350oC以下取得超塑性；對(duì)于7075Al合金，具有較好熱穩(wěn)定性的含Cr彌散粒子能比較有效地抑制晶粒長(zhǎng)大，所以可在200-350oC獲得較好的低溫超塑性；而對(duì)Al-5.3Mg-0.23Sc和Al-4Mg-1Zr合金，Al3Sc和Al3Zr粒子具有良好的熱穩(wěn)定性，能有效抑制晶粒長(zhǎng)大，因而可在175oC獲得超塑性，突破了鋁合金低溫超塑性的200oC溫度限。

　　超塑性本構(gòu)方程預(yù)測(cè)，隨實(shí)驗(yàn)溫度升高，最佳超塑應(yīng)變速率增加。然而由于細(xì)晶結(jié)構(gòu)在高溫下容易粗化，這一預(yù)測(cè)一直沒(méi)有得到很好的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。即使對(duì)于含有熱穩(wěn)定性好的Al3Sc的Al-5.3Mg-0.23Sc合金，由于彌散粒子密度不夠高，超細(xì)晶在350oC以上異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致超塑性消失，仍不能驗(yàn)證上述預(yù)測(cè)。采用含有更多Al3Zr彌散粒子的FSP超細(xì)晶Al-4Mg-1Zr進(jìn)行的研究表明，該合金顯示出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，即使在高溫下退火，晶粒也無(wú)明顯長(zhǎng)大，在175-425oC的廣泛溫度范圍內(nèi)，表現(xiàn)出良好的低溫/高應(yīng)變速率超塑性，最佳超塑性應(yīng)形速率、最大延伸率和應(yīng)變速率敏感指數(shù)m隨溫度T升高而增加。通過(guò)超塑性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，建立了和T之間的定量關(guān)系：(C是與材料和結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù))，這為超塑性本構(gòu)方程中溫度影響的理論預(yù)測(cè)提供了直接的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　鋁合金高溫超塑性的主要變形機(jī)制為晶界滑移，對(duì)應(yīng)的m值一般為0.5。而低溫超塑性的m值在0.3-0.4之間，明顯低于晶界滑移機(jī)制對(duì)應(yīng)的m值。目前對(duì)于鋁合金低溫超塑性的變形機(jī)制仍然存在較大爭(zhēng)議，認(rèn)為可能的機(jī)制包括粘性位錯(cuò)蠕變、溶質(zhì)原子拖曳蠕變、晶界滑移、位錯(cuò)蠕變等，但均缺乏直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。拋光樣品表面刻痕法是定量估算晶界滑移在超塑性變形中貢獻(xiàn)的有效方法。傳統(tǒng)上，采用金剛石微粉（~3mm）在拋光樣品表面手工制備刻痕。然而，這樣的刻痕方法由于線條太粗不適合晶粒尺寸只有幾百納米的超細(xì)晶材料，更重要的是手工刻痕很難保證刻痕線與拉伸軸嚴(yán)格平行，使得定量估算結(jié)果存在較大誤差。他們首次采用納米壓痕儀在拉伸樣品表面刻痕的方法定量評(píng)價(jià)了晶界滑移在低溫超塑變形中所占比率。定量計(jì)算表明，即使在175oC低溫下，超塑變形初期晶界滑移對(duì)應(yīng)變的貢獻(xiàn)超過(guò)50%，隨變形量增大和變形溫度提高，晶界滑移的貢獻(xiàn)增大。這為多年來(lái)晶界滑移在低溫下能否發(fā)揮作用的爭(zhēng)議畫上了句號(hào)。

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