超塑性的案例
等溫鍛造與超塑鍛造的材料性能
采用等溫鍛造或超塑性鍛造，不僅可以成形許多常規金屬材料，而且可以成形許多常規變形方法不能加工的低塑性、難變形材料，目前已廣泛應用到合金鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、高溫合金、金屬間化合物、大塊非晶、復合材料以及粉末材料的成形加工方面。等溫鍛造和超塑性鍛造工藝規范的確定以材料流動應力低、塑性高、氧化少為原則，并要兼顧到模具材料的承受能力。材料在等溫狀態下的流動應力受溫度、應變和應變速率的影響，既具有應變強化特性，又具有應變速率強化特性。依材料品種、成形溫度和應變速率不同，上述兩種特性彼此消長，而材料的塑性也同樣受上述因素的影響。合理的成形工藝熱力規范可以保證材料具有較高的塑性和低的變形抗力，有利于成形過程的穩定進行。不同種類的材料其應力應變曲線具有很大的差異，為了合理地確定其等溫鍛造和超塑性鍛造工藝規范，應對不同材料的等溫鍛造和超塑性鍛造成形性能進行具體分析。
如前所述，組織超塑性的前提是材料具有等軸細
晶組織。
獲得該組織的途徑有三種：
工業供貨狀態即
為等軸細晶組織，主要是部分鈦合金（如Ti-6Al-
4V）、雙相不銹鋼（如0Cr21Ni5Ti）；
為獲得超塑性
而特殊開發的材料品種，主要是在超塑性研究早期；
工業牌號材料的細晶化處理。
展開 鍛造最新前沿技術研究綜述(下)
近似超塑性技術
對具有微晶質的材料組織超塑性的研究(晶粒的平均尺寸通常不超過10 ～20μm)，是在提高溫度和相對低的變形速度(通常在10-4 ～10-3s-1) 下進行的。事實上已經確定，任何多晶體材料，包括鋁基、鈦基、鎳基等工業合金都能轉變為超塑性組織狀態。在許多場合，在金屬壓力加工時運用超塑性可以保證降低變形力、減少工藝工步數量并提高半成品的力學性能和尺寸精度。在常規鍛造條件下，這些金屬材料的鍛造溫度范圍比較窄，尤其軋制薄板、高筋和薄壁零件時，坯料的熱量很快被工模具吸收，溫度迅速下降。不僅需要大幅度地提高設備的噸位，而且也容易造成工模具的開裂。尤其是鈦合金更為明顯，它對變形溫度非常敏感，當變形溫度由920℃降到820℃時，變形抗力幾乎增加一倍。鈦合金超塑性的變形力大約只有普通軋制的1/30 ～1/10。
鈦合金廣泛用在許多工業領域，包括航空航天、汽車和生物醫學。大家知道，許多鈦合金工藝塑性低，供貨狀態下組織不均勻。因此，從這些材料中獲得價廉物美、高質量、復雜零件具有迫切現實意義。解決該問題有效途徑之一是使用超塑性技術。遺憾的是生產各種合金超細晶粒是困難的，價格也是高昂的。
粗晶超塑性
O.I.Вylyа，Р.L.Вlekvell(Strаthсlyde,Glаsgow 英國斯特拉思·克萊德大學)，Р.А.Васин(俄羅斯國立馬里大學機械學院)，M.K.Sаrаndzhi(印度技術教育和研究學院)合作研究了粗晶超塑性。
超塑性壓力加工成形主要優點之一是材料能夠達到非常大的變形。但是，很多工藝過程不需要100% ～200%的變形量，一般金屬鍛比達到5，即變形達到75%即可。為了保證零件高的使用性能不總是要求最優的。況且粗晶片狀顯微組織對抗疲勞裂紋擴張具有更好的穩定性。
展開 東北大學：高性能納米/超細晶奧氏體不銹鋼工業化制備新技術！
圖1納米/亞微米晶鋼制備工藝示意圖
通過控制冷軋及退火工藝，形成了多尺度納米/亞微米晶奧氏體組織，可獲得屈服強度約900MPa，延伸率約為45%的優異的強塑性匹配；研究了等溫退火對馬氏體逆相變和殘余奧氏體再結晶行為的影響規律，明確了加熱過程中加熱速率對馬氏體逆相變機制的作用機制，探究并分析了納米/亞微米晶304不銹鋼的加工硬化行為及其低溫超塑性。
圖2(a)304不銹鋼初始熱軋組織；(b)制備的納米/亞微米晶組織
圖3不同異質結構的奧氏體組織及其工程應力-工程應變曲線
研究了納米/亞微米晶（晶粒尺寸約200nm）304不銹鋼的低溫（?0.5Tm）超塑性行為，發現其在600℃表現出類超塑性行為，延伸率?150%；在630℃表現出典型的超塑性行為，最大延伸率超過300%，其超塑性變形機制為晶界滑動，協調變形機制包括晶界遷移和位錯滑移。低溫超塑性的發現進一步拓寬了其在高溫領域的應用。
圖4納米/亞微米晶304不銹鋼不同溫度下的拉伸曲線
三、主要創新性成果
基于前期課題組關于納米/亞微米晶鋼的研究基礎，以304不銹鋼為研究對象，旨在制備出大尺寸高強塑性的納米/亞微米晶奧氏體不銹鋼，并圍繞組織納米化機理（包括變形過程中的馬氏體相變和退火過程中的逆相變機制）、強塑性控制、塑性變形機制、加工硬化行為、低溫超塑性行為、耐腐蝕性能等展開一系列研究，以期能為高強塑性納米/亞微米晶鋼的制備提供一定的理論依據，為后續實際工業生產提供一定的理論指導。
展開 航空發動機寬弦空心風扇葉片制造研究綜述
兩層結構葉片由美國普惠公司在 80 年代末提出，首先將預先機加工出空腔的兩半對稱的扁平葉身進行擴散連接，通過加強筋形成空腔結構，再將整體空心毛坯加熱至超塑成形狀態，利用重力作用和模具獲得葉片初步的彎扭度，之后利用模具合模使葉片成形至所需形狀，最后進行數控加工獲得成品。此類葉片成功運用在 PW4084 系列增推型發動機，風扇直徑增大到 2.84 m，葉片數量減少至 22 片。Bichon 等于 1997 年提出了將兩塊板擴散焊后常規熱塑性成形再超塑性成形的方法。原材料為晶粒尺寸 7 m 左 右的鈦合金鍛坯，預先機加工出帶減重槽的葉盆 側和葉背側平板進行擴散焊接，在焊接溫度 875~940 ℃，焊接壓力 3~4 MPa 的等靜壓下保溫保壓至少 1 小時，之后焊后葉片在超塑性成形溫度和應變速率范圍內扭轉得到具有過渡形狀的葉片，隨后對熱扭轉后的葉片進行熱壓和氣脹校形，超塑性氣脹成形溫度在 850～940 ℃之間， 充氣壓力在 2~4 MPa 下最佳。目前兩層結構寬弦空心風扇葉片的制造工藝路線可總結為：
1）擴散連接-常規塑性成形-超塑成形按照預定毛坯設計先通過擴散焊接獲取整體空心平板毛坯，之后利用熱成形模具對毛坯進行常規塑性成形及氣脹蠕變成形，材料需要經歷至少 3 次加熱循環。
2）常規塑性成形-熱等靜壓擴散連接首先通過常規塑性成形獲取具有葉片曲面外形的葉盆及葉背側面板，之后機加工出面板空心結構，最終通過擴散焊接使已經具有彎扭形狀的葉盆以及葉背側面板連為一體。材料需要經歷至少 2 次加熱循環，不需要進行超塑成形。
展開 
一文看常用材料成型技術
扭軸成型示意圖
金屬扭軸
7
超塑性成型
這種新發展的技術用類似熱塑成型的方法來生產鈑金件。金屬板材加熱后以空氣壓力加壓成型，這種制程依賴于特殊級數的鎂鈦鋁材料的超塑性。
超塑性成型示意圖
超塑成型的自行車框架
航空發動機葉片斷裂機理
超塑性成形鈦合金葉片。葉片材料。目前，Ti6Al4V和Ti6Al2Sn4Zr2Mo及其他鈦合金，是超塑性成形葉片等最為常用的鈦合金。
我國耐熱鈦合金開發和應用方面也落后于其他發達國家，英國的600℃高溫鈦合金IMI834已正式應用于多種航空發動機，美國的Ti-1100也開始用于T55-712 改型發動機，而我國用于制造壓氣機盤、葉片的高溫鈦合金尚正在研制當中。其它像纖維增強鈦基復合材料、抗燃燒鈦合金、Ti-Al金屬間化合物等雖都立項開展研究，但離實際應用還有一個過程。
制造技術。早在1970s，鈦合金超塑性成形技術就在美國軍用飛機和歐洲協和飛機中得到了應用。在隨后的十年中，又開發了軍用飛機骨架和發動機用新型超塑性鈦合金和鋁合金。在軍用飛機及先進的民用渦扇發動機葉片等，均用超塑性成形技術制造，并采用擴散連接組裝。
新型材料葉片。碳纖維/鈦合金復合材料葉片。美國通用公司生產的GE90-115B發動機，葉身是碳纖維聚合物材料，葉片邊緣是鈦合金材料，共有渦扇葉片22片，單重30~50磅，總重2000磅。能夠提供最好的推重比，是目前最大的飛機噴氣發動機葉片，用于波音777飛機，2010年9月在美國紐約現代藝術館展出。
金屬間化合物葉片。盡管高溫合金用于飛機發動機葉片已經50多年了，這些材料有優異的機械性能，材料研究人員，仍然在改進其性能，使設計工程師能夠發展研制可在更高溫度下工作的、效率更高的噴氣發動機。不過，一種新型的金屬間化合物材料正在浮現，它有可能徹底替代高溫合金。
金屬件化合物的規則重復的圖案。這是因為高溫合金在高溫工作下時會生成一種γ相，研究表明，這種相是使材料具有高溫強度、抗蠕變性能和耐高溫氧化的主要原因。因此，人們開始了金屬間化合物材料的研究。
展開 【鋁材技術】雜質元素在鋁合金中的影響
鈣在鋁合金中固溶度極低，與鋁形成CaAl4化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，大約5％鈣和5％錳的鋁合金具有超塑性。鈣和硅形成CaSi，不溶于鋁，由于減小了硅的固溶量，可稍微提高工業純鋁的導電性能。鈣能改善鋁合金切削性能。CaSi2不能使鋁合金熱處理強化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。
鉛、錫、鉍元素是低熔點金屬，它們在鋁中固溶度不大，略降低合金強度，但能改善切削性能。鉍在凝固過程中膨脹，對補縮有利。高鎂合金中加入鉍可防止鈉脆。
銻主要用作鑄造鋁合金中的變質劑，變形鋁合金很少使用。僅在Al-Mg變形鋁合金中代替鉍防止鈉脆。銻元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善熱壓與冷壓工藝性能。
鈹在變形鋁合金中可改善氧化膜的結構，減少熔鑄時的燒損和夾雜。鈹是有毒元素，能使人產生過敏性中毒。因此，接觸食品和飲料的鋁合金中不能含有鈹。焊接材料中的鈹含量通常控制在8μg/ml以下。用作焊接基體的鋁合金也應控制鈹的含量。
鈉在鋁中幾乎不溶解，最大固溶度小于0.0025％，鈉的熔點低（97.8℃）,合金中存在鈉時，在凝固過程中吸附在枝晶表面或晶界，熱加工時，晶界上的鈉形成液態吸附層，產生脆性開裂時，形成NaAlSi化合物，無游離鈉存在，不產生“鈉脆”。當鎂含量超2％時，鎂奪取硅，析出游離鈉，產生“鈉脆”。因此高鎂鋁合金不允許使用鈉鹽熔劑。防止“鈉脆”的方法有氯化法，使鈉形成NaCl排入渣中，加鉍使之生成Na2Bi進入金屬基體；加銻生成Na3Sb或加入稀土亦可起到相同的作用。
展開 【鋁材技術】雜質元素在鋁合金中的影響
鈣在鋁合金中固溶度極低，與鋁形成CaAl4化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，大約5％鈣和5％錳的鋁合金具有超塑性。鈣和硅形成CaSi，不溶于鋁，由于減小了硅的固溶量，可稍微提高工業純鋁的導電性能。鈣能改善鋁合金切削性能。CaSi2不能使鋁合金熱處理強化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。
鉛、錫、鉍元素是低熔點金屬，它們在鋁中固溶度不大，略降低合金強度，但能改善切削性能。鉍在凝固過程中膨脹，對補縮有利。高鎂合金中加入鉍可防止鈉脆。
銻主要用作鑄造鋁合金中的變質劑，變形鋁合金很少使用。僅在Al-Mg變形鋁合金中代替鉍防止鈉脆。銻元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善熱壓與冷壓工藝性能。
鈹在變形鋁合金中可改善氧化膜的結構，減少熔鑄時的燒損和夾雜。鈹是有毒元素，能使人產生過敏性中毒。因此，接觸食品和飲料的鋁合金中不能含有鈹。焊接材料中的鈹含量通常控制在8μg/ml以下。用作焊接基體的鋁合金也應控制鈹的含量。
鈉在鋁中幾乎不溶解，最大固溶度小于0.0025％，鈉的熔點低（97.8℃）,合金中存在鈉時，在凝固過程中吸附在枝晶表面或晶界，熱加工時，晶界上的鈉形成液態吸附層，產生脆性開裂時，形成NaAlSi化合物，無游離鈉存在，不產生“鈉脆”。當鎂含量超2％時，鎂奪取硅，析出游離鈉，產生“鈉脆”。因此高鎂鋁合金不允許使用鈉鹽熔劑。防止“鈉脆”的方法有氯化法，使鈉形成NaCl排入渣中，加鉍使之生成Na2Bi進入金屬基體；加銻生成Na3Sb或加入稀土亦可起到相同的作用。
展開 鋁鋰合金：現代飛機新型材料的選擇
3、鋁鋰合金的先進制造技術及其發展趨勢
1 超塑成形及擴散連接技術
超塑成形及超塑成形/擴散連接技術（SPF及SPF/DB）是利用材料的超塑性，對形狀復雜 、難以加工的薄壁零件，采用吹塑、脹形等方法進行成形的過程，是一種幾乎無余量 、低成本、高效的特種成形方法。鋁鋰合金與其他超塑材料一樣可以通過合金化或者機械熱處理獲得均勻、細小、等軸晶而產生超塑性能。鋁鋰合金的SPF研究始于1980年，在1982年的范堡羅國際航空展覽會上英國超塑性成形金屬公司首次演示了鋁鋰合金的超塑性現象及其超塑F零件。美國Weldalite049合金具有異的超塑性，在507℃固溶處理，不加反壓 ， 4×10-3 應變速率下，延伸率可達829%。這一應變速率明顯高于其他鋁合金的應變速率 ， 這對解決超塑工藝速度低的問題有重要意義。俄羅斯已經對1420采用SPF工藝加工了許多飛機的零部件，有的尺寸達1200mm×600mm。國內航天材料及工藝研究所、北京航空制造工程研究所等科研單位針對鋁鋰合金的SPF及SPF/DB組合工藝進行了大量的開拓性工作, 取得了很多成果。目前，鋁鋰合金的超塑成形正由次承力構件向主承力構件發展，并且由單一的超塑成形向超塑成形/擴散連接的組合工藝發展，使鋁鋰合金加工成本更低，結構更具整體性、輕質量。
剪切旋壓
2 旋壓技術（Spin Forming）
旋壓技術是一項綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲等工藝特點的少無切削加工的先進工藝 。 剪切旋壓是近年來在傳統旋壓技術基礎上發展起來的新型旋壓技術，它不改變毛坯的外徑而改變其厚度來實現制造圓錐等各種軸對稱薄壁件的旋壓方式( 錐形變薄旋壓)。這種成形方法的特點是旋輪受力較小，半錐角和壁厚互相影響，材料流動流暢，表面粗糙度好和成形精度高，并且能較容易地成形、拉伸、旋壓難于成形的材料。
展開 MSC.Marc軟件相關服務
MSC.Marc聯盟，成員包括高校博士、Marc公司研發人員，我們歡迎有志之士的加入，并開展Marc mentat的相關業務：
主攻方向：
焊接；超塑性；壓模；軋制；蠕變；疲勞分析；連鑄；蠕變；塑性加工；汽車懸架；抗震；彈塑性；IDA分析；剪力墻（普通砼和UHPC）抗震；橡膠砂剪切試驗；振動臺試驗模擬。
其他服務：
marc軟件包(10)和遠程安裝(50)；marc學習資料出售(200)；marc2016，visual studio2013和fortran2015，子程序耦合服務(300)；marc模擬一對一基礎指導(800起)；滯回曲線處理，得到動剪模量和阻尼比(30一條)；橡膠砂與不含靜水壓力fortran子程序(500起)；marc計算退出號咨詢(免費一條，30)。
以上全部為成果轉化，有需要請詳細私聊(WangJ_226)，以上價格僅供參考，具體按需求定決定，請尊重勞動成果，謝謝各位來賓，祝大家學業事業愛情一帆風順！
展開 Arconic開發出新型高溫航空用鈦合金
具有可成形性(冷，熱，超塑性)，可熱處理，可鍛造，可焊接。
壓鑄模具鋼中各種合金元素的作用
鈣在鋁合金中固溶度極低，與鋁形成CaAl4化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，大約5%鈣和5%錳的鋁合金具有超塑性。鈣和硅形成CaSi，不溶于鋁，由于減小了硅的固溶量，可稍微提高工業純鋁的導電性能。鈣能改善鋁合金切削性能。CaSi2不能使鋁合金熱處理強化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。
鉛、錫、鉍元素是低熔點金屬，它們在鋁中固溶度不大，略降低合金強度，但能改善切削性能。鉍在凝固過程中膨脹，對補縮有利。高鎂合金中加入鉍可防止鈉脆。
銻主要用作鑄造鋁合金中的變質劑，變形鋁合金很少使用。僅在Al-Mg變形鋁合金中代替鉍防止鈉脆。銻元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善熱壓與冷壓工藝性能。
鈹在變形鋁合金中可改善氧化膜的結構，減少熔鑄時的燒損和夾雜。鈹是有毒元素，能使人產生過敏性中毒。因此，接觸食品和飲料的鋁合金中不能含有鈹。焊接材料中的鈹含量通常控制在8μg/ml以下。用作焊接基體的鋁合金也應控制鈹的含量。
鈉在鋁中幾乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，鈉的熔點低（97.8℃）,合金中存在鈉時，在凝固過程中吸附在枝晶表面或晶界，熱加工時，晶界上的鈉形成液態吸附層，產生脆性開裂時，形成NaAlSi化合物，無游離鈉存在，不產生“鈉脆”。當鎂含量超2%時，鎂奪取硅，析出游離鈉，產生“鈉脆”。因此高鎂鋁合金不允許使用鈉鹽熔劑。防止“鈉脆”的方法有氯化法，使鈉形成NaCl排入渣中，加鉍使之生成Na2Bi進入金屬基體；加銻生成Na3Sb或加入稀土亦可起到相同的作用。
更多案例，請關注公眾號：制造微聯盟
展開 abaqus中幅值曲線的使用介紹------案例二十三
此方法與蠕變應變速率控制一起用于超塑性成形分析（請參閱速率相關塑性：蠕變和膨脹）。
（7）Smooth step：用于定義旨在從一個幅度值平滑地上升或下降到另一個幅度值。該定義不能用于在一組數據點之間進行平滑插值
（9）Co-simulation：通過聯合仿真定義幅值變化情況
（10）Specification: 定義多斷幅值，以及幅值的一階二階導數的變化情況
（11）User:用戶自定義幅值。與UAMP和VUAMP共同使用。編寫子程序完成
（12）PSD definition：用于震動分析中的隨機載荷的頻率依賴性
abaqus系列技巧12：什么是幅值曲線
該方法與蠕變應變率控制一起用于超塑性成形分析.(creep and swelling)
7.平滑分析步幅值曲線(Smooth step)
使用方法與表格的一樣，只不過顯得更為平滑
8.激勵器幅值曲線(Actuator)
不常用
9.譜幅值曲線(Spectrum)
?在響應譜分析中定義譜幅值曲線，通過確定譜值，頻率，相關阻尼來確定
10.用戶自定義（user）
通過編子程序的方式實現
11.PSD曲線
基于PSD曲線的方式
如果想了解更為詳細的，我還錄制了一個50分鐘的視頻，專門以案例的方式講解了這部分內容，鏈接
https://m.jishulink.com/m/college/video/c14105?SUID=dc703aad-f76c-4e55-904e-89e133fd6069
歡迎關注我的賬號。
想獲得幻想飛翔最新CAE技術文章，請關注幻想飛翔公眾賬號：幻想飛翔CAE。
想獲得幻想飛翔最新CAE技術文章，請關注幻想飛翔公眾賬號：幻想飛翔CAE。
也歡迎加入abaqus交流群516073058進行討論研究
展開 模具業將向多功能方向發展
隨著零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在１μｍ以下，這就要求發展超精加工。
專家認為，我國模具行業要進一步發展多功能復合模具，一套多功能模具除了沖壓成型零件外，還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務。通過這種多功能的模具生產出來的不再是成批零件，而是成批的組件，如觸頭與支座的組件、各種微小電機、電器及儀表的鐵芯組件等。多色和多材質塑料成形模具也將有較快發展。這種模具縮短了產品的生產周期，今后在不同領域將得到發展和應用。
隨著熱流道技術的日漸推廣應用，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節約制件的原材料，這項技術的應用在國外發展很快，已十分普遍。國內熱流道模具也已經生產，有些企業已達３０％左右，但總的來看，比例太低，亟待發展。隨著塑料成型工藝的不斷改進與發展，氣輔模具及適應高壓注射成型工藝的模
有關專家認為，模具標準件的應用將日漸廣泛，模具標準化及模具標準件的應用能極大地影響模具制造周期。
使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質量和降低模具制造成本。同時，快速經濟模具的前景十分廣闊。由于人們要求模具的生產周期越短越好，因此開發快速經濟模具越來越引起人們的重視。例如研制各種超塑性材料來制作模具；用環氧、聚酯或在其中填充金屬、玻璃等增強物制作簡易模具。這類模具制造工藝簡單，精度易控制，收縮率較小，價格便宜，壽命較高。還可用水泥塑料制作汽車覆蓋件模具。中、低熔點合金模具，噴涂成型模具，電鑄模，精鑄模，層疊模，陶瓷吸塑模及光造型和使用熱硬化橡膠快速制造低成本模具等快速經濟模具將進一步發展。快換模架、快換沖頭等也將日益發展。另外采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術也會得到發展和提高。
專家認為，模具行業中壓鑄模的比例將不斷提高。
展開 