超塑性

超塑性合金是指那些具有超塑性的金屬材料。超塑性是一種奇特的現象。具有超塑性的合金能像飴糖一樣伸長10倍、20倍甚至上百倍，既不出現縮頸，也不會斷裂。金屬的超塑性現象，是英國物理學家森金斯在1928年發現的，他給這種現象做如下定義：凡金屬在適當的溫度下（大約相當於金屬熔點溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應變速度10毫米/秒時產生本身長度三倍以上的延伸率，均屬於超塑性。最初發展的超塑性合金是一種簡單的合金，如錫鉛、鉍錫等。一根鉍錫棒可以拉伸到原長的19.5倍，然而這些材料的強度太低，不能製造機器零件，所以並沒有引起人們的重視。

60年代以後，研究者發現許多有實用價值的鋅、鋁、銅合金中也具有超塑性，於是前蘇聯、美國和西歐一些國家對超塑性理論和加工發生了興趣。特別在航空航天上，面對極難變形的鈦合金和高溫合金，普通的鍛造和軋制等工藝很難成形，而利用超塑性加工卻獲得了成功。到了70年代，各種材料的超塑性成型已發展成流行的新工藝。

超塑性材料是指：具有相對細小的晶粒（20微米-30納米）的金屬、陶瓷等，其晶粒分佈可以是均勻或不均勻的，且晶粒或相的形狀、尺寸或取向具有各向異性或各相同性。

現在超塑性合金已有一個長長的清單，最常用的鋁、鎳、銅、鐵、合金均有10～15個牌號，它們的延伸率在200～2000%之間。如鋁鋅共晶合金為1000%，鋁銅共晶合金為1150%，純鋁高達6000%，碳和不鏽鋼在150～800%之間，鈦合金在450～1000%之間。

實現超塑性的主要條件是一定的變形溫度和低的應變速率，這時合金本身還要具有極為細小的等軸晶粒（直徑五微米以下），這種超塑性稱為超細晶粒超塑性。還有一些鋼，在一定的溫度下組織中的相發生轉變，在相變點附近加工也能完成超塑性，稱為相變超塑性。

超塑加工具有很大的實用價值，只要很小的壓力就能獲得形狀非常複雜的製作。試想一下，金屬變成了飴糖狀，從而具有了可吹塑和可擠壓的柔軟性能，因此過去只能用於玻璃和塑料的真空成型、吹塑成型等工藝被沿用過來，用以對付難變形的合金。而這時所需的壓力很小，只相當於正常壓力加工時的幾分之一到幾十分之一，從而節省了能源和設備。使用超塑性加工製造零件的另一優點是可以一次成型，省掉了機械加工、鉚焊等工序，達到節約原材料和降低成本的目的。在模壓超塑性合金薄板時，只需要具備一種陰模或陽模即可，節省一半模具費用。超塑性加工的缺點是加工時間較長，由普通熱模鍛的幾秒增至幾分鐘。

超塑性的鋁合金已經商品化，如英國的Supral 100（Al—6Cu—0.4Zr）和加拿大的Alcan 08050（Al—5Ca—5Zn）。鋁板可在300～600℃時利用超塑性成型為複雜形狀，所用模具費用降低至普通壓力加工模具費用的十分之一，因此它具有和薄鋼板、鋁壓鑄件及塑料模壓件相競爭的能力。

據推測，最近超塑性成形工藝將在航天、汽車、車廂製造等部門中廣泛採用，所用的超塑性合金包括鋁、鎂、鈦、碳鋼、不鏽鋼和高溫合金等