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摘要：

人們在制造機(jī)械零件及各類制品時，有兩個較為普遍的要求，第一是希望制品耐磨耐用、支持力強(qiáng)；第二是希望制造過程簡單容易、省時省力。這兩者往往是相互矛盾的，硬而強(qiáng)的東西制造起來往往工序繁多、費(fèi)時費(fèi)力。例如要將金屬材料如鋁、銅、鋼鐵軋制成管、棒、板、帶等材料，就需幾千噸以至幾萬噸的壓力機(jī)，幾千千瓦至上萬千瓦的軋機(jī)，愈是強(qiáng)度大硬度高的材料，生產(chǎn)起來就愈費(fèi)勁，這些設(shè)備笨重龐大，能耗高得驚人。一些形狀復(fù)雜精度要求高的零件還需車、銑、刨、磨等很多道工序的機(jī)械加工，又進(jìn)一步耗能，而且造成大量廢料，這些機(jī)床大都很復(fù)雜昂貴。人們在研究和選擇金屬材料時，首先就是從上述兩方面考慮，第一是它的強(qiáng)度、硬度，這是從使用角度考慮，第二是它的塑性、柔軟性，這是從制造角度考慮。

 所謂塑性，是指金屬在外力作用下能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞完整性的能力，表征的數(shù)據(jù)為延伸率（符號為δ，單位為百分?jǐn)?shù)）。金屬的柔軟性反映金屬的軟硬程度，它用變形抗力（符號為б，單位為Mpa）的大小來衡量。塑性大的材料可通過變形加工成各種適用型材，加工時所需功率大小則與其變形抗力有關(guān)。例如普通鑄鐵由于它的塑性很低，延伸率不足1%，只能鑄造，不能進(jìn)行軋制、擠壓、拉伸，所以它不能以型材供應(yīng)。鋼的延伸率要大很多，例如常用的A3鋼的延伸率在20%以上，不論軋制、擠壓、拉伸均可，但它并不柔軟，其變形抗力在900℃的高溫下仍在200Mpa之上，因此一般軋鋼機(jī)的動力裝置均在幾千千瓦以上。為了提高金屬的塑性，人們從材料的冶煉、提純、變形加工到熱處理等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究改進(jìn)，但所得成效有限，黑色金屬的延伸率一般不大于40%，有色金屬（如銅、鋅、鋁）一般不大于60%，而變形抗力則居高不下，未有什么進(jìn)展。超塑合金的出現(xiàn)，呈現(xiàn)了一個飛躍，它既有一般金屬所具有的強(qiáng)度和硬度，又在一定條件下具有超乎常規(guī)金屬的塑性，延伸率為普通金屬的10倍至100倍，最高的可達(dá)5000%以上，在拉伸試驗機(jī)上拉到盡頭還不斷。

超塑現(xiàn)象的研究最早出現(xiàn)在1920年，德國人羅申漢對冷軋后的A1-Zn-Cn三元共晶合金的鋁板彎曲時，出現(xiàn)了塑性異常高的現(xiàn)象。其后，英國、蘇聯(lián)等國的學(xué)者都對其進(jìn)行了研究。二戰(zhàn) 后，蘇聯(lián)著名的金屬學(xué)家包赤瓦爾對此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，用ZnA1共析合金在高溫拉伸試驗中得到了異常大的延伸率，并首次應(yīng)用了“超塑性”這個詞匯，1964年美國學(xué)者貝克芬對超塑性力學(xué)特性進(jìn)行了分析研究，提出了變形應(yīng)力б與應(yīng)變速率ε的關(guān)系方程式б=kεm式中k為與材料有關(guān)的常數(shù)，m為應(yīng)變速率敏感性指數(shù)，它與材料有關(guān)，是評價金屬超塑性的一個指標(biāo)，并提出了測定材料m值的方法，奠定了超塑性的力學(xué)基礎(chǔ)。

料超塑現(xiàn)象的出現(xiàn)是有條件的，既要有材料本身的內(nèi)在因素，也要有變形時的環(huán)境條件。

首先材料本身最好是兩相組織的共析或共晶合金，經(jīng)過一定的處理后其結(jié)晶應(yīng)是等軸、球形、細(xì)晶粒組織，晶粒尺寸一般不大于10μm（1μm=10-3mm）即d≤10μm，愈細(xì)愈好。這些材料原是指為實現(xiàn)超塑性而專門研制的合金，如鋅合金中的Zn-22%A1、Zn-5%A1，鋁合金中的A1-6%Cu-Zr合金。隨著對超塑性特點(diǎn)認(rèn)識的深化及實現(xiàn)超塑性工藝的進(jìn)步，有些現(xiàn)有牌號的工業(yè)合金通過一定的工藝處理也可實現(xiàn)超塑性。如鈦合金中的Ti-6A1-4V、銅合金中的黃銅、不銹鋼中的IN744，軸承鋼GCr-15、過共析鋼T12、低合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMnSiA等，這些常規(guī)金屬材料經(jīng)過一定的工藝處理，在指定的工藝條件下也具有超塑性。

我國從上世紀(jì)七十年代開始進(jìn)行超塑技術(shù)的研究，在超塑性機(jī)理及在鋅合金、鋁合金、鈦合金、銅合金領(lǐng)域的開發(fā)研制方面均取得了成果，并有不少成果用之于生產(chǎn)實際。例如紡織工業(yè)中落紗機(jī)用的槽筒形狀復(fù)雜而不規(guī)則，國內(nèi)用塑膠生產(chǎn)，壽命很短而且其磨擦靜電作用影響紗線質(zhì)量，國外用鑄鋁、鑄鐵或不銹鋼制作，工序多、重量大、價格高。我國研制成功用Zn-5%A1合金超塑成形，形狀精確、壁薄質(zhì)輕、工序簡便，價格很低，在紡織工業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，取代了進(jìn)口產(chǎn)品。通訊衛(wèi)星地面接收站的拋物面體，曲面形狀精度要求很高，用板材冷沖壓不但沖壓力要很大，而且由于材料反彈，制品與模具形狀不一，要求多次矯正修改才能接近理論值：采用超塑成型，壓力大大減小，制品與模具形面非常接近誤差很小，一次成型，效果很好。人造衛(wèi)星上使用的鈦合金燃料箱為中空球體，壁厚0.75-1.5mm，采用常規(guī)方法幾乎無法成形，采用超塑成形，很順利制成。

近年來隨著技術(shù)的進(jìn)步，超塑技術(shù)向更深更高的層次發(fā)展，金屬、復(fù)合材料、陶瓷材料和金屬間互化物近年來在高新技術(shù)領(lǐng)域獲得了特別的青睞，因為它們普遍的有重量輕、強(qiáng)度大、耐高溫、抗磨損等一系列優(yōu)點(diǎn)，但它們也有一個共同的特點(diǎn)，即很難加工，冷熱加工都很難，這使它們的推廣應(yīng)用受到了限制。1984年獲得了在鋁基合金中加入硅碳化物晶須增強(qiáng)體的細(xì)晶復(fù)合材料，在10-1S-1的高應(yīng)變速率下得到延伸率達(dá)300%的超塑性。1986年出現(xiàn)的細(xì)晶粒（0.3μm）釔穩(wěn)定四方晶氧化鋯（YTZP）在1450℃的高溫下其延伸率達(dá)到了120%—800%。此后研究工作迅速向其它材料領(lǐng)域如氧化鋁、磷灰石、硅氧化物、鐵碳化物等發(fā)展。1987年對金屬互化物如鈦鋁化物、鎳硅化物的研究也獲得了可觀的超塑性，這就為這些難加工材料的成型獲得了一條捷徑，可一次超塑成型為成品，避免了很多困難的加工工序，為其應(yīng)用發(fā)展大開方便之門。