Сверхпластичность и возможности ее использования при обработке металлов давлением

При обычных условиях деформации пластичность поли­кристаллических металлов и сплавов позволяет одно­родно изменять размеры изготовленных из них образ­цов, например их длину при растяжении без образова­ния шейки, не более чем на несколько процентов, в луч­шем случае на 20—30%. На монокристаллах металлов с малым числом систем скольжения удается при благо­приятной ориентировке внешних касательных напряжений относительно систем скольжения удлинить образец в два — четыре раза. Это характерно, в частности, для металлов с гексагональной компактной решеткой (кад­мия, цинка).

Однако, как установлено, в особом структурном со­стоянии и особых условиях деформации можно добить­ся очень высокой пластичности некоторых поликристал­лических металлов и сплавов, позволяющей при растя­жении без образования шейки или с образованием так называемой бегающей шейки увеличить длину образцов в 10—30 и даже более раз, причем с помощью очень малых усилий.

Это явление было названо акад. А.А. Бочваром в 1945г. сверхпластичностью. Сейчас этот термин стал международным.

А. А. Бочвар совместно с 3. А. Свидерской впервые обнаружили явление сверхпластичности на эвтектоидном сплаве Zn+22% Al, в котором предварительно была создана ультрамелкозернистая структура. Позднее этот сплав стал классическим объектом изучения сверхпла­стичности.

Большое внимание, которое начиная с 60-х годов уде­ляют этому явлению в связи с заманчивыми перспекти­вами его практического использования, позволило уста­новить основные условия проявления сверхпластичности. Ими являются: малые размеры кристаллитов (1—10мкм), малая и тем меньшая, чем больше размер кри­сталлитов, скорость деформации (в интервале 10^-4 — 10^-1 с^-1) при относительно высоких температурах (≥0,5 от Т_пл) и соответственно малых напряжениях.

Явление сверхпластичности во многом сходно с пол­зучестью (крипом), но отличается от последнего значи­тельно большей чувствительностью процесса к размерам и форме зерен и более резкой зависимостью напряжения от скорости деформации.

Исходя из этого, можно определить сверхпластич­ность как способность поликристаллических (ультра­мелкозернистых) материалов равномерно пластически деформироваться на очень большие степени, при относи­тельно высоких температурах и малых напряжениях и соответственно малых скоростях деформации, к величи­не которых напряжение течения крайне чувствительно.

Важнейшей особенностью сверхпластичности являет­ся большая равномерность пластического течения. Если при обычной пластической деформации случайно возник­шее локальное утонение образца (образование шейки) стимулирует ускорение деформации в этой области и, следовательно, дальнейшее ее утонение, то пластическая деформация в условиях сверхпластичности лишена это­го недостатка, чем и объясняется столь устойчивое рав­номерное течение материала.

Математический аппарат теоретической механики (ме­ханики сплошных сред) позволяет из анализа кинетики процесса, не вдаваясь в его атомный механизм, устано­вить формальные параметры, ответственные за устойчи­вую равномерность пластичности.