【摘要】超塑性的概念及发展状况；实现超塑性的一般途径；概括总结超塑性在金属材料塑

性加工工程中的应用，包括超塑性挤压成形，模锻成形，气胀成形，超塑性拉深等；总结
超塑性在材料加工中的优势及不足。
　　【关键词】超塑性；金属材料；塑性加工
　　

0.引言

　　在

20 世纪 20 年代初人们就发现了金属和合金的超塑性现象，即在拉伸条件下材料表

现出异常高的伸长率（

δ100%）而不产生颈缩与断裂的现象。由于金属在超塑性状态下具有

高塑性、易成形、少硬化和良好的扩散结合性能，使其成为现代成形领域中一个很有发展前
景的研究和应用分支。超塑性的实现，要求材料具有微细而稳定的等轴晶粒组织，即所谓晶
粒的微细化、等轴化及稳定化。超塑性变形温度通常在

0.5Tm-TmK（Tm 为材料的熔点）范

围内，应变速率一般为

10-5-10-1/s。随着航空、航天和精密仪表的发展，对超塑性技术的研

究和应用逐日引起国际和国内相关领域的重视。下面，是几种超塑性的应用：
　　

1.超塑性挤压成形工艺

　　超塑性挤压成形的工艺大致为：

1）设计超塑性挤压件，使其形状符合工艺要求；2）

检验材料，确认其是否适用于超塑成形；

3）计算毛坯尺寸，满足加工前后体积不变原则；

4）制坯，通过锯切、车削、剪切等方法加工到规定尺寸；5）加热毛坯；6）对毛坯进行润滑，
增加流动均匀性；

7）在超塑性温度（一般在 200-900

℃）下合模加压，成形后脱模；8）

对成形件进行清理与表面处理。
　　例如，对于络筒机张力盘，材料为

HPb59-1 黄铜，若采用机加工，车到中间退刀时留

有未切削部分需要钳工修整，过程繁琐，生产率低。若用超塑性挤压成形，选用棒料毛坯，
尺寸

?38×9，为减少毛坯的保温时间和装模过程中的温度下降，先将毛坯在附设的电炉内加

热至

760

℃ 10℃，保温 10-15min 装入模具，在超塑性状态下成形，成形温度为 500℃，成

形力约为

300kN，液压机压下速度 16mm/min，保压 1.5-2min。实践证明，在超塑性状态下，

HPb59-1 黄铜的成形力只有冷加工的 1/6-1/5，生产效率提高了几倍至十几倍，并节约了材
料，提高了组织性能。
　　

2.超塑性模锻成形工艺

　　超塑性模锻成形的工艺大致为：先将合金在接近再结晶温度下进行热变形（挤压、轧制
或锻造）以获得超细的晶粒组织；然后再超塑性温度下，在预热的模具中模锻成所需的形
状；最后对锻件进行热处理，以恢复合金的高强度状态。需注意，与常规模锻相比，超塑性
模锻成形速度较低，温度较高，在

800

℃以上，最好采用可调速慢速液压机和耐高温模具

材料。
　　例如，对飞机发动机的钛合金（

TC11）压气机盘（直径为 520mm）进行超塑性等温锻

造加工。为了确定适宜的成形温度、速度、润滑剂，进行了超塑性拉伸和压缩试验，结果显示，
初始应变速率在

8×10-4-2×10-3/s 范围内，供应态 TC11 在较宽温度范围内具有良好的超塑

性，其中在

900

℃时伸长率为 960%-1020%，m 值接近 0.9；在 875-940℃范围内伸长率均

高于

600%。超塑压缩状态下的流变应力较拉伸状态有所增大，在压下量为 24.2%-29.3%范

围内，采用

RH11 润滑剂，变形后式样不呈鼓形，说明润滑效果良好。

　　

3.超塑性气胀成形工艺

　　超塑性气胀成形类似于塑料的吹塑成形，其基本原理是：将被加热至超塑温度的金属
板材夹紧在模具上，并在其一侧形成一个封闭的空间，在气体压力下使板材产生超塑性变
形，并逐步贴合在模具型腔表面，形成与模具型面相同的零件。超塑气胀成形过程一般包括
以下步骤：备料，模具和板坯的预热，压紧密封，充气成形，卸压放气，开模取件，切边
强化，表面处理等。
　　例如，

MB8 镁合金仪表零件的超塑气胀成形。MB8 镁合金板材晶粒度为 6.7μm，最佳