超塑性成形的发展状况

超塑性成形的发展状况（通用5篇）

篇1：超塑性成形的发展状况

超塑性成形的发展状况

摘要：金属材料的超塑性是指金属在特定条件下，具有更大的塑性。本文主要介绍了超塑性成形的主要发展历程，超塑性成形的主要应用，非金属材料的超塑性研究和国内外的发展现状。关键词：超塑性 金属材料 成形

一、绪论

近年来，高温合金和钦合金的使用不断增加，尤其是在宇航飞行器及其发动机生产中。这些合金的特点是:流变杭力高，可塑性低，具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成木高昂。如采用普通热变形锻造时，机械加工的金属损耗达80%左右，如采用超塑性成形方法，就能改变锻件肥头大耳的落后状况。

金属材料的超塑性是指金属在特定条件(晶粒细化.极低的变形速度及等温变形)下，具有更大的塑性。如低碳钢拉伸时延伸率只有30~40%，塑性好的有色金属也只有60~70%，但超塑性状态。一般认为塑性差的金属延伸率在100~200%范围内，塑性好的金属延伸率在500~2000%范围内。

要使超塑性出现，必须满足某些必要条件。首先必须使金属具有0.25-2.5μm的极细晶粒，即必须小于一般晶粒大小的十分之一。其次，当温度达金属熔点一半以上时，具有一般晶粒金属的晶粒便开始长大，而这时细晶粒金属的晶粒保持稳定。因此，超塑性除要求有极细的晶粒度外，还必须具有高的延伸率和低的屈服应力，并以低的变形速率在高于熔点一半的温度下进行加工。

二、超塑性成形的发展

早在1920年，德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹，它和普通晶体材料大不相同。他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。1934年，英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000%的试样。很奇怪的是这种慢速大延伸的金属，在落地实验中呈脆性断裂，这是一个更大的发现，在当时虽然引起了一部分人的强烈反响，但在第二次世界大战的却被搁置了。

第二次世界大战后，前苏联科学家对金属的异常延伸现象进行了系统研究，用Zn-Al共析合金在高温拉伸试验中得到异常的伸长率，并应用于“超塑性”这个词汇。1962年，美国E.E.Underwood发表了一篇评论解说性文章，从冶金学的角度分析了实现超塑性成形的可能性、条件及基本原理。人们评价这篇文章是超塑性研究的总结。从此超塑性研究引起了人们越来越多的重视。

三、超塑性成形的应用

由于金属及合金在超塑性状态具有异常好的塑性和极低的流动应力，对成形加工极为有利。对于形状极为复杂或变形量很大的零件，都可以一次成形。从已报导的成形已有多种形式，如板料成形，管材成形，无模拉丝，吹塑成形和各种挤压，模锻等。利用这种异常的塑性，有些原来很多零件拚合成的部件，现在可以用超塑性成形一次加工出来，减轻了零件的重量，节约大量加工工时。具体应用介绍如下:

1、板料深冲

锌铝合金等超塑性板料，在法兰部分加热，并在外围加油压，一次能拉出非常深的容器。如果在冲头下部和拉伸好的筒部采用冷却装置，深冲比H/dp=11是普通拉深的15倍，而且拉深速度在5000毫米/分时深冲系数不变。超塑性成形件最大特点是没有各向异性，拉伸的杯形件没有制耳。

2.板料吹塑成形(气压成形)这是在超塑性材料的延伸率高和变形抗力小的前提下，受到塑料板吹塑成形的启发而发展起来的新工艺。用于Zn-22%A1, A1-6 %Cu-0.5%Zr和钛合金的超塑性板料成形。利用凹模或凸模上的形状，把板料和模具加热到预定的温度，用压缩空气的压力，使压紧的板料涨开贴紧在凹模或凸模上，以获得所需形状的薄板工件。目前能加工的板料厚度为0.4~4毫米。根据工件要求在它的表面上或在内腔内有清晰的形状和花纹，选用凹模内或凸模上成形。

3.挤压和模锻

近年来高温合金和钛合金的应用不断增加，尤其是国防工业生产中。这些合金的特点是:流变抗力高，可塑性极低，具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性，难于机械加工及成本昂高。如采用普通热变形锻造时，机械加工的金属损耗达80%左右，而机械加工的性能是很差的，所以往往不能满足零件所需的机械性能。但是采用超塑性模锻方法，就能改变过去肥头大耳的落后的锻造工艺。

四、应用举例

美国军工材料-机械研究中心用超塑性模锻法成功地制成了直升飞机用的Ti-6AL-4V钛合金风扇叶轮。该叶轮直径为34Omm。叶片厚度为4mm，模具材料采用MAR一M200镍基铸造高温合金，毛坯加热温度为950℃，模具温度为870℃，平均单位压力为11.9kg/mm2，超塑性模锻件重10kg，而普通模锻件重24kg。加工后成品叶轮净重4.8kg。

五、超塑性成形的发展现状

超塑性成形的主要研究前沿是“先进材料的超塑性开发”。所谓先进材料是指金属基复合材料、金属化合物、陶瓷等，由于他们具有某些优异的性能（例如强度、高温性能等），所以可以得到很大的发展。然而这些材料却有其共同的不足之处-难于加工成型，因此开发这些材料的超塑性具有重要意义。近年来其中一些材料的超塑性已经达到很高的指标，然而这些材料的超塑性应用上有一定的距离。

超塑性成型的历史尚短，仍属于新兴工艺，对各种材料的各种成型工艺过程，还在不断地实验、比较、淘汰、选择、发展和完善、从目前的发展趋势上来看，有下述几点值得注意。

1.成型大型金属结构及相关成型设备。采用超塑胀形工艺来成型大型金属结构具有显著的技术经济效益。这一类金属结构在美国的B-1型飞机和F14A、F15、F18飞机以及英国的直升飞机上获得应用，其中最大的构件是B-1机的发动机舱门，平面尺寸达到2790*1520cm。与这种成型工艺相适应设备研究也在发展，这种设备与通用液压机有很大的区别，对于整个成型过程采用自动控制。目前，美国已推出系列机型，英国、日本也有使用的报道。

2.陶瓷材料与复合材料的超塑性。国际上，陶瓷材料的超塑性研究有很大进展。日本物质和材料研究机构最近开发成功一种具有超塑性的新型陶瓷。这种陶瓷在高温下能够像金属一样被拉长，可以用来制造形状复杂的机械零件。这种新陶瓷是把钴、铝和尖金石三种材料在一起用一般方法烧制出来的。实验结果表明，1cm的材料片在1650℃的高温下，其应变速度1s可拉长1cm，是一般陶瓷的大约100倍。它可以像金属一样，进行轧制和锻造，制造发动机和涡轮机零件等产品。

我国的陶瓷材料超塑性研究也列入了863高技术研究规划之列。此外，以金属超塑性材料为基体的复合材料的研究也在进行中，从制备（包括材料设计）、性能测试、成型实验等诸多方面发展。比如，在金属基超塑性材料中加入SiC纤维形成的超塑性材料，可以达到超塑性气压胀形的要求。

六、超塑性的发展方向

世界上超塑性的研究已开展了四十年，70年代形成了“超塑热”，现在也有不少的专家教授在从事超塑性研究。然而，迄今为止超塑性技术尚未发挥其应有的作用。其主要原因在于研究的范围在不断拓展，但纵深性不够，很多研究工作还停留在理论和试验室，由于在理论上尚未吃透、工程上缺乏经验，超塑技术在工程上的应用受到阻碍。超塑技术想在关键承力结构件上得以应用，必须进行艰苦细致的工作，在关键环节上进行纵深研究。

1.先进稳定的工艺研究

超塑性成形是一种新工艺，它的特点是，可以利用小吨位设备进行具有大变形量的复杂零件的成形。然而这种工艺也有缺点，主要是成形速度慢。工程应用中应注意发挥超塑成形技术的优越之处，专门成形其它塑性工艺难以甚至不能成形的重要零件，这样就显示出了超塑工艺的先进性。另外超塑性成形与传统成形方法相比，生产环境较为复杂，生产过程中不可控因素较多，加上生产经验积累不足，导致生产工艺的不稳定性。因此，须针对典型超塑部件，重点突破关键工艺，并对已有的工艺应进行完善和稳定化，这是产业化的基础。

2.辅助环节的研究

抓住每一工艺环节，包括辅助环节。超塑性成形工艺本身包括材料的加热―入模预热―加压成形―出模―校形―热处理等环节，这仅仅是成形工艺的主线，模具的设计、制造、加热、维护、润滑剂的选择与使用，成形设备的设计、使用、维护及改进等，也都直接关系到超塑性成形工艺的成败。实际上，我国在超塑领域与发达国家的差距更多的体现在模具、成形设备等辅助环节上，其原因在于基础工业的相对落后，导致在模具设计的先进性、成形设备的智能化等方面满足不了超塑成形所需条件，成为超塑技术发展的瓶颈。

3.工艺的智能控制研究

现在一些大的超塑成形研究公司如美国的SUPERFORM公司已经对超塑成形全程计算机机控制，只要事先输入数据，成形设备就可以自动按时准确的进行加温―加压―充气―放气等动作，工人只用放入坯料，取出好的零件。这种超塑性成形的零件成品率高，一致性好，更体现出超塑成形工艺的先进性。在工艺的智能控制研究方面，在硬件(自动化超塑成形设备)及软件(优化准确的工艺流程和参数)上都有很大欠缺，可研究的空间很大。

4.产品质量、成本控制研究

超塑成形产品要想真正得以应用尤其是在航天器关键结构件上得以应用,必须进行产品质量、成本控制研究。现在的很多技术发展都是基于这个原则进行的，比如目前很热的钛合金渗氢技术，以获得低温(700℃左右)超塑性，可以大幅度降低成本，更重要的是可防止晶粒长大，提高最终材料性能，保障产品质量。另外，超塑成形中的材料性能变化、变薄率的研究等都应给予高度的关注。国外工业发达国家的超塑成形技术已发展到成熟的工程应用阶段，很多航天、航空公司都有自己的超塑研究、生产部门，形成规模效益，并互相竞争，加速技术发展。而我国目前仅有少数单位能生产合格超塑产品，并且技术还相当落后。

所以在超塑领域不断拓宽的同时，更需对关键技术、关键产品进行纵深研究，“变热点为亮点，以宽度换深度”，培养几个具有自己技术特色的研究、生产单位。对于技术相对落后且有巨大背景需求的研究单位，应采取“以背景换技术，用需求促发展”的战略，与拥有先进技术的公司、学校合作，以提升自身的研发能力，迅速发展壮大自己，在超塑成形领域占有一席之地。

参考文献

[1]万美珍.超塑性成形的应用和材料[J].1997,(09).[2]洪慎章．金属超塑性成形的应用概况[J]．机械制造，1982，（01）.[3]曹毅杰.超塑性成形研究动态[J].机械研究,1994.（4）.[4]赵晓宾，王高潮，曹春晓．TC11钛合金的最大m值的超塑性变形研究[J].航空材料学报，2008，28(2)：5-8.[5]张志清.TC6钛合金的超塑性研究．硕士学位论文，西北工业大学，2002.[6]王旭．国外钛合金超塑性成形应用现状及发展趋势[J]．航天工艺，1989，(4)：20-25.[7]文九巴，杨蕴林，杨永顺等．超塑性应用技术[M].北京：机械工业出版社,2005:3-5.[8]曾立英，赵永庆，李丹柯等．超塑性钛合金的研究进展[J]．金属热处理，2005，30(5):8-33.[9] 施连杰，刘延山，许晓静．钢的超塑性与超塑性成形[J]．金属热处理，2005，[10] 张永昌.高温合金和钛合金的超塑性模锻现状和发展[J].锻压技术.1979(01).

篇2：超塑性成形的发展状况

班级：机制

学号：201120337 姓名：周祯

201120335

张涛

201120339

朱越

一、历史沿革

从人类社会的发展和历史进程的宏观来看，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是社会现代化的物质基础和先导。而材料和材料技术的进步和发展，首先应归功于金属材料制备和成型加工技术的发展。人类从漫长的石器时代进化到青铜时代（有学者称之为“第一次材料技术革命”），首先得益于铜的熔炼以及铸造技术进步和发展，而由铜器时代进入到铁器时代，得益于铁的规模冶炼技术、锻造技术的进步和发展（所谓“第二次材料技术革命”）。直到16世纪中叶，冶金（金属材料的制备与成型加工）才由“技艺”逐渐发展成为“冶金学”，人类开始注重从“科学”的角度来研究金属材料的组成、制备与加工工艺、性能之间的关系，迎来了所谓的“第三次材料技术革命”——人类从较为单一的青铜、铸铁时代进入到合金化时代，催生了人类历史的第一次工业革命，推动了近代工业的快速发展。

进入20世纪以后，材料合成技术、符合技术的出现和发展，推动了现代工业的快速发展，而电子信息、航天航空等尖端技术的发展，反过来对高性能先进材料的研究开发提出了更高的要求，起到了强大的促进作用，促成了一系列新材料和新材料技术的出现和发展。

一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结构的后处理等工序才能进入实际应用，因此，材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的性质一起，构成了决定材料使用性能的最基本的三大要素。

先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的“21世纪新材料研究计划”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在20世纪90年代后期，先后实施了“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。

新材料的研究、开发与应用，综合反应了一个国家的科学技术与工业化水平，而先进制备与成型加工技术的发展，对于新材料的研制、应用和产业化具有决定性的作用。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。

传统结构材料向高性能“，复合化，结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净，从而提高传统材料 产业的国际竞争力。

另一方面，开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身发展的需求。因此，材料先进制备与成型加工技术发展，对提高国家综合实力，突破先进工业国家的技术壁垒与封锁，保障国家安全，改善人民生活质量，以及促进材料科学与技术自身的进步与发展，具有十分重要的作用，也是国民经济和社会可持续发展的重大需求。

二、发展前景 1 精密化

目前，精密和超精密制造技术已经跨越了微米级技术，进入了亚微米和纳米技术领域。精密化已成为材料成形加工技术发展的重要特征，其表现为零件成形的尺寸精度正在从近净 成形（Near Net shape Forming）向净成形（Net shape Forming），即近无余量成形方向发展。

“毛坯”与“零件”的接近程度越来越大。当前精密成形技术已在较大程度上实现了近净成形。发展趋势是实现净成形加工，其工艺 要求材料成形向更轻、更薄、更强、更韧及成本低、周期短、质量高的方向发展。精密材料成形技术有多种形式的精铸、精锻、精 冲、冷温挤压、精密焊接与切割等。

优质化

净成形技术主要反映了成形加工保证尺寸及形状的精密程度，而反映成形加工优质程度的则是近无缺陷、零缺陷成形加工技术。成早期失效的临界缺陷的概念主要方法有：为了获得健全的铸件、锻件奠定基础，可以采用先进工艺、净化熔融的金属、增大合金组织的致密度等。采用模拟技术、优化工艺技术，实现一次成形及试模成功，保证工件质量。加强工艺过程监控及无损检测，及时发现超标零件。通过零件安全可靠性能研究及评估，确定临界缺陷量值等。

快速化

随着全球化市场的激烈竞争，加快产品开发速度已成为竞争的重要手段之一。制造业要满足日益变化的用户需求必须有较强的灵活性，以最快的速度提供高质量产品，亦即客户化小批 量快速交货的要求不断增加，为此需要材料成形加工技术的快速化。成形加工技术的快速化表现在各种新型高效成形的工艺不断涌现，新型铸造锻。压焊接方法 都从不同角度提高生产效率。快速原型制造技术，以离散堆积原理为基础和特征，源零件的电子模型。

模型按一定的方式离散成为可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段将这些离散的面、线段和点堆积成零件的整体形状。由于工艺过程简单，故制造速度比传统方法快得多。到2000年，全世界已有6700多台不同类型的RP*装置在运行。快速原型和快速模具相结合。又提供了一条从模型直接制造模具的新方法。

RP正在向着各种制造工艺集成，形成快速制造系统的方向发展。计算机模拟仿真技术是信息技术综合应用发展的结果，应用数值模拟于铸造、锻压、焊接等工艺设计中，并与物理模拟和专家系统相结合，来确定工艺参数优化工艺方案预测加工过程中可以产生的缺陷及防止措施控制和保证加工工件的质量。

模拟仿真技术，它可以理论和实验做得更深刻、更全面、更细致可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究，大大缩短了制造周期，加快了制造进程。如铸造凝固过程的三维数值模拟 铸压过程微观组织的演化及本构关系模拟，焊接凝固裂纹的模拟仿真开裂机制的研究以及焊接氢致裂纹的模拟金属材料热处理加热冷却过程的模拟仿真及组织变形性能预测等。根据美国科学研究院测算，模拟仿真可提高产品质量5至15倍，降低人工成提高投入设备的利用率30%至50%，缩短产品设计和试制周期增加分析问题广度和深度的能力3至3.5倍等。

*RP系统的发展情况1998年，由美国3D系统公司推出专为机械零件设计而制作的RP技术棗Stereolithography(sl)技术。该处理工世是通过激光将液态UV感光聚脂凝固 一片片薄层，全球第一个商业化的RP系统桽LA?就是如今相当普遍的SLA?50机型的先驱。接下来是1991年，美国Helisys公司的LOM技术，美国Stratasys公司的FDM技术，美国Cubital公司的SGC技术。LOM技术通过计算机导向的激光烧结并剪切薄片材料，FDM技术将热熔塑料材料拉成丝状，并用它来一层一层产生模型，SCG技术也使用UV感光聚脂，通过玻璃盘上的静电滤色片作蔽光片，产生紫外光流，可以立即凝固所有的薄层。

1992年DTM公司的SLS技术推出。随后，1993年Soligen公司推出DSPC技术。SLS技术通过激光产生的热量熔化粉末材料。DSPC技术通过机械喷射装置在 粉末上沉积液体粘结剂，麻省理工学院发明该技术并注册专利，然后授权给Soligen公司。1994年Sanders公司推出MM技术。1995年，BMP技术公司推出BPM技术，两种技术都采用喷射头来沉积石蜡材料。

这些年，一些技术和公司出现后，又消失了。1990年Quadrax公司推出基于SL技术的Mark1000RP系统，1992年，3D系统公司通过专利战合并了Quadrax公司的技术。杜邦公司开发了基于SL技术的名叫SOMOS的技术，并向Teijin Seiki公司发放了在亚洲独家使用权用其技术的许可证，然后1995年杜邦公司又向Aaroflex公司发放了在北美和其它一些有选择的国家独家使用其技术的许可证。其它一些公司如Light Sculping公司，Sparx AB公司，Laser 3D公司都开发并介绍了各自的RP系统，但在RP行业中都有末产生任何商业方面的冲击。

日本的Kira公司和新加坡Kinergy公司的Paper Lamintian（切纸成形）系统和多达来自7家日本公司的基于SL技术的系统都进入了市场，CMET公司Denken公司和D桵EC公司的基于SL技术的RP系统代表着日本市场中RP设务的主流。德国的EOS公司和Fockele&schwarze公司也推出基于SL技术的系统。同时，EOS公司也提供一种基于激光烧结技术的系统以便和DTM公司在欧洲、日本竞争，所有这些国外的机器均末在美国销售。

复合化

激光、电子束、离子束、等离子体等多种新能源的列入，形成多种新型加工与改性技术。其中以各种形式的激光加工技术发展最为迅速。激光加工技术多种多样包括电子元件的精密微焊接、航天航空和汽车制造中的焊接、切割与成形等。有不同种类的激光表面改性处理方法 如热处理、表面修整、表面熔覆及合金化等，使用的激光器主要为大功率二氧化碳激光器，YAG激光器。近年来激光加工自由成形技术成为重要的研究动向。

随着金属间化合物材料、金属基复合材料多种新型功能材料超导材料等高新技术材料的应用，传统的加工方式或多或少地遇到了困难，与新的材料制备和合成技术相适应，新的加工方法成为材料加工研发的一个重要领域，一批新型复合工艺应运而生。

为超塑成形扩散连接技术材料电磁加工等此外复合化还表现在冷热加工之间加工过程、检测过程、物流过程、装配过程之间的界限趋向淡化、消失、而复合、集成于统一的制造系统之中。

绿色化

“绿色化”是指成形加工生产向清洁生产、无废弃物加工方向发展。清洁生产技术是协调工业发展与环境保护的矛盾、需求日益增加与有限资源的矛盾的一种新的生产方式，是21世纪制造业发展的重要特征。

集成化

生物科学、信息科学、纳米科学、制造科学和管理科学是21世纪的5个主流科学，与其相关的五大技术及其产业将改变世界，制造科学与其它科学交叉是其发展趋势。RP与生物科学交叉的生物制造、与信息科学交叉的远程制造、与纳米科学交叉的微机电系统等都为RP技术提供了发展空间。并行工程（CE）、虚拟技术（VT）、快速模具（RT）、反求工程（VR）、快速成型（RP）、网络（Internet、Intranet）相结合而组成的快速反应集成制造系统，将为RP的发展提供用力的技术支持。

三、最后总结

篇3：超塑性成形的发展状况

关键词：超塑性,超塑成形,扩散连接,超塑成形/扩散连接

0 引言

早在1920年,Rosenhain等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时可以弯曲近180°而不出现裂纹,与普通晶体材料大不相同。1934年英国的Pearson发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉伸时可以得到2000%的延伸率。但是由于第二次世界大战,这方面的研究没有进行下去。1945年前苏联的Bochvar等发现Zn-Al共析合金具有异常高的延伸率并提出“超塑性”这一名词。1964年美国的Backofen提出了应变速率敏感性指数m值,为超塑性研究奠定了基础。20世纪60年代后期及70年代,世界上形成了超塑性研究的高潮。近几十年来金属超塑性已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。超塑性材料正以其优异的变形性能和材质均匀等特点在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。

超塑成形/扩散连接(Superplastic forming/diffusion bonding,简称SPF/DB)技术是把超塑成形与扩散连接结合起来的一种近无余量成形技术,它的深入发展及广泛应用对现代航空航天结构的设计和制造产生了重大影响,在国外被誉为21世纪大型复杂结构件的高效费比制造技术。SPF/DB技术的研究已开展30余年,20世纪70年代初至80年代初的10年是SPF/DB的开发研究和试验验证阶段,SPF/DB从实验室小规模基础工艺研究和验证逐步发展到全尺寸零件的设计、制造和飞行试验。20世纪80年代初至今是SPF/DB技术的生产应用和深入发展阶段,此间SPF/DB工艺的基础研究更加深入,生产技术得到较大发展[1]。

SPF/DB技术制造出的飞行器整体结构件,不仅能满足设计上的要求,如质量轻、刚性大;而且也能满足工艺上的要求,简化零件制造过程和构件的装配过程,缩短制造周期、减少手工劳动量和降低成本。另外,SPF/DB技术还可以制造空心结构件。SPF/DB技术在减轻飞行器质量、降低生产成本方面显示出了巨大的优越性,日益得到航空航天工业的高度重视。目前,SPF/DB技术已广泛应用于飞机、航空发动机、导弹、航天器等的生产中。世界主要的飞机制造公司已建立起自己的SPF/DB生产能力,同时还涌现出大批SPF/DB专业化厂[2,3]。

1 超塑性及超塑成形、扩散连接的理论与方法

1.1 超塑性(Superplasticity,SP)

超塑性通常是指材料在拉伸条件下表现出异常高的延伸率也不产生缩颈与断裂现象。当延伸率大于100%时,即可称为超塑性。按照实现超塑性的条件和变形特点的不同,目前一般将超塑性分为以下几类:组织超塑性、相变超塑性和其他超塑性。实际生产中应用最广泛的是组织超塑性。获取这种超塑性一般要求材料具有均匀、细小的等轴晶粒和较好的热稳定性。

国内外学者对超塑性变形机制的研究已有很多,其结果不尽相同,但在一些方面上取得了广泛的共识。一般认为组织超塑性变形机制以晶界滑动和晶粒转动为主,但还要靠其他变形机制进行调节。应变速率很小时(S曲线Ⅰ区和Ⅰ、Ⅱ区之间的过渡带),认为是靠空位扩散机制来调节。随着应变速率的增大,空位扩散机制相对减弱,位错运动的调节作用相对增强[4,5,6,7,8,9,10,11,12]。位错的存在必然伴随着动态回复和动态再结晶,这也是超塑性变形中的软化机制。超塑性变形会使微观组织出现晶粒长大、晶粒等轴化以及晶界圆弧化等现象,这是由于变形过程中存在着动态再结晶或晶界迁移以及同相晶粒相聚与合并的过程。晶粒长大不单纯是加热的结果,而是与变形有关。适当提高变形速度,可抑制晶粒长大的倾向[13,14,15,16]。

对于给定材料来说,影响其超塑性的因素主要有晶粒度、变形温度和应变速率。一般来说,晶粒越细,等轴度越高,越有利于超塑性变形,因为晶粒细小时晶界总面积较大,为晶界滑动提供了条件,而等轴度高有利于晶粒转动。但对有些材料来说,例如钛合金,其晶粒尺寸达几十微米时仍有良好的超塑性能。超塑性变形与许多热激活过程有关,因此温度也就成为它的一个很主要的影响因素。一般要求温度T≥0.5Tm。但变形温度超过临界温度Tc时,继续升高变形温度会使晶界强度进一步降低,材料传递外加应力的能力迅速降低,而且,变形温度过高会使得晶粒长大速度进一步加快,这两方面均对超塑性不利。因此,要根据实际情况选择合适的超塑性变形温度。超塑性要求应变速率比较低,一般为10-4～10-1s-1,位于S曲线Ⅱ区,此时应变速率敏感性指数较大,有利于细颈扩散和转移,对超塑性有利[17,18,19,20,21,22,23,24,25]。

另外,电在金属材料的加工中是一个重要的环境,电流或电场对位错运动、原子和空位的活动性有比较显著的影响,这也势必影响着材料的超塑性。李淼泉等[26,27,28]认为,强电场对LY12CZ铝合金超塑性变形时扩散过程的影响主要是空位机制,电场强度的变化改变了试样表面层电荷的贮量,降低了空位跳跃的能垒,改变了带负电荷的空位向试样表面层的迁移速度,从而加强了超塑性变形过程中的扩散过程。通过实验研究发现,合适的电场强度会使LY12CZ铝合金超塑性变形时的准稳态流动阶段延长,最大流动应力明显降低,单向拉伸时的极限延伸率比无电场时提高30%。

1.2 超塑成形(Superplastic forming,SPF)

工业应用上一般将可以使材料获得较大变形而不损坏、变形过程中流动应力较低且无明显加工硬化的成形方式统称为超塑成形,不仅仅局限于单向拉伸变形。如超塑性用于挤压成形时称为超塑挤压成形,用于模锻时称为超塑性模锻。采用超塑性可以实现无模拉伸,生产出任意断面的棒材与管材的零件,还可以进行超塑性轧制。超塑性板料成形也获得较多应用,金属材料在超塑状态下所具有的优良塑性和极低的变形抗力,使其可以像塑料一样进行气胀成形,包括真空成形和吹塑成形,或将2种并用,也可进行超塑性板料拉伸,比常规拉伸的拉伸比大得多。

超塑成形具有诸多优点。利用超塑性可以成形出非常复杂的零件,可以使原来需要多道工序才能成形的零件1次成形,也可以使原来因工艺要求需分部设计的组合零件改为整体零件;超塑成形压力很低,需要的设备吨位低,费用少;超塑成形在较低的速度下进行,冲击小,且材料的变形抗力小,使模具的使用寿命延长;超塑成形时材料的充填性能好,成形精度高,材料利用率高。但超塑成形有一个明显的缺点,即晶粒易于粗化,使得强度、塑性、抗疲劳等机械性能有所降低。

目前,在生产中获得应用的超塑合金有钛合金、铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、碳钢、合金钢和某些脆性材料等。

1.3 扩散连接(Diffusion bonding,DB)

扩散连接是把2个或2个以上的固相材料(包括中间层材料)紧压在一起,置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度,对其施加压力使连接界面微观凸凹不平处产生微观塑性变形达到紧密接触,再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。

为了便于分析和研究,通常把扩散连接分为3个阶段(见图1):第一阶段为塑性变形使连接界面接触。加压初期的塑性变形可使接触面积达到连接总面积的40%～75%,后续的接触过程主要靠蠕变进行,最后可达90%～95%,在金属紧密接触后,原子开始相互扩散并交换电子,形成金属键连接。第二阶段为扩散、界面迁移和孔洞消失。与第一阶段相比,该阶段中扩散的作用要大得多。由于扩散的作用,大部分孔洞消失,而且也会产生连接界面的移动。该阶段通常还会发生越过连接界面的晶粒生长或再结晶以及晶界迁移,使金属键连接变成牢固的冶金连接。最后阶段为界面和孔洞消失。在这一阶段中主要是体积扩散,速度比较慢,通常需要几十分钟到几十小时才能使晶粒穿过界面生长,原始界面完全消失[29,30,31,32]。

扩散连接的特点:①可以进行内部及多点、大面积构件的连接,以及电弧可达性不好或用熔焊方法根本不能实现的连接。②可成功连接用熔化焊和其他连接方法难以连接的材料,如弥散强化型合金、活性金属、耐热合金、陶瓷和复合材料等,特别适用于不同种类的金属、非金属及异种材料的连接。③是一种高精密的连接方法,用这种方法连接后,工件不变形,可以实现机械加工后的精密装配连接。

扩散连接的所有机理都对温度敏感。连接温度的变化会对连接初期表面突出部位的塑性变形、扩散系数、表面氧化物向母材内的溶解以及界面孔洞的消失过程等产生显著影响。温度越高,扩散系数越大,同时,温度越高,金属的塑性变形能力越好,连接表面达到紧密接触所需的压力越小。但是,加热温度的升高受到被焊材料冶金物理特性方面的限制,如再结晶、低熔共晶和中间金属化合物的生成等。此外,升高加热温度还会造成母材软化或硬化以及加速晶粒的长大。因此,不同材料组合的连接接头,应根据具体情况,通过实验来选定连接温度。从大量研究试验结果看,在实用连接时间范围内大多数金属和合金的扩散连接温度范围一般为TL≈(0.6～0.8)Tm。

连接压力可起到如下作用:①连接初期促使连接表面微观凸起部分产生塑性变形;②使表面氧化膜破碎并使金属直接接触实现原子间的相互扩散;③使界面区原子激活,加速扩散与界面孔洞的弥合及消除;④防止扩散孔洞的产生。所以,压力越大、温度越高,紧密接触的面积也越大。目前,扩散连接范围中应用的压力范围很宽,最小只有0.07MPa(瞬时液相扩散焊),最大可达350MPa(热等静压扩散连接),一般常用压力为3～10MPa。通常,扩散连接时存在一个临界压力,即使实际压力超过该临界压力,接头强度和韧性也不会继续增加。从经济和加工方面考虑,一般降低连接压力是有利的。

保温时间也是扩散连接的一个重要的工艺参数。原子扩散走过的平均距离(扩散层深度)与扩散时间的平方根成正比。因此,要求接头成分均匀化的程度越高,保温时间就将以平方的速度增长。与压力的影响相似,也有一个临界保温时间,时间过长会使晶粒长大导致接头性能下降。

氧化膜行为也是扩散连接研究的重点问题之一。不同材料的表面氧化膜在真空扩散连接过程中的行为是不同的,一般可将材料分为以下3个类型:①钛、镍型。这类材料真空扩散连接时,氧化膜可迅速通过分解、向母材溶解而去除,因而在连接初期氧化膜即可消失。这类材料的氧化膜在不太厚的情况下一般对扩散连接过程没有影响。②铜、铁型。由于氧在基体金属中的溶解度较小,所以表面的氧化膜在连接初期不能立即溶解,界面上的氧化物会发生聚集,在空隙和连接界面上形成夹杂物。随连接过程进行,通过氧向母材扩散,夹杂物数量逐步减少。③铝型。这类材料的表面有一层稳定而致密的氧化膜,在基体金属中几乎不溶,因而在真空扩散连接中不能通过溶解、扩散机制消除[29,33,34,35,36,37,38]。

2 超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺的特点与研究进展

SPF/DB工艺是把超塑成形与扩散连接相结合用于制造高精度大型零件的近无余量加工方法。当材料的超塑成形温度与该材料的扩散连接温度相近时,可以在1次加热、加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序,从而制造出局部加强或整体加强的结构件以及构形复杂的整体结构件。如钛合金的超塑成形温度为850～970℃,扩散连接温度为870～1280℃,由于在超塑成形温度下也可进行扩散连接,因此有可能把这2种工艺结合,在1次加热、加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序。这种只需1次加热、加压过程的SPF/DB工艺常见于板料的吹胀成形和扩散连接。体积成形(如超塑性模锻)与扩散连接相结合的SPF/DB工艺往往需要将超塑成形和扩散连接分开进行,先超塑成形后再扩散连接或者先扩散连接后再超塑成形,视具体工艺情况而定。

研究发现,超塑成形和扩散连接本身就存在着密切的联系。利用材料的超塑性可加速扩散连接过程,特别是在具有最大超塑性的温度范围,扩散连接速率最高。这是因为:①在连接初期的变形阶段,由于超塑性材料具有低流动应力的特征,所以塑性变形能迅速在连接界面附近发生;②真正促进连接过程的是界面附近的局部超塑性;③超塑性材料通常具有细晶粒,大大增加了界面区的晶界密度和晶界扩散的作用,显著加速了空洞和界面消失的过程[39,40,41,42]。

SPF/DB技术的优点:①可以使以往由许多零件经机械连接或焊接组装在一起的大构件成形为大型整体结构件,极大地减少了零件和工装数量,缩短了制造周期,降低了制造成本;②可以为设计人员提供更大的自由度,设计出更合理的结构,进一步提高结构承载效率,减轻结构件质量;③采用这种技术制造的结构件整体性好,材料在扩散连接后的界面完全消失,使整个结构成为一个整体,极大地提高了结构的抗疲劳和抗腐蚀特性;④材料在超塑成形过程中可承受很大的变形而不破裂,所以可成形很复杂的结构件,这是用常规的冷成形方法根本做不到或需多次成形方能实现的。

用于SPF/DB的材料常为钛合金(如Ti-6Al-4V),钛合金SPF/DB构件已得到了广泛应用。许多新兴航材如高强铝合金、铝锂合金、金属基复合材料(MMC)、金属间化合物等的迅速发展和应用不断向SPF/DB工艺提出了新的挑战,目前镍基合金(如Inconel718)、金属间化合物(如Ti3Al)及颗粒增强的超塑性铝合金的SPF/DB成形工艺正在研制之中,处于发展和试验阶段。

Xun等[43]利用SPF/DB技术制造了Ti-6Al-4V合金4层板结构空心风扇叶片。该叶片从性能和尺寸上均满足要求,但与原板材相比,经过高温SPF/DB处理,合金的微观组织发生了一定的粗化,强度和塑性均有一定程度的降低。Elias等[44]研究发现,Ti-6Al-4V合金SPF/DB后连接面的抗拉强度最高为820MPa,约为SPF/DB处理前合金抗拉强度的90%。另外还发现,具有超塑性的Ti-6Al-4V合金扩散连接面的抗拉强度远远大于粗大晶粒Ti-6Al-4V合金扩散连接面的抗拉强度。

Salishchev等[45]研究发现,具有超细晶(晶粒平均直径0.3μm)结构的Ti-6Al-4V板材在650～750℃时具有较好的超塑性,比常规Ti-6Al-4V合金的超塑性温度低150～200℃,并在750～800℃采用SPF/DB工艺制造出了一种复杂的蜂窝空心结构,扩散连接效果良好,由于温度较低限制了晶粒的长大从而获得了较好的综合性能。Wu等[46]对TiAl基合金的SPF/DB进行了研究,将参与扩散连接的表层材料处理成细小的等轴组织,获得了良好的连接质量并可有效降低扩散连接温度和缩短时间,而非扩散连接表层材料因未进行细化处理而保持着较粗大组织,使得构件具有较好的抗高温蠕变性。

Cam等[47]对γ-TiAl板材的扩散连接进行了研究,发现适当提高扩散连接压强可以明显缩短达到良好连接效果所需的时间。另外还发现,表面粗糙度也是一个非常重要的影响因素,经过化学腐蚀的较为粗糙的表面之间扩散连接时,在较大压力下微观凸起部分承受了较大的变形并进行了再结晶,随着连接时间的延长,再结晶晶粒发生了明显的长大,但由于空洞过大,在很大的压力下也未能获得满意的连接效果。

3 超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术的应用

20世纪70年代,美国洛克威尔公司首先将超塑成形和扩散连接技术相结合,开发了超塑成形/扩散连接组合技术(SPF/DB)。之后,英、法、德、前苏联和日本都相继开展了这一技术研究。这种技术非常适合于加工复杂形状的零件, 例如航空发动机上的风扇叶片、飞机机翼等。至今,SPF/DB技术已广泛应用于航空航天领域并取得了显著的技术经济效益。

美国已有多家公司具有生产钛合金SPF/DB结构件的能力,如麦道公司生产的SPF/DB结构件有100多个,诺斯诺普公司生产的28个F-18战斗机的SPF/DB结构件,罗尔公司生产的CF6-80发动机上也有7000个钛合金SPF或SPF/DB结构件。

英国也是世界上开展SPF/DB技术较早的国家,目前已建立了专业化生产厂,承担国内外订货。英国的TKR公司、IEP公司、Rolls-Royce公司、Superform公司和宇航公司都具有很强的钛合金SPF/DB 结构件的生产能力。罗罗公司采用SPF/DB技术研制出了第二代钛合金宽弦无凸肩空心风扇叶片,处于世界领先地位。

在法国、德国、俄罗斯以及日本等国,SPF/ DB 技术的研究和应用发展也很快。法国的ACB公司、达素公司、哈夫工厂和德国的MBB公司等也具有较强的钛合金SPF/ DB 结构件的生产能力。在俄罗斯,钛合金SPF/ DB 技术的研究已有多年历史,其研究规模之大也是空前的。在日本,这项技术的研究与应用发展飞速,目前,在按生产许可证生产的F-15战斗机和日本自行设计的战斗机上都有日本自己制造的钛合金SPF/ DB结构件。国外钛合金SPF/ DB 结构件的应用情况见表1。

我国对SPF/DB技术的研究起步较晚,始于20世纪70年代末,至今已先后完成了基础工艺试验、典型构件研制、模具选材试验、性能测试、质量控制与检测等方面的工作,成功研制出某飞机风动泵舱门、隔框、电瓶箱罩盖、发动机维护舱盖、干扰弹导筒等航空零件,并在铝合金SPF/DB以及SPF/DB的数值模拟等方面取得了一系列重要研究成果。我国自行研制的钛合金装机结构件的应用实例见表2。

国内外的研究均表明,用SPF/DB技术生产飞行器结构件与常规方法相比,可使结构质量降低30%,成本降低40%～50%。

图2所示为F-15型飞机的原装配式龙骨结构件,上有75个零件,1420个铆钉,需十几套模具、2套装配夹具。后改用SPF/DB结构件,只需4个零件、71个连接件,2套模具,无需夹具。整个结构质量减轻25%,总成本降低77%,其中工具成本降低16%。

图3所示为F-15型飞机机身背部2块大型壁板,长3048mm,宽1143mm。图3(a)为原结构,是由蒙皮、隔框、桁条组成的典型结构;现改用SPF/DB结构,只需4块SPF/DB壁板,减少了9个隔框、10根桁条、150个零件和5000个铆钉,总质量减轻38.4%,总成本降低53.4%。图4、图5为SPF/DB技术在其他飞行器上的典型应用[36,48,49,50]。

4 超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术的发展趋势

SPF/DB技术虽然已进入工程应用阶段,多用于航空航天领域,已展示出巨大的技术经济效益,但在应用过程中依然存在一些问题,需要不断进行深入研究和发展,开拓新的应用领域。当前国内外的研究动态表现出如下发展趋势。

(1)深入开展基础研究工作,增加专用的超塑性材料品种,开发现有材料的超塑性。SPF/DB技术对材料有着特殊的要求,材料是SPF/DB技术的基础,是研究该技术和拓宽该技术应用范围的前提条件。

(2)优化SPF/DB工艺参数,加强工艺过程控制,开展并行工程研究,实现工艺参数自动控制和工序过程自动化。与传统的飞行器结构件制造方法相比,SPF/DB技术有着制造周期短、成本低等优点。但由于超塑变形速率小,扩散连接需要在真空和高温的条件下进行,SPF/DB构件的制造周期依然较长,提高生产效率、节约人力成本的空间较大。因此,开展并行工程研究、实现工序过程自动化的研究有着较大的现实意义。

(3)发展先进检测技术,建立可靠的质量保证体系,提高检测精度,研制低成本检测技术,制定质量控制程序和验收标准。SPF/DB技术多用于航空航天领域,构件的质量和精度显得尤为重要,必须保证通过检测的构件100%合格。现有的检测手段还不能满足如此高的要求(特别是对密闭的空心结构件的检测)。另外,制定相关行业标准,使检测和验收规范化、标准化,有利于SPF/DB技术的健康发展。

(4)新结构的开发应用研究,开展体积超塑性成形方式(如棒料的超塑性模锻、超塑性挤压等)结合扩散连接的新型SPF/DB工艺研究。当前, SPF/DB技术多用于3层/4层板结构,工艺流程一般为边缘封焊-扩散连接-预弯-超塑成形,这种板结构在强度等方面存在不足。因此,应该大力发展体积成形与扩散连接结合的新型SPF/DB构件。

(5)研究原始晶粒度对超塑成形/扩散连接过程及组合工艺后工件微观组织和机械性能的影响规律。超塑成形和扩散连接需要在较高温度下变形和保温,晶粒易于长大使机械性能恶化,原始的细小晶粒可以在一定程度上抵消这一作用。另外,细小的原始晶粒本身就有利于超塑成形和扩散连接。在这一方向开展的定量研究,可以对原材料的选取起到重要的指导作用。

(6)突破铝合金和铝锂合金扩散连接技术,进一步研究其他先进材料的SPF/DB工艺。作为一种重要的结构材料,铝合金在工业领域(包括航空航天)获得了广泛的应用。但其氧化膜在基体中几乎不溶,对扩散连接极为不利,这一问题尚未得到解决。开展该领域的研究必然会推动铝合金SPF/DB技术的发展。

篇4：超塑性成形的发展状况

精密微塑成形技术在实际的发展过程中也面临着一些问题，在尺寸效应问题上体现的较为显著。微塑性成形的发展领域中，试样尺寸当达到亚毫米或者四微米尺寸的时候，试样的物理特征及内部的结果就会发生变化，所以在性能参数与成形工艺参数就会存在不相协调的状况，这也就是尺寸效应。而造成这一问题的原因主要是材料的不均匀以及流动应力和延展性等，从微塑性成形的不均匀性来看，在成形件迟迅接近晶粒的尺寸过程中，那么在材料的微观组织性能不均匀就对对胚料塑性变形产生影响。

从其技术工艺发展的情况来看，主要有微冲载以及微拉深和微弯曲、微挤压。从微拉深这一层面来看，针对薄板成形主要是采取这一技术，这样就能够成形各种形状杯体以及腔体零件，这一过程中会伴随着摩擦以及各向异性等现象影响，故此从工艺的复杂上来说相对加大。而在微弯曲这一技术工艺的发展上来看，这一技术工艺成形的产品在外形尺寸和板料厚度上就相对比较接近，在微弯曲件传输中比较容易发生变形，所以这一工艺技术的制件过程中，检测就成了一个问题。再者就是微冲载，这一技术工艺主要是生产微小零件工艺之一，实际技术实施过程中的晶粒尺度和局部尺度比率增加，就会造成局部的变形，微冲载当中的凸凹模间隙控制和工模具间的磨损问题也是解决的一个重要内容。

在微成形工艺的研究上主要集中在体积成形和冲压成形，其中的薄板材料成形主要是在拉深工艺基础上进行实施的，能够制作成筒形和阶梯形以及盒形等不规则形状薄壁零件。和其它的冲压成形工艺得到有效的配合还能够制造出更为复杂的零件，故此微拉深的工艺技术在实际的应用中是相对比较突出的。而在微体积成形过程中，主要是对微齿轮以及螺钉的微型零件精密微塑性成形进行的实际研究，通过挤压以及局部锻造等体积成形的方法能够对多种微型零件加以实现。精密微塑性成形技术对产品的精度以及缩短产品交货期限等效率提升都有着较好的作用，从近些年这一层面的发展来看，已经有着突出成果。

2.2 精密微塑成形技术工艺发展趋势分析

精密微塑性成形技术工艺在不断额发展中，随着科技的`进步将会上升到新的发展阶段，在精度上将越来越高，并在应用热流道技术上将会进一步的扩大。采取这一技术能够将制件的生产率及质量得到有效提升，同时也能大幅度节约部件原材料，而在技术的标准化层面也将会进一步的提升， 这样就能有效的降低制造的成本，对质量最大化的进行提升。从我国的塑性成形技术和国外的相比较而言，还有着一定的差距，需要在多方面进行优化改进。微机电系统的提出以及技术上的实现，这对塑性微成形技术的发展就打开了大门， 由于精密微塑性成形技术和传统的理论有着一定的差异性，所以要能结合实际进行改进处理，这也是精密微塑性成形技术在当前需要解决的问题。

另外就是在新型的模具加工技术以及测量、分析方法等会使塑性微成形技术在未来发展的重要方向，而成形件在尺寸上上更小化以及精度高等将会在新型的成形设备作用下进行实现，这在自动控制设备以及高精度测量方法层面将会得到有效实现。微成形作为是新兴的多学科交叉工艺技术，在当前人们对其的全面认识还相对比较缺乏，这一问题在不断的发展过程中将会得到逐步的解决。随着可持续发展观理念的深化，无色热锻润滑剂以及拉深润滑剂等相关的环保技术在精密微塑性成形技术的结合上也会呈现新的发展局面。

3 结束语

总而言之，微塑性成形技术的发展和研究的持续推进，将会在技术上得到进一步的提升，但要想将精密微塑性成形技术得到更好的应用， 就需要对技术应用中的一些实际性问题认真分析并解决。在材料的开发上进一步的加强，通过实验进行对微成形技术的发展的一保障，只有全面考虑才能促进微塑性成形技术的顺利发展。

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篇5：论(塑性成形)铜及铜合金的生产

摘要 本文主要介绍铜及铜合金的产品分类、用途，还有铜及铜合金的生产工艺及设备，不同工艺有何特点。

关键词 塑性成形；铜及铜合金

引言

铜合金（copper alloy）以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈紫红色﹐又称紫铜。纯铜密度为8.96﹐熔点为1083℃﹐具有优良的导电性﹑导热性﹑延展性和耐蚀性。主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜3大类。铜及铜合金产品

以纯铜或铜合金制成各种形状包括棒、线、板、带、条、管、箔等统称铜材。铜材的加工有轧制、挤制及拉制等方法，铜材中板材和条材有热轧的和冷轧的；而带材和箔材都是冷轧的；管材和棒材则分为挤制品和拉制品；线材都是拉制的。铜及铜合金用途

铜棒是一个具有良好的机械性能，在热态状态下塑性良好，冷态状态下塑性尚好，可切削性好，容易纤焊和焊接，耐腐蚀，可以用做各种深拉和弯折制造的受力零件，比如：销钉，铆钉，垫圈，螺母，导管，气压表，筛网，散热器零件等，可以说是应用比较广泛的一个普通的黄铜品种了，黄铜棒的性能简介：黄铜是铜和锌的合金，称为普通的黄铜，改变黄铜中锌的含量就可以得到不同机械性能的黄铜，黄铜中锌的含量越高，强度也就越高，塑性就稍微低一点，工业中采用含锌量不超过百分之四十五的黄铜，如果含锌量再高就将会产生脆性，从而导致合金性能变坏。

黄铜板是一种广泛应用的铅黄铜，具有良好的力学性能，且切削加工性好，可承受冷热压力加工，使用于切削加工及冲压加工的各种结构零件，如垫片，衬套等。锡黄铜板有高的耐腐蚀性，有良好的力学性能，在冷，热态下压力加工性良好，可用于舰船上的耐蚀零件及蒸汽，油类等介质接触的零件及导管。

铜带是一种金属元件，产品规格有0.1～3×50～250mm各种状态铜带产品，主要用于生产电器元件、灯头、电池帽、钮扣、密封件、接插件，主要用作导 电、导热、耐蚀器材。如电气元器件、开关、垫圈、垫片、电真空器件、散热器、导电母材及汽车水箱、散热片、气缸片等各种零部件。

铜管又称紫铜管。有色金属管的一种，是压制的和拉制的无缝管。铜管具备坚固、耐腐蚀的特性，而成为现代承包商在所有住宅商品房的自来水管道、供热、制冷管道安装的首选。铜管是最佳供水管道。

生活中，实用铜线做导线。导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等；导热性好，常用来制造须防磁性干扰的磁学仪器、仪表，如罗盘、航空仪表等；塑性极好，易于热压和冷压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。纯铜产品有冶炼品及加工品两种。铜及铜合金生产工艺

铜及铜合金板带材是重有色金属中应用最广的一类，其生产方法，根据合金的具体特性、产品规格范围、产品性能要求与技术设备条件的不同而不同。目前根据国内外实际的生产情况，生产方法大致有以下几种；

(1)半连续铸锭加热-热轧-冷轧法。此法是最成熟的传统生产方法，应用最广。它适宜于大规模生产，且不受合金牌号限制，除生产带材和成卷轧制横切薄板之外，还适宜于生产不同厚度与宽度的中厚板材。

(2)水平连续铸造卷坯-成卷冷轧法。此法也属于现代化铜板带材生产方法，但在生产规模、合金牌号、产品宽度上都有一定的局限性，在产品厚度上仅适宜于生产带材与宽度不大的薄板材。

(3)块状铸坯-冷轧与挤压坯料-冷轧法。此种方法已在工业发达国家有所见，但由于其适用品种有限，因此使用还不广。

前两种进行比较，主要差异在于后一种方法省去了铸锭加热与热轧工序，因而生产周期短、生产效率高以及节约能耗等优点，但该方法由于生产规模、合金品种以及产品规格上的限制，其适用性远不如第一种方法。半连续铸锭加热-热轧-冷轧工艺被广泛应用在铜及铜合金板带材生产，其最先进的生产过程是：大容量电炉熔炼和立式半连续铸造方法铸锭，在轧机允许的情况下，采用单重几吨到几十吨的锭坯进行热轧开坯，热轧后进行坯料机械双面铣削，铣去铸造与热轧工序带来的表面缺陷，铣面后的卷坯采用大卷重强化冷轧，中间退火与成品退火是在无氧条件下成卷进行的，并开卷清洗，在气体浮动条件下连续进行无氧化退火，并采用连续式精整剪切机列获得最终成品。现对其中一些主要工序的工艺条件及要求作简要叙述。

铜及铜合金线坯的生产加工工艺流程如图所示：

铜管生产工艺的特点：

1、低挤压比挤压－冷轧－拉伸；应用最广泛的一种方法。由高质量铜管所需的标准生产设备组成、主要工序如图1所示：实心锭铸造、挤压、冷轧和拉伸。生产薄壁管的最佳工艺是在低挤压比的挤压机后面配置轧管机和圆盘拉伸机。

2、高挤压比挤压－拉伸；可以生产出相应的薄壁管坯，适于在后续的圆盘拉伸机上或连续式直线拉伸机上进行加工。主要工序如图1所示，包括实心锭铸造、挤压、开坯拉伸和拉伸。与低挤压比挤压－冷轧工艺相比，具有以下特点：

（1）由于高挤压比挤压－拉伸所用的锭重通常比低挤压比挤压的小，在后续拉伸工序中的非生产性时间长，拉伸机能力使用率低。（2）适用性强（适用于所有铜材）

（3）挤压管坯的壁厚较小，误差较大，不适用专门的ACR管的工厂。（4）材料损耗较小。

3、横轧穿孔－冷轧－拉伸：投资上有很多优势，其优点：（1）灵活性高，生产能力大。

（2）管坯偏心度比挤压管坯小，一般可减至4%。（3）材料损耗小。

（4）表面处理尚可，管坯内部质量比其他工艺高，局限性是不能加工所有的铜合金。

4、空心管坯连铸－冷轧－拉伸：减少挤压工序，成本少。

铜棒 铜工艺发展到现在几乎所有的铜棒都是通过连续铸造和轧制程序制成的。连续铸造的好处是：较小的杂质微分离、减少了表面的铜氧化物颗粒、在与轧辊接触的过程中钢含量减少、几乎避免了所有的焊缝、降低了整个加工成本。大部分圆形和方形铜产品都是通过用传统的人工多晶拉模或天然单晶拉模进行拉丝而生产的。铜具有良好的成形性，铜棒可以很容易地制成比较细的铜丝，而不需要任何中间的退火过程。尽管它具有这种比较理想的特性，但是磁线工业中的一般做法是在拉丝过程中将减面率降到90%左右，之后还要进行退火。铜及铜合金生产设备

1.冷加工水平连铸系列 熔炼炉容量1t，功率250kW；保温炉容量2t，功率120kW；带有收卷机。2.直线式拉伸机

拉伸力3t，长6m；拉伸力5t，长6m；拉伸力8t，长6m。3.卧式保护气体退火炉

炉胆直径800mm，长8m，带有氨分解装置。4.盘拉机

圆盘直径1200mm。5.在线退火炉

200m/min，功率1600kW，带有氨分解装置。6.联合精整机列

包括有拉伸、抛光、校直、切断、打捆装置。7.分析仪器

X光多通道荧光光谱仪。拉力性能试验机。

8.各种辅助设施可按主要生产设备25%配置和估算，设备的台数则根据规模设定，以上设备全部国产化，生产不产生三废，对环境基本不造成污染。结语