Superplasticitet

Inom materialvetenskap är superplasticitet ett tillstånd där fast kristallint material deformeras långt över sin vanliga brottpunkt, vanligtvis över cirka 600 % under dragdeformation . Ett sådant tillstånd uppnås vanligtvis vid hög homolog temperatur . Exempel på superplastiska material är några finkorniga metaller och keramik. Andra icke-kristallina material (amorfa) såsom silikaglas ("smält glas") och polymerer deformeras också på liknande sätt, men kallas inte superplastiska, eftersom de inte är kristallina; snarare beskrivs deras deformation ofta som Newtonsk vätska . Superplastiskt deformerat material blir tunnare på ett mycket enhetligt sätt, snarare än att bilda en "hals" (en lokal förträngning) som leder till fraktur. Dessutom hämmas bildandet av mikrohålrum, vilket är en annan orsak till tidig fraktur.

I metaller och keramik är kraven på att det ska vara superplastiskt bland annat en fin kornstorlek (mindre än cirka 20 mikrometer) och en fin spridning av termiskt stabila partiklar, som verkar för att fästa korngränserna och bibehålla den fina kornstrukturen vid de höga temperaturerna och existensen. av två faser som krävs för superplastisk deformation. De material som uppfyller dessa parametrar måste fortfarande ha en töjningshastighetskänslighet (ett mått på hur spänningen på ett material reagerar på förändringar i töjningshastighet) på >0,3 för att betraktas som superplastiska.

Mekanismerna för superplasticitet i metaller är fortfarande under debatt - många tror att det förlitar sig på atomär diffusion och glidningen av korn förbi varandra. Dessutom, när metaller cirkulerar runt sin fasomvandling , produceras inre spänningar och superplastliknande beteende utvecklas. På senare tid har även högtemperatursuperplastiskt beteende observerats i järnaluminider med grova kornstrukturer. Det hävdas att detta beror på återhämtning och dynamisk omkristallisering.

Superplasticitet får inte förväxlas med superelasticitet .

Fördelar med superplastisk formning

Processen erbjuder en rad viktiga fördelar, från både design- och produktionsaspekter. Till att börja med finns möjligheten att forma komponenter med dubbel krökning och släta konturer från enkelplåt i en operation, med exceptionell dimensionsnoggrannhet och ytfinish, och ingen av de "återfjädrande" som är förknippade med kallformningstekniker . Eftersom endast verktyg med en enda yta används, är ledtiderna korta och prototypframställningen är både snabb och enkel, eftersom en rad olika plåtlegeringstjocklekar kan testas på samma verktyg.

Formningstekniker

Det finns tre formningstekniker som för närvarande används för att utnyttja dessa fördelar. Metoden som väljs beror på design- och prestandakriterier såsom storlek, form och legeringsegenskaper .

Kavitetsbildning

Ett grafitbelagt ämne sätts i en uppvärmd hydraulpress . Lufttryck används sedan för att tvinga arket till nära kontakt med formen. I början bringas ämnet i kontakt med formhåligheten, vilket hindrar formningsprocessen genom friktionen mellan ämnet och munstycket . Således delar kontaktytorna upp den enstaka utbuktningen i ett antal utbuktningar, som genomgår en fri utbuktning. Proceduren tillåter tillverkning av delar med relativt exakta yttre konturer. Denna formningsprocess är lämplig för tillverkning av delar med släta, konvexa ytor.

Bubbelbildande

Ett grafitbelagt ämne kläms över en "bricka" som innehåller en uppvärmd hanform. Lufttryck tvingar metallen i nära kontakt med formen. Skillnaden mellan detta och honformningsprocessen är att formen som sagt är han och metallen pressas över den utskjutande formen. För den hona som bildar är formen hon och metallen tvingas in i håligheten. Verktyget består av två tryckkammare och en motstans, som är linjärt förskjutbar. I likhet med kavitetsformningstekniken, vid processens början, buktas det hårt fastklämda ämnet av gastryck.

Den andra fasen av processen innebär att materialet formas över stansytan genom att applicera ett tryck mot den tidigare formningsriktningen. På grund av en bättre materialanvändning, som orsakas av processförhållanden, kan ämnen med en mindre initial tjocklek jämfört med kavitetsformning användas. Således är bubbelformningstekniken särskilt lämplig för delar med höga formningsdjup.

Diafragma bildas

Ett grafitbelagt ämne placeras i en uppvärmd press . Lufttryck används för att tvinga metallen till en bubbelform innan hanformen trycks in på undersidan av bubblan för att göra ett första intryck. Lufttryck används sedan från andra hållet för att slutligen forma metallen runt hanformen. Denna process har långa cykeltider eftersom de superplastiska töjningshastigheterna är låga. Produkten lider också av dålig krypprestanda på grund av de små kornstorlekarna och det kan finnas kavitationsporositet i vissa legeringar. Ytstrukturen är dock generellt bra. Med dedikerade verktyg är stansar och maskiner dyra. Den största fördelen med processen är att den kan användas för att producera stora komplexa komponenter i en operation. Detta kan vara användbart för att hålla nere massan och undvika behovet av monteringsarbete, en särskild fördel för flyg- och rymdprodukter. Till exempel kan diafragmaformningsmetoden (DFM) användas för att minska dragströmningsspänningen som genereras i en specifik legeringsmatriskomposit under deformation .

Aluminium och aluminiumbaserade legeringar

Superplastiskt formade (SPF) aluminiumlegeringar har förmågan att sträckas till flera gånger sin ursprungliga storlek utan att misslyckas när de värms upp till mellan 470 och 520 °C. Dessa utspädda legeringar innehållande zirkonium , senare kända under handelsnamnet SUPRAL, var kraftigt kallbearbetade till plåt och dynamiskt kristalliserade till en fin, stabil kornstorlek, typiskt 4–5 μm, under de inledande stadierna av het deformation. Också superplastisk formning är en bearbetningsteknik i nätform som dramatiskt minskar tillverknings- och monteringskostnaderna genom att minska antalet delar och monteringskraven. Med hjälp av SPF-teknik förutsågs det att en 50%-ig tillverkningskostnadsreduktion kan uppnås för många flygplansenheter, såsom noskonen och nostrumman. Andra avknoppningar inkluderar viktminskning, eliminering av tusentals fästelement, eliminering av komplexa funktioner och en betydande minskning av antalet delar. Genombrottet för superplastiska Al-Cu-legeringar gjordes av Stowell, Watts och Grimes 1969 när den första av flera utspädda aluminiumlegeringar (Al-6% Cu-0,5%Zr) gjordes superplastisk med införandet av relativt höga halter av zirkonium i lösning med hjälp av specialiserade gjuttekniker och efterföljande elektrisk behandling för att skapa extremt fina ZrAl ₃ -fällningar.

Kommersiella legeringar

Vissa kommersiella legeringar har bearbetats termomekaniskt för att utveckla superplasticitet. Huvudinsatsen har varit på Al 7000-seriens legeringar, Al-Li-legeringar, Al-baserade metall-matriskompositer och mekaniskt legerade material.

Kompositer av aluminiumlegering

Aluminiumlegering och dess kompositer har breda tillämpningar inom fordonsindustrin. Vid rumstemperatur har kompositer vanligtvis högre hållfasthet jämfört med dess komponentlegering. Vid hög temperatur kan aluminiumlegering förstärkt med partiklar eller morrhår som SiO ₂ , Si ₃ N ₄ och SiC ha en dragförlängning på mer än 700 %. Kompositerna tillverkas ofta genom pulvermetallurgi för att säkerställa fina kornstorlekar och god spridning av förstärkningar. Kornstorleken som gör att den optimala superplastiska deformationen kan ske är vanligtvis 0,5 ~ 1 μm, mindre än kravet på konventionell superplasticitet. Precis som andra superplastiska material är töjningshastighetskänsligheten m större än 0,3, vilket indikerar god motståndskraft mot lokala neckningsfenomen. Ett fåtal kompositer av aluminiumlegeringar som 6061-serien och 2024-serien har visat superplasticitet med hög töjningshastighet, vilket sker i en mycket högre töjningshastighet än andra superplastiska material. Denna egenskap gör aluminiumlegeringskompositer potentiellt lämpliga för superplastisk formning eftersom hela processen kan göras på kort tid, vilket sparar tid och energi.

Deformationsmekanism för aluminiumlegeringskompositer

Den vanligaste deformationsmekanismen i aluminiumlegeringskompositer är grain boundary gliding (GBS), som ofta åtföljs av atom/dislokationsdiffusion för att tillgodose deformation. GBS-mekanismmodellen förutspår en töjningshastighetskänslighet på 0,3, vilket stämmer överens med de flesta superplastiska aluminiumlegeringskompositer. Korngränsglidning kräver rotation eller migrering av mycket fina korn vid relativt hög temperatur. Därför är förfining av kornstorlek och förhindrande av korntillväxt vid hög temperatur av betydelse.

Den mycket höga temperaturen (nära smältpunkten) sägs också vara relaterad till en annan mekanism, gränssnittsglidning, eftersom det vid höga temperaturer uppstår partiella vätskor i matrisen. Vätskans viskositet spelar huvudrollen för att tillgodose glidningen av intilliggande korngränser. Kavitationen och spänningskoncentrationen som orsakas av tillsatsen av andra fasförstärkningar hämmas av flödet av vätskefas. Emellertid leder för mycket vätska till tomrum, vilket försämrar materialens stabilitet. Så temperatur nära men inte överstiger den initiala smältpunkten är ofta den optimala temperaturen. Den partiella smältningen kan leda till bildandet av filament vid sprickytan, vilket kan observeras under svepelektronmikroskop . Förstärkningarnas morfologi och kemi har också inflytande på superplasticiteten hos vissa kompositer. Men inget enskilt kriterium har ännu föreslagits för att förutsäga deras inflytanden.

Metoder för att förbättra superplasticiteten

Några sätt har föreslagits för att optimera den superplastiska deformationen av aluminiumlegeringskompositer, som också är vägledande för andra material:

1. Bra spridning av förstärkningar. Detta är också viktigt för prestanda vid rumstemperatur.
2. Förfina matrisens kornstorlek. Förfiningen skapar fler korn som kan glida över varandra vid hög temperatur, vilket underlättar korngränsens glidmekanism. Detta innebär också en högre optimal töjningshastighet. Trenden med ökning av töjningshastigheten har observerats i material med finare kornstorlekar. Allvarlig plastisk deformation som vinkelpressning med lika kanaler har rapporterats kunna åstadkomma ultrafinkorniga material.
3. Lämpligt val av temperatur och töjningshastighet. Vissa kompositer måste värmas upp nära smältning, vilket kan ha motsatta effekter på andra kompositer.

Titan och titanbaserade legeringar

Inom flygindustrin finner titanlegeringar som Ti-6Al-4V omfattande användning i rymdtillämpningar, inte bara på grund av deras specifika höga temperaturhållfasthet , utan också för att ett stort antal av dessa legeringar uppvisar superplastiskt beteende. Termoformning av superplastiska ark har identifierats som en standardbearbetningsväg för framställning av komplexa former, speciellt och är mottagliga för superplastisk formning (SPF). Men i dessa legeringar gör tillsatserna av vanadin dem avsevärt dyra och därför finns det ett behov av att utveckla superplastiska titanlegeringar med billigare legeringstillsatser. Ti-Al-Mn-legeringen skulle kunna vara ett sådant kandidatmaterial. Denna legering uppvisar betydande post-likformig deformation vid omgivande och nära omgivningstemperaturer.

Ti-Al-Mn (OT4-1) legering

Ti-Al-Mn (OT4-1) legering används för närvarande för flygmotorkomponenter såväl som andra rymdtillämpningar genom att formas genom en konventionell väg som vanligtvis är kostnads-, arbets- och utrustningskrävande. Ti-Al-Mn-legeringen är ett kandidatmaterial för flygtillämpningar. Emellertid finns det praktiskt taget lite eller ingen information tillgänglig om dess superplastiska formningsbeteende. I denna studie studerades den superplastiska utbuktningen vid hög temperatur av legeringen och de superplastiska formningsförmågan demonstrerades.

Utbuktningsprocessen

Gastrycksutbuktning av metallplåtar har blivit en viktig formningsmetod. Allt eftersom utbuktningsprocessen fortskrider blir en betydande uttunning av arkmaterialet uppenbar. Många studier gjordes för att erhålla kupolhöjden med avseende på formningstiden som är användbar för processdesignern för val av initial ämnestjocklek samt ojämn förtunning i kupolen efter formning.

Fallstudie

Ti-Al-Mn (OT4-1) -legeringen fanns tillgänglig i form av en 1 mm tjock kallvalsad plåt. Legeringens kemiska sammansättning. En 35-tons hydraulpress användes för superplastisk utbuktning av en halvklot. En formuppsättning tillverkades och monterades med rörsystemet, vilket möjliggör inte bara inertgasspolning av formenheten före formning, utan även för formning av komponenter under omvänt tryck, om det behövs . Det schematiska diagrammet över den superplastiska formningsuppsättningen som används för utbuktning med alla nödvändiga tillbehör och fotografiet av den övre (vänster) och den nedre (höger) formen för SPF.

Ett cirkulärt ark (ämne) med 118 mm diameter skars från legeringsplåten och de skurna ytorna polerades för att avlägsna grader. Ämnet placerades på formen och den övre kammaren bringades i kontakt. Ugnen slogs på till den inställda temperaturen. När väl den inställda temperaturen uppnåtts sänktes den övre kammaren ytterligare för att åstadkomma det erforderliga ämneshållartrycket. Cirka 10 minuter tilläts för termisk jämvikt. Argongascylindern öppnades gradvis till det inställda trycket. Samtidigt ställdes den linjära variabla differentialtransformatorn (LVDT), monterad i botten av formen, in för att registrera arkutbuktningen. När väl LVDT nådde 45 mm (radie på bottenmunstycket), stoppades gastrycket och ugnen stängdes av. De formade komponenterna togs ut när temperaturen på formsatsen hade sjunkit till 600°C. Enkel borttagning av komponenten var möjlig i detta skede. Superplastisk utbuktning av hemisfärer utfördes vid temperaturer av 1098, 1123, 1148, 1173, 1198 och 1223 K (825, 850, 875, 900, 925 och 950 °C) vid formningstryck av 0,0,02 och 0,02, 0,0 och 0,02. . När utbuktningsprocessen fortskrider blir en betydande uttunning av arkmaterialet uppenbar. En ultraljudsteknik användes för att mäta tjockleksfördelningen på profilen av den formade komponenten. Komponenterna analyserades med avseende på tjockleksfördelning, tjocklekstöjning och förtunningsfaktor. Mikrostrukturstudier efter deformation utfördes på de bildade komponenterna för att analysera mikrostrukturen i termer av korntillväxt, kornförlängning, kavitationer, etc.

resultat och diskussioner

med en tvådimensionell kornstorlek på 14 μm visas i fig. 8. [ Kornstorleken bestämdes med den linjära skärningsmetoden i både den rullade plåtens längd- och tvärriktningar. .

Framgångsrik superplastisk formning av hemisfärer utfördes vid temperaturer på 1098, 1123, 1148, 1173, 1198 och 1223 K och argongasbildande tryck på 0,2, 0,4, 0,6 och 0,8 MPa. En maximal tidsgräns på 250 minuter gavs för fullständig formning av hemisfärerna. Denna bryttid på 250 minuter gavs av praktiska skäl. Fig. 9 visar ett fotografi av ämnet (provet) och en utbuktningsformad komponent (temperatur på 1123 K och ett formningsgastryck på 0,6 MPa).

Formningstiderna för framgångsrikt formade komponenter vid olika formningstemperaturer och tryck. Från rörelsen för LVDT:n monterad vid botten av formen (som mätte utbuktningshöjden/-djupet) erhölls en uppskattning av formningshastigheten. Man såg att formningshastigheten initialt var snabb och minskade gradvis för alla temperatur- och tryckområden som rapporterats i tabell 2. Vid en speciell temperatur minskade formningstiden när formningstrycket ökades. På liknande sätt vid ett givet formningstryck minskade formningstiden med en ökning av temperaturen.

Tjockleken på utbuktningsprofilen mättes vid 7 punkter inklusive periferin (basen) och stolpen. Dessa punkter valdes genom att ta linjen mellan mitten av halvklotet och baspunkten som referens och förskjutning med 15° tills polpunkten nåddes. Följaktligen bildar punkterna 1, 2, 3, 4 och 5 en vinkel på 15°, 30°, 45°, 60° respektive 75° med basen av halvklotet som visas i fig. 10. Tjockleken mättes vid varje av dessa punkter på utbuktningsprofilen genom att använda en ultraljudsteknik. Tjockleksvärdena för var och en av de framgångsrikt formade halvsfäriska komponenterna.

Fig. 11 visar poltjockleken för fullt formade halvklot som en funktion av bildande av tryck vid olika temperaturer. Vid en speciell temperatur minskade poltjockleken när formningstrycket ökades. För alla de studerade fallen låg stolptjockleken i intervallet ca 0,3 till 0,4 mm från den ursprungliga ämnets tjocklek på 1 mm.

Tjocklekstöjningen ${\text{ln}}(S/S_{0})$ , där $S$ är den lokala tjockleken och $S_{0}$ är den ursprungliga tjockleken, beräknades på olika platser för alla framgångsrikt formade komponenter. För ett speciellt tryck minskade tjocklekspåkänningen när formningstemperaturen ökades. Fig. 12 visar tjocklekstöjningen, ${\text{ln}}(S/S_{0})$ som en funktion av positionen längs kupolens tvärsnitt i händelse av en komponent bildad vid 1123 K vid ett formningstryck av 0,6 MPa.

Den efterbildade mikrostrukturen visade att det inte fanns någon signifikant förändring i kornstorlek. Fig. 13 visar mikrostrukturen för den utbuktningsformade komponenten vid basen och polen för en komponent formad vid en temperatur av 1148 K och bildande tryck på 0,6 MPa. Dessa mikrostrukturer visar ingen signifikant förändring i kornstorlek.

Slutsats

Högtemperaturdeformationsbeteendet och superplastisk formningsförmåga hos en Ti-Al-Mn-legering studerades. Framgångsrik formning av halvklot med diametern 90 mm med användning av den superplastiska vägen utfördes vid temperaturintervallet 1098 till 1223 K och bildande tryckintervall av 0,2 till 0,8 MPa. Följande slutsatser kan dras:

1. Formningstiden minskade brant när gastrycket eller temperaturen ökades. Formningshastigheten var från början hög, men minskade gradvis med tiden.
2. Vid en speciell temperatur minskade poltjockleken när formningstrycket ökades. För alla de studerade fallen låg stolptjockleken i intervallet ca 0,3 till 0,4 mm från den ursprungliga ämnets tjocklek på 1,0 mm.
3. Gallringsfaktorn och tjocklekstöjningen ökade när man flyttade från periferin till stolpen. De efterbildade mikrostrukturerna visar ingen signifikant förändring i kornstorlek.

Järn och stål

Mest på icke-kvalificerade material, såsom austenitiskt stål av Fe-Mn-Al-legeringen, som har några av de specifika materialparametrarna nära relaterade till mikrostrukturella mekanismer. Dessa parametrar används som indikatorer på materialets superplastiska potential. Materialet utsattes för varmdragprovning inom ett temperaturområde från 600 °C till 1000 °C och töjningshastigheter varierande från 10−6 till 1 s−1. Töjningshastighetskänslighetsparametern (m) och observerad maximal töjning tills brott (εr) kunde bestämmas och även erhållas från det heta dragtestet.

Fe med Mn- och Al-legeringar

Experimenten angav en möjlighet till superplastiskt beteende i en Fe-Mn-Al- legering inom ett temperaturområde från 700 °C till 900 °C med kornstorlek runt 3 μm (ASTM-kornstorlek 12) och en genomsnittlig töjningshastighetskänslighet på m ~ 0,54, samt en maximal töjning vid brott runt 600%.

Fe med Al- och Ti-legeringar

Det superplastiska beteendet hos Fe-28Al-, Fe-28Al-2Ti- och Fe-28Al-4Ti- legeringar har undersökts genom dragprovning, optisk mikroskopi och transmissionselektronmikroskopi. Dragprover utfördes vid 700–900 °C under ett töjningshastighetsområde på cirka 10 ⁻⁵ till 10 ⁻² /s. Det maximala töjningshastighetskänslighetsindexet m visade sig vara 0,5 och den största töjningen nådde 620 %. I Fe3Al och Fe Al uppvisar legeringar med kornstorlekar på 100 till 600 μm alla deformationsegenskaper hos konventionella superplastiska legeringar med finkornstorlek.

Superplastiskt beteende hittades dock i storkorniga järnaluminider utan de vanliga kraven för superplasticitet med fin kornstorlek och korngränsglidning. Metallografiska undersökningar har visat att den genomsnittliga kornstorleken för storkorniga järnaluminider minskade under superplastisk deformation.

Keramik

Keramiks egenskaper

Egenskaperna hos keramiska material, precis som alla material, dikteras av vilka typer av atomer som finns, typen av bindning mellan atomerna och hur atomerna packas ihop. Detta är känt som strukturen i atomskala. De flesta keramik består av två eller flera element. Detta kallas en förening. Till exempel är aluminiumoxid ( Al ₂ O ₃ ), en förening som består av aluminiumatomer och syreatomer .

Atomerna i keramiska material hålls samman av en kemisk bindning. De två vanligaste kemiska bindningarna för keramiska material är kovalenta och joniska. För metaller kallas den kemiska bindningen den metalliska bindningen. Bindningen av atomer tillsammans är mycket starkare vid kovalent och jonbindning än i metallisk. Det är därför, generellt sett, metaller är formbara och keramik är spröd. På grund av keramiska materials många egenskaper används de för en mängd olika applikationer. I allmänhet är de flesta keramik:

• hård
• nötningsbeständig
• spröd
• eldfast
• värmeisolatorer
• elektrisk isolator
• omagnetisk
• oxidationsbeständig
• benägen för termisk chock
• god kemisk stabilitet

Superplasticitet med hög töjningshastighet har observerats i aluminiumbaserade och magnesiumbaserade legeringar. Men för keramiska material har superplastisk deformation begränsats till låga töjningshastigheter för de flesta oxider, och nitrider med närvaro av håligheter som leder till för tidigt brott. Här visar vi att ett sammansatt keramiskt material bestående av tetragonal zirkoniumoxid, magnesiumaluminat spinal- och alfa-aluminiumoxidfas uppvisar superplasticitet vid töjningshastigheter upp till 1,0 s ^-1 . Kompositen uppvisar också en stor dragförlängning, som överstiger 1050% eller en töjningshastighet på 0,4 s- ¹ . Superplastiska metaller och keramik har förmågan att deformeras till över 100 % utan att spricka, vilket möjliggör nätformning vid höga temperaturer. Dessa spännande material deformeras främst genom glidning av korngränsen, en process som accelereras med en fin kornstorlek. Men de flesta keramer som börjar med en fin kornstorlek upplever snabb korntillväxt under högtemperaturdeformation, vilket gör dem olämpliga för långvarig superplastisk formning. Man kan begränsa korntillväxten med en mindre andra fas (Zener pinning) eller genom att göra en keramik med tre faser, där korn till kornkontakt av samma fas minimeras. En forskning på finkornig trefas aluminiumoxid-mullit( 3Al ₂ O ₃ · 2SiO ₂ )-zirkoniumoxid, med ungefär lika volymfraktioner av de tre faserna, visar att superplastiska töjningshastigheter så höga som 10 ⁻² /sek vid 1500 °C kan nås. Dessa höga töjningshastigheter sätter keramisk superplastisk formning i området för kommersiell genomförbarhet.

Kavitationer

Superplastisk formning fungerar endast om kavitationer inte uppstår under korngränsglidning, dessa kavitationer lämnar antingen diffusionsackommodation eller dislokationsgenerering som mekanismer för att tillgodose korngränsglidning. De applicerade spänningarna under keramisk superplastisk formning är måttliga, vanligtvis 20–50 MPa, vanligtvis inte tillräckligt höga för att generera dislokationer i enkristaller, så det bör utesluta dislokationsackommodation. Några ovanliga och unika egenskaper hos dessa trefas superplastiska keramer kommer dock att avslöjas, vilket tyder på att superplastisk keramik kan ha mycket mer gemensamt med metaller än vad man tidigare trott.

Ytria-stabiliserad tetragonal zirkoniumoxid polykristallin

Yttriumoxid används som stabilisator. Detta material har övervägande tetragonal struktur. Y-TZP har den högsta böjhållfastheten av alla zirkoniumbaserade material. Y-TZP:s fina kornstorlek lämpar sig för att användas i skärande verktyg där en mycket skarp egg kan uppnås och bibehållas på grund av dess höga slitstyrka. Det anses vara den första riktiga polykristallina keramen som visat sig vara superplastisk med en 3-mol % Y-TZP (3Y-TZP), som nu anses vara det keramiska modellsystemet. Den fina storleken leder till en mycket tät, icke-porös keramik med utmärkt mekanisk hållfasthet, korrosionsbeständighet, slagseghet, värmechockbeständighet och mycket låg värmeledningsförmåga. På grund av dess egenskaper används Y-TZP i slitdelar, skärverktyg och termiska barriärbeläggningar .

Kornstorlek

Superplastiska egenskaper hos 3Y-TZP påverkas i hög grad av kornstorleken som förskjutits i fig. 3, töjningen till brott minskar och flödesstyrkan ökar medan kornstorleken ökar. En studie gjordes på flödesspänningens beroende av kornstorlek, resultatet – sammanfattningsvis- visar att flödesspänningen ungefär beror på kornstorleken i kvadrat:

$\sigma \propto d^{2}\,$

Var:

$\sigma \,$ är flödesspänningen.

d är den momentana kornstorleken.

Aluminiumoxid ( Al ₂ O ₃ )

Aluminiumoxid är förmodligen en av de mest använda strukturkeramerna, men superplasticitet är svår att erhålla i aluminiumoxid, som ett resultat av snabb anisotrop korntillväxt under högtemperaturdeformation. Oavsett vilket har flera studier utförts på superplasticitet i dopad, finkornig Al 2 _O 3 _. Demonstrerade att kornstorleken på Al ₂ O ₃ innehållande 500 ppm MgO kan förfinas ytterligare genom att tillsätta olika dopämnen, såsom Cr ₂ O3 _{_} , Y2O3 _. _ _{_} och Ti02 _{_} _ En kornstorlek på cirka 0,66 μm erhölls i en 500-ppm Y ₂₃ -dopad Al ₂ O ₃ . Som ett resultat av denna fina kornstorlek Al ₂ O ₃ en brottförlängning på 65 % vid 1450 °C under en applicerad spänning på 20 MPa.

Se även

• Superplastisk formning
• Högexplosiv antitank

Bibliografi

•   Agarwal, Sumit (2006). Utvärdering och förutsägelse av materialrespons under superplastisk formning vid olika belastningshastigheter ( Ph.D.-avhandling). Brown University . OCLC 549697889 .
• . Superplasticitet: Dr RH Johnson Metallurgical Review nr 146 sept 1970. Institute of Metals London, Storbritannien