Введение
В материаловедении суперпластичность – это состояние, при котором твердый кристаллический материал деформируется значительно за пределами своей обычной точки разрушения, как правило, более чем на 400% при растяжении. Такое состояние обычно достигается при высокой гомологичной температуре. Примерами суперпластичных материалов являются некоторые мелкозернистые металлы и керамика. Другие некристаллические материалы (аморфные), такие как кварцевое стекло ("расплавленное стекло") и полимеры, также деформируются подобным образом, но не называются суперпластичными, поскольку они не являются кристаллическими; скорее, их деформация часто описывается как поведение ньютоновской жидкости. Материал, деформированный суперпластично, утоньшается очень равномерно, а не образует "шейку" (локальное сужение), приводящую к разрушению. Также подавляется образование микрополостей, являющихся еще одной причиной преждевременного разрушения. Суперпластичность не следует путать с суперэластичностью.
Историческое развитие сверхпластичности
Некоторые свидетельства течения металлов, подобного суперпластичности, были обнаружены в некоторых артефактах, например, в стали Вутца в древней Индии, хотя научное признание суперпластичности произошло впервые в двадцатом веке в отчете Бенго о 163% удлинении латуни в 1912 году. Впоследствии, Дженкинс сообщил о большем удлинении в 300% для сплавов Cd–Zn и Pb–Sn в 1928 году. Однако эти работы не привели к дальнейшему изучению нового явления механических свойств материалов. Лишь после публикации работы Пирсона в 1934 году, в которой было обнаружено значительное удлинение в 1950% для эвтектического сплава Pb–Sn, стало известно о самом большом удлинении, зарегистрированном в научных исследованиях того времени. После работы Пирсона в западном мире более 25 лет не проявляли интереса к суперпластичности. Позже Бохвар и Свидерская продолжили исследования суперпластичности в Советском Союзе, опубликовав множество работ по сплавам Zn–Al. В 1985 году в городе Уфа, Россия, был создан научно-исследовательский институт, специализирующийся на суперпластичности – Институт проблем суперпластичности металлов. Этот институт остается единственным в мире, занимающимся исключительно исследованиями в области суперпластичности. Интерес к суперпластичности возродился в 1982 году, когда в Сан-Диего состоялась первая крупная международная конференция «Суперпластичность в конструкционных материалах» под редакцией Патона и Гамильтона. С тех пор было опубликовано множество исследований, дающих значительные результаты. В настоящее время суперпластичность является основой для технологии формоизменения при суперпластической деформации, которая широко используется в аэрокосмической промышленности.
Условия
В металлах и керамике требования к проявлению сверхпластичности включают мелкий размер зерна (менее примерно 10 микрометров) и рабочую температуру, часто превышающую половину абсолютной температуры плавления. Ряд исследований выявили сверхпластичность в материалах с крупным зерном. Однако, научное сообщество пришло к согласию, что пороговый размер зерна в 10 микрометров является необходимым условием для активации сверхпластичности. Как правило, основная проблема в исследованиях сверхпластичности заключается в предотвращении роста зерна при высоких температурах и, следовательно, в поддержании мелкозернистой структуры при гомологичной температуре. Типичная стратегия формирования микроструктуры предполагает тонкое диспергирование термостабильных частиц, которые препятствуют движению границ зерен и сохраняют мелкозернистую структуру при высоких температурах и в условиях многофазности, необходимой для сверхпластической деформации. Наиболее распространенной микроструктурой сплава, демонстрирующего сверхпластичность, является эвтектическая или эвтектоидная структура, как, например, в сплавах Sn-Pb или Zn. Материалы, соответствующие этим параметрам, должны также обладать чувствительностью к скорости деформации (показателем того, как напряжение в материале изменяется при изменении скорости деформации) больше 0,3, чтобы считаться сверхпластичными. Идеальное значение чувствительности к скорости деформации составляет 0,5 и обычно наблюдается в микродуплексных сплавах.
Механизм
Механизмы суперпластичности в металлах определяются как скольжение границ зерен (GBS). Однако скольжение границ зерен (GBS) может приводить к концентрации напряжений в тройных точках или на границах зерен твердых фаз. Поэтому GBS в поликристаллических материалах должно сопровождаться другими процессами аккомодации, такими как диффузия или движение дислокаций. Диффузионные модели, предложенные Эшби и Вераллом, объясняют постепенное изменение формы зерен для поддержания совместимости между ними в процессе деформации. Изменение формы зерен происходит посредством диффузии. Границы зерен мигрируют, формируя равноосные зерна с новой ориентацией по сравнению с исходными. Дислокационная модель объясняет, что концентрация напряжений, возникающая при GBS, снимается движением дислокаций в блокирующих зернах. Дислокации накапливаются, и их всхождение позволяет образованию новых дислокаций. Детали дислокационной модели все еще остаются предметом дискуссий, и ряд моделей предложены Кроссманом и Эшби, Лэнгдоном и Гифкинсом.
Высокая скорость деформации Суперпластичность
В целом, суперпластичность часто проявляется при низкой скорости деформации, порядка 10−4 с−1, и может быть энергозатратной. Кроме того, длительное воздействие высоких рабочих температур также приводит к ухудшению механических свойств материалов. Существует значительная потребность в увеличении скорости деформации в суперпластической деформации до порядка 10−2 с−1, что называется суперпластичностью при высокой скорости деформации (HSRS). Увеличение скорости деформации при суперпластической деформации обычно достигается за счет уменьшения размера зерна до ультрамелкого диапазона от 100 до менее 500 мкм. Дальнейшее измельчение зерна до нанокристаллической структуры с размером зерна менее 100 нм неэффективно для повышения скорости деформации или улучшения пластичности. Наиболее распространенным методом измельчения зерна для исследований HSRS является использование методов интенсивной пластической деформации (SPD). SPD позволяет достичь исключительного измельчения зерна до субмикрометрового и даже нанометрового диапазона. Среди множества методов SPD наиболее широко используются угловое прессование по равноканальному методу (ECAP) и высокотемпературное кручение (HPT). Помимо получения ультрамелкого размера зерна, эти методы обеспечивают высокую долю границ высокого угла. Эти высокоугловые границы зерен являются существенным фактором для повышения скорости деформации. Ввиду важности обработки структуры для исследований суперпластичности, методы ECAP и HPT заняли центральное место в изучении суперпластичности металлов.
Преимущества суперпластической формования
Этот процесс предоставляет ряд важных преимуществ, как в плане проектирования, так и в плане производства. Прежде всего, он позволяет формировать детали со сложной двойной кривизной и плавными контурами из цельного листа металла за одну операцию, обеспечивая исключительную точность размеров и качество поверхности, а также исключая эффект "возврата" (пружинения), характерный для методов холодной штамповки. Благодаря использованию инструментов с одной рабочей поверхностью, сроки изготовления сокращаются, а прототипирование становится быстрым и простым, поскольку на одном инструменте можно испытывать различные толщины листового сплава.
Методы формования
В настоящее время используются три технологии формования, позволяющие воспользоваться этими преимуществами. Выбор метода зависит от проектных и эксплуатационных требований, таких как размер, форма и свойства сплава.
Формирование полостей
Графитовый покрытый заготовка помещается в нагретый гидравлический пресс. Затем давление воздуха используется для прижима заготовки к форме. Вначале заготовка соприкасается с полостью матрицы, что затрудняет процесс формования из-за трения между заготовкой и матрицей. Таким образом, области контакта разделяют единую выпуклость на ряд выпуклостей, которые подвергаются процессу свободного вытяжения. Данная процедура позволяет производить детали с относительно точными внешними контурами. Этот процесс формования подходит для изготовления деталей с гладкими, выпуклыми поверхностями.
Формирование пузырьков
Графитовый покрытый заготовочный лист закрепляется над "поддоном", содержащим нагретую выпуклую форму. Давление воздуха прижимает металл к форме. Отличие от формования в женской матрице заключается в том, что форма, как уже упоминалось, выпуклая, и металл обтекает выступающую поверхность. При формовании в женской матрице используется вогнутая форма, и металл вдавливается в полость. Инструмент состоит из двух камер давления и встречного пуансона, который может перемещаться линейно. Подобно технологии формования в полость, в начале процесса плотно зафиксированный заготовочный лист раздувается газовым давлением. Вторая фаза процесса заключается в формовании материала на поверхности пуансона путем приложения давления, направленного против предыдущего направления деформации. Благодаря более эффективному использованию материала, обусловленному особенностями процесса, можно использовать заготовки с меньшей начальной толщиной по сравнению с формованием в полость. Таким образом, технология выдувания особенно подходит для деталей с большой глубиной вытяжки.
Формирование диафрагмы
Графитовая заготовка с покрытием помещается в нагретый пресс. Давление воздуха используется для придания металлу формы пузыря, после чего пуансон вдавливается в нижнюю часть пузыря, создавая предварительный оттиск. Затем давление воздуха используется с противоположной стороны для окончательного формования металла вокруг пуансона. Этот процесс характеризуется длительным циклом из-за низкой скорости сверхпластической деформации. Изделия также страдают от плохой стойкости к ползучести из-за малого размера зерна, и в некоторых сплавах может возникать кавитационная пористость. Однако, как правило, достигается хорошее качество поверхности. Специализированное оснащение, штампы и станки обходятся дорого. Главное преимущество процесса заключается в возможности изготовления крупных и сложных деталей за одну операцию. Это позволяет снизить массу и избежать необходимости в сборке, что особенно важно для аэрокосмической продукции. Например, метод диафрагменной формовки (DFM) может быть использован для снижения напряжения растяжения, возникающего в конкретном композиционном материале на основе сплава во время деформации.
Алюминий и сплавы на основе алюминия
Сплавы алюминия, подвергаемые сверхпластической формовке (SPF), способны растягиваться в несколько раз больше своего первоначального размера без разрушения при нагревании до температуры от 470 до 520 °C. Эти легированные сплавы, содержащие цирконий и впоследствии известные под торговым названием SUPRAL, подвергались интенсивной холодной обработке в листы и динамической кристаллизации до мелкозернистой стабильной структуры, обычно 4–5 мкм, на начальных этапах горячей деформации. Кроме того, сверхпластическая формовка – это технология обработки заготовки в форме готовой детали, которая значительно снижает затраты на производство и сборку за счет уменьшения количества деталей и упрощения требований к сборке. Ожидалось, что применение технологии SPF позволит снизить производственные затраты на 50% для многих авиационных узлов, таких как носовые конусы и секции фюзеляжа. Среди других преимуществ – снижение веса, отказ от тысяч крепежных элементов, упрощение конструкции и значительное сокращение количества деталей. Прорыв в области сверхпластичных сплавов Al-Cu был достигнут Стоуэллом, Уоттсом и Граймсом в 1969 году, когда первый из ряда легированных алюминиевых сплавов (Al 6% Cu 0,5% Zr) был преобразован в сверхпластичный путем введения относительно высоких концентраций циркония в раствор с использованием специализированных методов литья и последующей электротермической обработки для создания чрезвычайно мелких выделений ZrAl3.
Коммерческие сплавы
Некоторые коммерческие сплавы подвергались термомеханической обработке для достижения сверхпластичности. Основные усилия были сосредоточены на сплавах Al 7000 серии, сплавах Al-Li, композиционных материалах на основе алюминия и материалах, полученных механическим сплавлением.
Композиты из алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы и их композиты широко применяются в автомобильной промышленности. При комнатной температуре композиты обычно обладают более высокой прочностью по сравнению с исходными сплавами. При высоких температурах алюминиевые сплавы, армированные частицами или усами, такими как SiO2, Si3N4 и SiC, могут демонстрировать относительное удлинение при растяжении более 700%. Композиты часто изготавливаются методом порошковой металлургии для обеспечения мелкозернистой структуры и хорошего распределения армирующих элементов. Размер зерна, оптимальный для протекания суперпластической деформации, обычно составляет 0,5–1 мкм, что меньше требований к традиционной суперпластичности. Подобно другим суперпластичным материалам, коэффициент чувствительности к скорости деформации m превышает 0,3, что свидетельствует о высокой устойчивости к локальной шейке. Некоторые композиты на основе алюминиевых сплавов серий 6061 и 2024 проявляют высокоскоростную суперпластичность, которая реализуется при значительно более высоких скоростях деформации, чем у других суперпластичных материалов. Это свойство делает композиты на основе алюминиевых сплавов перспективными для суперпластической формовки, поскольку весь процесс может быть выполнен за короткое время, что позволяет экономить время и энергию.
Механизм деформации для композитов из алюминиевых сплавов
Наиболее распространенным механизмом деформации в композитах на основе алюминиевых сплавов является скольжение по границам зерен (GBS), которое часто сопровождается диффузией атомов и дислокаций для обеспечения деформации. Модель механизма GBS предсказывает чувствительность к скорости деформации, равную 0,3, что соответствует большинству суперпластичных композитов на основе алюминиевых сплавов. Скольжение по границам зерен требует вращения или миграции очень мелких зерен при относительно высокой температуре. Поэтому важно уменьшать размер зерна и предотвращать рост зерен при высоких температурах. Считается, что очень высокие температуры (близкие к точке плавления) также связаны с другим механизмом – скольжением по межфазным границам, поскольку при высоких температурах в матрице образуются локальные расплавы. Вязкость расплава играет основную роль в обеспечении скольжения соседних границ зерен. Кавитация и концентрация напряжений, вызванные добавлением второй фазы, подавляются за счет течения жидкой фазы. Однако избыток расплава приводит к образованию пор, что ухудшает стабильность материала. Поэтому температура, близкая к начальной точке плавления, но не превышающая ее значительно, часто является оптимальной. Частичное плавление может приводить к образованию нитевидных структур на поверхности излома, которые можно наблюдать с помощью сканирующего электронного микроскопа. Морфология и химический состав упрочняющих частиц также оказывают влияние на суперпластичность некоторых композитов. Однако единого критерия для прогнозирования этого влияния пока не предложено.
Титан и сплавы на основе титана
В аэрокосмической промышленности титановые сплавы, такие как Ti–6Al–4V, широко используются в аэрокосмических приложениях не только благодаря их высокой прочности при повышенных температурах, но и потому, что многие из этих сплавов демонстрируют суперпластичность. Термоформование суперпластичных листов признано стандартным технологическим процессом для изготовления деталей сложной формы, особенно подходящих для суперпластической формовки (SPF). Однако добавление ванадия в эти сплавы значительно увеличивает их стоимость, поэтому существует потребность в разработке суперпластичных титановых сплавов с более доступными легирующими элементами. Сплав Ti–Al–Mn может быть перспективным кандидатом. Этот сплав демонстрирует значительную деформацию после начала шейного сужения при комнатной и близкой к комнатной температуре.
сплав Ti-Al-Mn (OT4-1)
В настоящее время сплав Ti Al Mn (OT4 1) применяется для изготовления компонентов авиационных двигателей и других изделий аэрокосмической отрасли посредством традиционных методов формовки, которые обычно являются трудоемкими, затратными и требуют значительного оборудования. Сплав Ti Al Mn является перспекционным материалом для аэрокосмической техники. Однако информация о его поведении при суперпластической деформации практически отсутствует. В настоящем исследовании изучена высокотемпературная суперпластическая штамповка сплава, и продемонстрированы его возможности по суперпластической формовке.
Процесс выпуклости
Газовое выдувание металлических листов стало важным методом формовки. По мере развития процесса выдувания становится заметным значительное утонение листового материала. Многие исследования были посвящены определению высоты полусферы в зависимости от времени формовки, что полезно для технолога при выборе начальной толщины заготовки, а также изучению неравномерного утонения полусферы после формовки.
Казеист
Сплав Ti Al Mn (OT4 1) был доступен в форме холоднокатаного листа толщиной 1 мм. Химический состав сплава. Для суперпластической вытяжки полусферы использовался гидравлический пресс усилием 35 тонн. Была изготовлена и собрана пресс-форма с системой трубопроводов, обеспечивающая не только продувку пресс-формы инертным газом перед формовкой, но и возможность формования деталей под встречным давлением, при необходимости. Приведена принципиальная схема установки для суперпластической формовки вытяжкой со всеми необходимыми приспособлениями, а также фотография верхней (слева) и нижней (справа) матрицы для SPF. Из листа сплава был вырезан круглый заготовочный лист диаметром 118 мм, а поверхности среза были отполированы для удаления заусенцев. Заготовка была помещена на матрицу, и верхняя пуансон приведена в контакт с ней. Печь была включена и установлена на заданную температуру. После достижения заданной температуры пуансон был опущен ниже для создания необходимого давления прижимной пластины. Было предоставлено около 10 минут для термического выравнивания. Цилиндр с аргоном постепенно открывался до установленного давления. Одновременно с этим, линейный дифференциальный трансформатор (LVDT), установленный в нижней части матрицы, был настроен для регистрации величины вытяжки листа. Как только LVDT достиг 45 мм (радиус нижней матрицы), подача газа была прекращена, и печь была выключена. Сформированные детали извлекались после того, как температура пресс-формы опустилась до 600 °C. На этом этапе извлечение детали было облегчено. Суперпластическая вытяжка полусфер проводилась при температурах 1098, 1123, 1148, 1173, 1198 и 1223 K (825, 850, 875, 900, 925 и 950 °C) при давлении формования 0,2, 0,4, 0,6 и 0,87 МПа. По мере прогрессирования процесса вытяжки становится заметным значительное утоньшение листового материала. Для измерения распределения толщины по профилю сформированной детали использовалась ультразвуковая техника. Детали были проанализированы с точки зрения распределения толщины, деформации по толщине и коэффициента утоньшения. После деформации были проведены микроструктурные исследования сформированных деталей для анализа микроструктуры с точки зрения роста зерна, вытяжки зерна, кавитаций и т.д.
Результаты и обсуждения
Микроструктура исходного материала с двумерным размером зерна 14 мкм показана на рис. 8. Размер зерна был определен методом линейных пересечений как в продольном, так и в поперечном направлениях проката. Успешное суперпластическое формирование полусфер было проведено при температурах 1098, 1123, 1148, 1173, 1198 и 1223 K и давлении аргона 0,2, 0,4, 0,6 и 0,8 МПа. Максимальное время, отведенное на полное формирование полусфер, составило 250 минут. Это ограничение по времени в 250 минут было установлено по практическим соображениям. На рис. 9 представлена фотография заготовки (образца) и компонента, полученного методом вытяжки (температура 1123 K и давление газа 0,6 МПа). Приведены времена формирования успешно сформированных компонентов при различных температурах и давлениях. По перемещению датчика LVDT, установленного в нижней части штампа (измеряющего высоту/глубину вытяжки), была оценена скорость формирования. Было установлено, что скорость формирования первоначально была высокой и постепенно снижалась во всех диапазонах температур и давлений, как показано в таблице 2. При определенной температуре время формирования уменьшалось с увеличением давления. Аналогично, при заданном давлении время формирования уменьшалось с повышением температуры. Толщина профиля вытяжки измерялась в 7 точках, включая периферию (основу) и полюс. Эти точки были выбраны на основе линии, соединяющей центр полусферы и базовую точку, с отступом в 15° до достижения полюса. Таким образом, точки 1, 2, 3, 4 и 5 образуют углы 15°, 30°, 45°, 60° и 75° соответственно с основанием полусферы, как показано на рис. 10. Толщина измерялась в каждой из этих точек на профиле вытяжки с использованием ультразвукового метода. Приведены значения толщины для каждого успешно сформированного полусферического компонента. На рис. 11 показана толщина полюса полностью сформированных полусфер в зависимости от давления формирования при различных температурах. При определенной температуре толщина полюса уменьшалась с увеличением давления формирования. Во всех исследованных случаях толщина полюса находилась в диапазоне примерно от 0,3 до 0,4 мм, при исходной толщине заготовки 1 мм. Толщинная деформация, где – локальная толщина, а – начальная толщина, была рассчитана в различных точках для всех успешно сформированных компонентов. При определенном давлении толщинная деформация уменьшалась с увеличением температуры формирования. На рис. 12 показана толщинная деформация в зависимости от положения вдоль поперечного сечения купола для компонента, сформированного при 1123 K и давлении 0,6 МПа. Исследование микроструктуры после формирования показало, что значительных изменений в размере зерна не произошло. На рис. 13 представлена микроструктура компонента, полученного методом вытяжки, в основании и полюсе для компонента, сформированного при температуре 1148 K и давлении 0,6 МПа. Эти микроструктуры не демонстрируют значительных изменений в размере зерна.
Заключение
Было изучено поведение сплава TiAlMn при высокотемпературной деформации и его способность к сверхпластической формовке. Успешная формовка полусфер диаметром 90 мм с использованием сверхпластической формовки была проведена в диапазоне температур от 1098 до 1223 К и диапазоне давлений формовки от 0,2 до 0,8 МПа. На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы: время формовки резко уменьшалось с увеличением давления или температуры газа. Скорость формовки первоначально была высокой, но постепенно снижалась со временем. При определенной температуре толщина в области полюса уменьшалась с увеличением давления формовки. Во всех исследованных случаях толщина в области полюса составляла примерно от 0,3 до 0,4 мм, в то время как исходная толщина заготовки составляла 1,0 мм. Коэффициент утонения и деформация по толщине увеличивались при переходе от периферии к полюсу. Исследование послеформовочной микроструктуры не выявило существенных изменений в размере зерна.
The forming time decreased steeply when the gas pressure or temperature was increased. The rate of forming was initially high, but reduced progressively with time. At a particular temperature the pole thickness reduced as the forming pressure was increased. For all the cases studied the pole thickness lay in the range of about 0.3 to 0.4 mm from the original blank thickness of 1.0 mm. The thinning factor and thickness strain increased as one moved from the periphery to the pole. The post formed microstructures show no significant change in grain size.
Железо и сталь
В основном исследования проводились на материалах, не соответствующих квалификационным требованиям, таких как аустенитная сталь сплава Fe Mn Al, обладающая рядом специфических параметров материала, тесно связанных с микроструктурными механизмами. Эти параметры используются в качестве индикаторов сверхпластического потенциала материала. Материал подвергался испытаниям на растяжение при высоких температурах в диапазоне от 600 °C до 1000 °C и при скоростях деформирования от 10−6 до 1 с−1. В ходе испытаний определялись параметр чувствительности к скорости деформирования (m) и наблюдаемое максимальное удлинение до разрушения (εr).
Fe с сплавами Mn и Al
Эксперименты выявили возможность проявления сверхпластичности в сплаве Fe Mn Al в диапазоне температур от 700 °C до 900 °C при размере зерна около 3 мкм (ASTM 12) и средней чувствительности к скорости деформации m ~ 0,54, а также максимальном относительном удлинении при разрушении около 600%.
Fe с сплавами Al и Ti
Суперпластичность сплавов Fe 28Al, Fe 28Al 2Ti и Fe 28Al 4Ti исследовалась методами испытаний на растяжение, оптической микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Испытания на растяжение проводились при 700–900 °C в диапазоне скоростей деформации от приблизительно 10−5 до 10−2 с−1. Максимальный показатель чувствительности к скорости деформации m составил 0,5, а максимальное удлинение достигло 620%. Сплавы Fe3Al и FeAl с размером зерна от 100 до 600 мкм демонстрируют все характеристики деформации, свойственные обычным мелкозернистым суперпластичным сплавам. Однако суперпластичность была обнаружена в крупнозернистых железных алюминидах, несмотря на отсутствие типичных условий для суперпластичности, таких как мелкозернистость и скольжение по границам зерен. Металлографические исследования показали, что средний размер зерна в крупнозернистых железных алюминидах уменьшается в процессе суперпластической деформации.
Кавитации
Сверхпластическое формирование возможно только при отсутствии кавитации в процессе скольжения границ зерен, при этом кавитация оставляет после себя либо диффузионное приспособление, либо генерацию дислокаций как механизмы, обеспечивающие скольжение границ зерен. Напряжения, прикладываемые при сверхпластическом формировании керамики, умеренные, обычно 20–50 МПа, как правило, недостаточные для образования дислокаций в монокристаллах, что должно исключить дислокационное приспособление. Однако будут выявлены некоторые необычные и уникальные особенности этих трехфазных сверхпластичных керамик, указывающие на то, что сверхпластичные керамики могут иметь больше общего с металлами, чем предполагалось ранее.
Тетрагональный цирконий поликристаллический, стабилизированный итрием
В качестве стабилизатора используется оксид иттрия. Этот материал преимущественно имеет тетрагональную структуру. Y-TZP обладает самой высокой прочностью на изгиб среди всех материалов на основе диоксида циркония. Мелкозернистая структура Y-TZP делает его пригодным для использования в режущем инструменте, где благодаря высокой износостойкости можно получить и поддерживать очень острую режущую кромку. Он считается первой настоящей поликристаллической керамикой, демонстрирующей сверхпластичность при содержании 3 мол.% Y-TZP (3Y-TZP), которая в настоящее время рассматривается как модельная керамическая система. Мелкий размер зерна обеспечивает получение очень плотной, непористой керамики с превосходной механической прочностью, коррозионной стойкостью, ударной вязкостью, стойкостью к тепловому удару и очень низкой теплопроводностью. Благодаря своим свойствам Y-TZP применяется в износостойких деталях, режущем инструменте и теплоизоляционных покрытиях.
Y TZP (3Y TZP), which is now considered to be the model ceramic system. The fine grade size leads to a very dense, non porous ceramic with excellent mechanical strength, corrosion resistance, impact toughness, thermal shock resistance and very low thermal conductivity. Due to its characteristics Y TZP is used in wear parts, cutting tools and thermal barrier coatings.
Алюмина ()
Алюмина, вероятно, является одной из наиболее широко используемых конструкционных керамик, однако получение суперпластичности в алюмина затруднено из-за быстрого анизотропного роста зерен при высокотемпературной деформации. Тем не менее, было проведено несколько исследований суперпластичности в легированных, мелкозернистых Al2O3. Показано, что размер зерна Al2O3, содержащего 500 ppm MgO, можно дополнительно уменьшить путем добавления различных легирующих добавок, таких как Cr2O3, Y2O3 и TiO2. Размер зерна около 0,66 мкм был достигнут в Al2O3, легированном 500 ppm Y23. В результате такого мелкого размера зерна Al2O3 демонстрирует относительное удлинение при разрушении 65% при 1450 °C под приложенным напряжением 20 МПа.