超塑性金屬

　　拉麵，很多人都吃過。一小塊麵糰，隨着廚師們雙手的甩動，由一根到兩根，由十根變成二十根，由小指粗到頭髮絲細，一氣合成，中間不斷，真是技術高超。而細心的科學家們卻想，如果有一種金屬也能像拉麵一樣由粗到細，卻中間不斷裂，那麼金屬的應用又將會有一個新的空間。

　　塑性是金屬自身具有的一種物理屬性。所謂塑性，是指當材料或物體受到外力作用時，所發生顯著的變形而不立即斷裂的性質。塑性的大小，標誌着材料變形能力的好壞。對於同種材料來説，塑性愈高表示材料的雜質愈少，純度愈高，使用起來也就愈安全。同時，塑性好的材料，在加工過程中容易成形，可以製造出形狀複雜的零件。

　　這種具有象拉麵般柔軟的金屬叫做超塑性合金。這種合金在一定的溫度下，以適當的速度拉伸，其拉伸長度可以是原來長度的幾倍，甚至十幾倍，目前已有近百種金屬具有這種超塑性能。

　　那麼超塑性合金為什麼會比一般的金屬或合金的塑性好呢？這讓我們先看一看它在結構上與普通金屬到底有何不同。

　　普通金屬在電子顯微鏡下的結構圖，圖中塊狀的物質我們稱之為晶粒，它是在金屬形成過程中，由金屬原子組成的。我們注意到這些晶粒體積龐大，形狀千差萬別，而且排列極不規則。

　　同倍數放大鏡下超塑性合金的結構圖，超塑性合金的晶粒形狀規則精細，晶粒與晶粒之間的排列整齊有序。這好比小孩子玩滑沙的游戲，當地面上沙層的沙粒越細，磨擦就越小，我們也就越容易在上面滑動；如果沙粒越大，磨擦力越大，滑動起來自然就非常困難了。因此金屬的晶粒越細，越整齊，它的塑性也就越好，同時也就越容易被拉伸。

　　我們再做一個試驗，看看金屬是如何被拉斷的。首先我們將鋁棒固定在拉伸試驗機上，然後施加拉力，一分鐘後，鋁棒中的某一部位迅速變細，我們看到此處的拉伸速度明顯比其他位置的拉伸速度快，結果鋁棒在變細的部位被拉斷。這個由粗變細，拉斷的部位像脖頸一樣的過程，科學上把它稱為頸縮。通過這個試驗，我們了解到，一般金屬變形能力很差的原因是宏觀均勻變形能力差，容易早期出現頸縮，並由於頸縮導致了早期的斷裂。而超塑性合金恰恰宏觀變形能力極好，它在拉伸過程中能夠抑制頸縮的發生。

　　那麼超塑性合金又是怎樣有效地抑制頸縮的發生呢？

　　眾所周知，我們用力拉動彈簧時，手給彈簧一個拉力，同時彈簧為了保持原有的狀態，會給手一個反作用力。這個反作用力就是變形抗力。當超塑性合金受到外界拉力時，同樣會在合金內部産生一個變形抗力。變形抗力的不均勻，導致了頸縮的發生。為了找到影響變形抗力的因素，捕捉它們之間的規律，科學家們對所有超塑性合金做實驗。在實踐中他們發現超塑性合金的變形抗力隨着拉伸速度的增加而增加。也就是説，速度越快，抗力越大，速度越慢，抗力越小。我們在做拉伸試驗時，當超塑性合金在拉伸過程中出現頸縮時，頸縮處拉伸的速度迅速加快，所以它産生的變形抗力比其他沒有發生頸縮的位置抗力大。這時的拉力就象電流一樣，哪電阻小，電流就會流向哪。因此拉力首先拉動那些變形抗力小的部分，從而有效地抑制了頸縮的發生。

　　超塑性合金正是由於具有大延伸、無頸縮、易成形等性質，因此它對那些結構複雜，難用金屬壓力加工的零件，顯示出它在製備上獨特的優勢。

　　紡紗機紗筒表面有許多深深的凹槽。在以往的生産中，由於採用傳統的普通金屬材料，其性質單一，往往在加工這些凹槽時，需要多道工序，費工，費時，而且很難加工成形。現在採用了超塑性合金作為原材料，只要將合金放入模具中，通過氣吹，便可一次成形。

　　超塑性合金在我們的日常生産生活中越來越被人們所關注。如今超塑性的研究領域已由原來塑性較好的金屬、合金髮展到了幾乎沒有塑性的陶瓷上。我們相信，今後超塑性合金將會被更廣泛地應用到機械、航天、醫療、交通等諸多領域中去。