总结：本文以透射电子显微镜（TEM）图像为核心，详细介绍了金属材料超塑性变形的关键特征、两种主要类型，重点解析了结构超塑性的实现条件，以及超细晶粒结构的制备方法，还通过奥氏体氮钢、Zn-Mn合金的实例，对比了超塑性与非超塑性状态下的微观结构差异。
读者可学习到利用TEM观察金属超塑性变形微观现象的方法，了解超塑性变形的核心机制（晶界滑动）及温变速率、晶粒尺寸对超塑性的影响，为金属材料超塑性成形工艺设计、性能优化及失效分析提供实用的微观表征思路与技术参考。
金属材料在不进行加工硬化的情况下，能够产生广泛的塑性变形（伸长率可达1000%），这就是超塑性。超塑性是一种用于超塑性成形 (SPF) 和热定型的状态，可用于制造航空航天、汽车和其他应用领域的复杂物体和零件。
金属材料的超塑性有两种情况：一种是具有超细晶粒结构（结构超塑性），另一种是在变形或热循环过程中发生相变（转化超塑性）。
结构超塑性的基本变形机制是晶界滑动。实现这种超塑性需要几个先决条件：（a）结构应是高角度晶界的细粒结构；（b）晶粒大小应在0.5微米到不超过几微米之间，这一数值与亚晶粒大小相当；以及（c）变形应在特殊的温度–应变速率条件下进行。
由于超塑性结构非常细小分散，因此必须在TEM薄膜上对超塑性状态下的塑性变形结构现象进行研究。
图 3 细晶粒奥氏体氮钢 Fe-18Cr-14Mn-0,6N，在 800°C下以应变率ε= 1.10-3s-1的拉伸载荷，达到100%的伸长率而不断裂。从显微照片中可以看出，Cr2N颗粒在变形过程中保持了自己的尺寸，从而阻碍了晶界的迁移，确保了晶粒尺寸的稳定性。需要注意的是，晶界周围与塑性流动方向垂直的无颗粒区（如箭头所示），它们的产生在晶界周围区域而不是在晶粒内部。超塑性变形的另一个独特特征是没有位错，这表明主要的变形机制并不依赖于晶粒内部的位错。
图4 在与图3相同的条件下，细晶粒奥氏体氮钢 Fe-18Cr-14Mn-0,6N 的变形伸长率在断裂前达到400%。从断口正下方区域提取的薄片观察显示，晶粒内部只存在少量位错。显微照片中可见轻微的晶粒增长和晶粒内部出现的空位复合体或环。
本文源自微信公众号：老千和他的朋友们
原文标题：《金属材料TEM图解（超塑性状态下的变形过程）》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/0c-Eo3YGRY8M0QWTgLiGWQ
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