【摘要】：2024铝合金为常见的硬铝之一,该合金在工业生产中使用量大,进一步改善其加工方法并提高力学性能有助于拓展其应用领域。根据本课题组前期在2024铝合金中观察到的电磁场改善材料塑性的现象,分析材料塑性变形能力提高归因于微观尺度上位错运动能力增强,从量子尺度上分析是归因于物理场处理后位错和钉扎中心间自由基对中自由电子的行为受到了物理场参数的影响。本文借助电子拉伸、电子顺磁共振波谱仪、X射线衍射和透射电镜等方法,探索了单独磁场、单独电场以及电磁耦合场辅助拉伸条件下不同参数对2024铝合金力学性能和微观组织及机制的影响,意在研究电磁场对合金塑性变形过程的影响。具体研究成果如下:(1)单独磁场辅助拉伸实验是在不同磁感应强度(B)和脉冲数(N)条件下拉伸2024铝合金,结果显示:磁场辅助拉伸合金的力学性能普遍得到了改善,在B=1T、N=30时综合力学性能达到最佳,此时材料的抗拉强度为441MPa,延伸率为16.80%,较无电磁场拉伸的空白样提高了4.5%和21.1%,未成对电子数是空白样的4.54倍。从磁场作用机制看,因磁场能量满足电子激发条件,促使未成对电子浓度增高,未成对电子来自位错和合金相等位错钉扎中心,含有这些未成对电子的结构单元构成自由基对,在磁场作用下自由基对发生从单线态S→激发态S*→三重态T的转化,相应的位错和钉扎中心结合强度由强变弱,有助于位错退钉扎和塑性提高,宏观上即表现为磁致塑性效应。(2)单独电场辅助拉伸实验是在不同电流强度(I)条件下拉伸2024铝合金,结果显示:电场辅助拉伸合金的力学性能普遍得以改善,在I=0.8A时达到了最佳。此时材料的抗拉强度为438MPa,延伸率为15.88%,较空白样增幅3.8%和14.5%,未成对的电子数是空白样的7.06倍。从电场作用机制看,材料内部由于电子风的作用,加快了位错的运动速度,打开了位错之间的相互缠结,克服了滑移系的障碍,从而提高了合金的塑性,宏观上表现为电致塑性效应。(3)对于电磁耦合场辅助拉伸实验,是固定磁场优化参数B=1T、N=30,在不同的电流强度(I)条件下拉伸2024铝合金,结果显示:电磁耦合场辅助拉伸合金的力学性能得到进一步提高,在B=1T、N=30、I=2.4A时达到最佳。此时材料的抗拉强度为442MPa,延伸率为16.95%,较空白样增幅4.7%和22.2%,未成对的电子数是空白样的3倍。经电磁耦合场处理后材料内部同时发生磁致塑性效应和电致塑性效应,提高了材料的综合力学性能。(4)三种物理场辅助拉伸试样的力学性能都有不同程度的变化,电磁耦合场辅助拉伸试样的力学性能改善效果最好,磁场次之,电场较弱。磁场和电场的极化作用激发了未成对的自由电子,基于电子风和电子云理论认为高浓度自由电子有助于塑性提高。磁场的作用更在于促进了自由基对状态的改变,有助于位错退钉扎,在拉应力作用下位错克服障碍且运动能力增加,位错增殖的同时可动位错密度提高,且位错团簇和缠结现象少,位错分布均匀,有利于塑性提高;而电场电流仅是借助电子风提高位错运动能力,塑性提升效果弱于磁场作用。电磁场作用下,磁场和电场的极化作用都受到了抑制,但基于磁场和电场对位错行为和特征的综合作用优势,材料塑性和强度达到了最高。综合以上认为:在2024铝合金塑性变形辅以磁场、电场和电磁场后有助于改善材料力学性能,表现为小幅提高强度的同时大幅提高延伸率,即实现强韧性同步提高。电磁场作用在于提高了未成对电子数,增加了可动位错数,促进了位错分布均匀等。有理由认为本文所采用研究思路具有一定创新性,研究成果具有理论和应用价值。
【图文】：
江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文第一章 绪论1.1 铝合金及物理场改性研究1.1.1 关于 2024 铝合金铝合金根据不同的标准有不同的分类，按照其生产工艺和成分不同可分为铸造铝合金和加工铝合金[1,2]，又各自分为两类，分别是非热处理铝合金和热处理铝合金，如图 1.1。
2024 铝合金的应用(a)飞机部件；(b)锻造部件；(c)切削构件；(d)车辆构plication of 2024 aluminum alloy (a) aircraft components;(b) forged componcutting components;(d) vehicle components物理场改性研究进展料科学技术的快速发展，各种物理场包括磁场、电场、微波场应用到新材料的开发和设计领域，，推动了社会文明的进步。在过程中施加物理场后，可以通过改善材料的组织来影响其性能缩短化学反应时间、细化材料晶粒组织、优化相变过程、提高在诸多物理场中，电磁场因其高效能、高效率、低污染、低成，将电磁场用于铝合金及其复合材料的改性研究已经有了多年件下电磁场能改善铝合金的组织和性能是公认的研究结论，但场对材料内部的影响机制多年来一直是材料学者的重要任务，
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21
【参考文献】
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2672690
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