电磁物理场拉伸对2024铝合金组织和性能的影响

发布时间：2019-09-12 06:45

【摘要】：2024铝合金属于Al-Cu-Mg系的铝合金,是一种高强度硬铝,广泛应用于航空航天领域。但目前在提高其塑性变形能力方面面临着很大的挑战。本文基于磁致塑性效应和电致塑性效应,开展脉冲强磁场和电场及电磁耦合场拉伸实验,研究电磁物理场对合金塑性变形过程和变形能力的影响。借助金相、扫描电镜、透射电镜、背散射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、力学性能等材料检测设备与技术,探究不同脉冲磁感应强度和脉冲数、不同电流强度及电磁场耦合参数下对2024铝合金组织和性能的影响,着重研究磁场拉伸对2024铝合金微观组织的影响,分析磁场对合金塑变能力的改善效果。本文取得的研究成果主要包括以下四个方面:(1)脉冲磁场拉伸实验结果表明:脉冲数一定时(N=30),材料的抗拉强度和延伸率随着磁感应强度的增强而同步增强,在B=1T时达到最优值,材料的抗拉强度σ_b=425MPa和延伸率δ=14.7%,相比于初始样分别提高了3.7%和13.1%;磁感应强度一定时(B=1T),当N=30时,材料的抗拉强度和延伸率同步达到最大值,优化出最佳的磁场拉伸参数B~*=1T,N~*=30;从微观组织来看,B从0.5T增加到1T和N从0增加到30时,随着磁感应强度和脉冲数的增加,位错密度增加,位错强化导致抗拉强度增强,低场强和低脉冲数下,磁场使位错组织趋于有序化,促使材料的塑性提高;当B1T和N30时,磁场拉伸下材料的位错有序化效果降低,位错出现塞积,导致材料的性能下降。(2)电场拉伸实验中,电流取值为1.2A,1.6A,2.0A,2.4A和2.8A,实验结果表明:试样的平均抗拉强度为411MPa,较空白样的410MPa相比,变化不大,平均延伸率为14.3%,较空白试样的13%提高了10%;当I=1.6A时,达到了最大的延伸率15.3%,比空白样的13%提高了17.7%,同时抗拉强度保持在410MPa,最优的电场参数为I~*=1.6A;电磁耦合场拉伸实验中,磁场强度固定为1T,电流取值和单独电场拉伸时相同,试样的平均抗拉强度为419MPa,较空白样的410MPa相比提高了2.2%,平均延伸率为15.3%,较空白试样的13%提高了17.7%;电磁耦合场拉伸与单独电场拉伸相比,平均抗拉强度和延伸率都有所提高,分别提高1.9%和7.0%;当B=1T,I=1.6A时,延伸率达到最大值16.6%,提高了27.7%,抗拉强度也略有提高,达到413MPa,得到最优的电磁场耦合参数B~*=1T,I~*=1.6A。(3)由于磁致塑性效应,材料的位错密度在脉冲磁场的作用下会提高,同时减少位错形核所需的能量、加强位错运动并促进材料内部应力得到释放;拉伸过程中,当B~*=1T,N~*=30时,磁致塑性效应在脉冲磁场的刺激下发挥积极的效应,位错的塞积化得到有效改善;位于析出相(障碍)和位错间的自由基对在脉冲磁场的刺激下会加速从单线态(S态)向三线态(T态)转换,降低了障碍与位错间的自由能,导致位错运动的加强;根据第一性原理,材料中主要强化析出相θ(Al_2Cu)相的磁性呈顺磁性,有助于发挥磁致塑性效应。(4)材料经电场拉伸作用后,动态再结晶形核率提高,晶核的长大速率降低,导致完全再结晶的晶粒尺寸减小,起到了细晶强化的作用;断口附近的位错密度显著降低,位错的缠结现象降低,塑性变形的均匀性得到提高,同时降低应力集中的形成,材料塑性得到改善;电磁耦合场拉伸试样后,试样的力学性能与单独磁场和单独电场拉伸相比,进一步提高,其作用机制包括了磁致塑性效应和电致塑性效应,这方面的研究有待进一步的深入。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.21

【参考文献】