预电化学腐蚀电解液种类和浓度、电流及拉拔道次对Q235钢棒材电化学冷拉拔的影响
发布时间：2021-03-29 20:15
目前,已经研发出了一种基于化学力学效应（Chemical Mechanical Effect,CME）的新型冷拉拔技术—电化学冷拉拔（Electrochemical Cold Drawing,ECD）。相较于传统冷拉拔（Drawing In Air,DIA）,ECD能明显降低棒材的拉拔力并改善棒材表层的塑性,其为实现难变形金属的管、棒、线材的冷拉拔提供了一种新的技术路线。前期研究表明预电化学腐蚀可以使棒材表层产生塑（软）化,从而可以增大拉拔力的降低幅度,使得拉拔更易进行。但前期研究主要针对的是预电化学腐蚀,而未对预电化学腐蚀后棒材在各个工艺参数（电解液种类、电解液浓度、电流及拉拔道次）下ECD时表层产生的附加位错流进行充分定量的研究。本文针对前期研究存在的这些问题,以经退火的Q235钢棒材作为研究材料,在最基础的电解液种类、电解液浓度、电流及拉拔道次等工艺参数下对ECD进行深入的研究,并间接定量的证明附加位错流理论。研究结果表明:一种腐蚀速率最高且均匀腐蚀的电解液适用于ECD。即棒材在具有这种特点的溶液中预电化学腐蚀后表层产生的空位簇缺陷浓度最高,导致棒材表层塑（软）化程度最大。这种最...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉拔示意图：1-拉拔制品，2-模具，3-坯料
预电化学腐蚀电解液种类和浓度、电流及拉拔道次对Q235钢棒材电化学冷拉拔的影响6拉拔抗力。为此，该技术也对于难变形金属材料的加工而言提供了一种新的技术途径，是一种很有应用前景的新型加工技术。同时该技术也可以衍生出电化学挤压、电化学轧制等新型材料加工技术。图1.2ECD技术原理图有学者利用ECD技术加工4043铝合金丝材时发现，相较于DIA，ECD可使拉拔力显著降低且使拉拔力的最大下降率为18%，拉拔后丝材的表面硬度得到显著降低，意味着该技术不但能增加丝材的变形量，而且也减少拉拔中的退火次数[60]。前期分别研究了AM60B合金和Mg2Sip/AM60B复合材料在不同种类电解液中的ECD[61,62]，其结果指出：ECD明显降低了这两种难变形材料的拉拔力；在一定范围内，随着电流密度增加，增塑作用增强；这两种材料在H2SO4溶液中的拉拔力降低幅度最大，分别达到19%和30%。此外，直到棒材被拉断，ECD可以比DIA拉拔更多的道次。即ECD是一种很有用的难变形金属的拉拔新技术，但需指出这些研究没有预电化学腐蚀而直接对4043铝合金、AM60B合金和Mg2Sip/AM60B复合材料进行ECD，只是验证了ECD技术是可行的，且未对附加位错流理论进行定量证明。前期还以Q235钢棒材作为研究材料，研究了电解液种类对Q235钢ECD的影响[63]，其中用了4种ECD的电解液：0.6MNaCl水溶液（N溶液）、0.6MNaCl+0.3MHCl的混合液（L溶液）、0.35MH2SO4水溶液（S溶液）和自来水（H溶液），并对棒材DIA用以与ECD进行对照。该研究发现Q235钢棒材在这4种电解液中进行ECD时，拉拔力均低于DIA，拉拔力的降低率具体为在S溶液、L溶液、N溶液、以及H溶液中依次降低，即在S溶液中ECD时拉拔力的降低率最大，适合作为该钢棒材ECD的最佳电解液。此外，该研究对1.5m长的Q235钢棒材预电化?
洞?本段?.7mm。将模具安装到电解槽指定位置并连接好棒材与拉力传感器，打开电脑上的测力软件并把初始载荷清零之后，倒入所需电解液直至浸没棒材，打开直流电源并将电流调到所需值后开启秒表以计量预电化学腐蚀时间，当到达指定时间后，立即启动拉拔机进行ECD。实验期间经由拉力传感器获取的拉拔力实时显示于电脑上。其中本章ECD实验所用直流电流为0.15A、预电化学腐蚀时间为30min以及拉拔速度为0.25m/s。为了对比，在室温下的空气中，以相同拉拔速度、不通电、无电解液并采用相同拉拔模具的情况下对部分棒材进行DIA。图2.1ECD装置示意图：1-橡胶密封塞，2-拉拔棒材，3-铜片，4-拉拔模具，5-绝缘层，6-电解液，7-电解槽，8-导电轮，9-夹头，10-拉力传感器，11-拉拔机，12-电脑，13-直流电源将Q235钢在不同种类电解液中的塔菲尔极化曲线和线性伏安曲线进行测试，以筛选出最佳的电解液种类，实验的主要仪器及电解液为：Q235钢作为研究电极，饱和甘汞及硫酸亚汞电极（参比电极）、铂电极（对电极），CHI760E电化学工作站以及上述6种电解液。将棒材在0.15A的电流作用下经过不同种类电解液预电化学腐蚀30min后的表面显微形貌以及腐蚀层在JSM-6700F型冷场发射扫描电子显微镜（SEM）上进行观察，用以研究棒材经不同种类电解液预电化学腐蚀后的表面腐蚀程度。采用ZeissAxioScopeA1光镜观察经不同种类电解液预电化学腐蚀30min后ECD的棒材和DIA的棒材表面变形层的变化。采用D/Max-2400粉末X射线衍射仪（XRD）对经不同种类电解液预电化学腐蚀30min后ECD的棒材和DIA的棒材进行位错密度分析，位错密度计算过程见文献[65,66]。为了研究棒材经不同种类电解液预电化学腐蚀30min后表面出现的软化现象，遂使用VilsonVH1102自动硬度测试系统（AHTS）对经以上
【参考文献】：
期刊论文
[1]4043铝合金的电化学增塑拉拔特性[J]. 李先,阎峰云,陈体军,傅开武,施正国. 塑性工程学报. 2015(05)
[2]挤压态ZK60A镁合金高温变形行为和加工性能（英文）[J]. 汪时宜,高磊,Alan A.LUO,李德江,曾小勤. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(06)
[3]Electroplastic Tensile Behavior of 5A90 Al–Li Alloys[J]. Pengchao Song,Xifeng Li,Wei Ding,Jun Chen. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(04)
[4]NiTi合金线材无模拉拔加工过程热力耦合数值模拟[J]. 毕重武,何勇,刘雪峰,谢建新. 北京科技大学学报. 2008(11)
[5]铁在不同pH值的NaCl溶液中的腐蚀行为[J]. 张震,梁煜武. 腐蚀科学与防护技术. 2008(04)
[6]Effect of high density electropulsing treatment on formability of TC4 titanium alloy sheet[J]. 宋辉,王忠金,高铁军. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2007(01)
[7]碳钢在含氯离子环境中腐蚀机理的研究[J]. 陈惠玲,李晓娟,魏雨. 腐蚀与防护. 2007(01)
[8]氯离子对碳钢在混凝土孔隙液中腐蚀行为的影响[J]. 鲁道荣,邓君和,尤聿媛. 合肥学院学报(自然科学版). 2006(S1)
[9]铁极化曲线的测定及应用实验研究[J]. 夏春兰,吴田,刘海宁,楼台芳,胡超珍. 大学化学. 2003(05)
[10]无模拉伸工艺的成形实验研究和温度场解析[J]. 张海渠,夏鸿雁,陈淑利. 锻压机械. 1999(02)
硕士论文
[1]腐蚀对Q235钢棒材电化学冷拉拔的影响[D]. 杨宝清.兰州理工大学 2019
[2]Q235碳钢棒材的电化学冷拉拔的技术研究[D]. 李博.兰州理工大学 2018
[3]钢丝拉拔织构遗传及对形变性能的影响研究[D]. 赵宇飞.东南大学 2015
本文编号：3108127
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉拔示意图：1-拉拔制品，2-模具，3-坯料
预电化学腐蚀电解液种类和浓度、电流及拉拔道次对Q235钢棒材电化学冷拉拔的影响6拉拔抗力。为此，该技术也对于难变形金属材料的加工而言提供了一种新的技术途径，是一种很有应用前景的新型加工技术。同时该技术也可以衍生出电化学挤压、电化学轧制等新型材料加工技术。图1.2ECD技术原理图有学者利用ECD技术加工4043铝合金丝材时发现，相较于DIA，ECD可使拉拔力显著降低且使拉拔力的最大下降率为18%，拉拔后丝材的表面硬度得到显著降低，意味着该技术不但能增加丝材的变形量，而且也减少拉拔中的退火次数[60]。前期分别研究了AM60B合金和Mg2Sip/AM60B复合材料在不同种类电解液中的ECD[61,62]，其结果指出：ECD明显降低了这两种难变形材料的拉拔力；在一定范围内，随着电流密度增加，增塑作用增强；这两种材料在H2SO4溶液中的拉拔力降低幅度最大，分别达到19%和30%。此外，直到棒材被拉断，ECD可以比DIA拉拔更多的道次。即ECD是一种很有用的难变形金属的拉拔新技术，但需指出这些研究没有预电化学腐蚀而直接对4043铝合金、AM60B合金和Mg2Sip/AM60B复合材料进行ECD，只是验证了ECD技术是可行的，且未对附加位错流理论进行定量证明。前期还以Q235钢棒材作为研究材料，研究了电解液种类对Q235钢ECD的影响[63]，其中用了4种ECD的电解液：0.6MNaCl水溶液（N溶液）、0.6MNaCl+0.3MHCl的混合液（L溶液）、0.35MH2SO4水溶液（S溶液）和自来水（H溶液），并对棒材DIA用以与ECD进行对照。该研究发现Q235钢棒材在这4种电解液中进行ECD时，拉拔力均低于DIA，拉拔力的降低率具体为在S溶液、L溶液、N溶液、以及H溶液中依次降低，即在S溶液中ECD时拉拔力的降低率最大，适合作为该钢棒材ECD的最佳电解液。此外，该研究对1.5m长的Q235钢棒材预电化?
洞?本段?.7mm。将模具安装到电解槽指定位置并连接好棒材与拉力传感器，打开电脑上的测力软件并把初始载荷清零之后，倒入所需电解液直至浸没棒材，打开直流电源并将电流调到所需值后开启秒表以计量预电化学腐蚀时间，当到达指定时间后，立即启动拉拔机进行ECD。实验期间经由拉力传感器获取的拉拔力实时显示于电脑上。其中本章ECD实验所用直流电流为0.15A、预电化学腐蚀时间为30min以及拉拔速度为0.25m/s。为了对比，在室温下的空气中，以相同拉拔速度、不通电、无电解液并采用相同拉拔模具的情况下对部分棒材进行DIA。图2.1ECD装置示意图：1-橡胶密封塞，2-拉拔棒材，3-铜片，4-拉拔模具，5-绝缘层，6-电解液，7-电解槽，8-导电轮，9-夹头，10-拉力传感器，11-拉拔机，12-电脑，13-直流电源将Q235钢在不同种类电解液中的塔菲尔极化曲线和线性伏安曲线进行测试，以筛选出最佳的电解液种类，实验的主要仪器及电解液为：Q235钢作为研究电极，饱和甘汞及硫酸亚汞电极（参比电极）、铂电极（对电极），CHI760E电化学工作站以及上述6种电解液。将棒材在0.15A的电流作用下经过不同种类电解液预电化学腐蚀30min后的表面显微形貌以及腐蚀层在JSM-6700F型冷场发射扫描电子显微镜（SEM）上进行观察，用以研究棒材经不同种类电解液预电化学腐蚀后的表面腐蚀程度。采用ZeissAxioScopeA1光镜观察经不同种类电解液预电化学腐蚀30min后ECD的棒材和DIA的棒材表面变形层的变化。采用D/Max-2400粉末X射线衍射仪（XRD）对经不同种类电解液预电化学腐蚀30min后ECD的棒材和DIA的棒材进行位错密度分析，位错密度计算过程见文献[65,66]。为了研究棒材经不同种类电解液预电化学腐蚀30min后表面出现的软化现象，遂使用VilsonVH1102自动硬度测试系统（AHTS）对经以上
【参考文献】：
期刊论文
[1]4043铝合金的电化学增塑拉拔特性[J]. 李先,阎峰云,陈体军,傅开武,施正国. 塑性工程学报. 2015(05)
[2]挤压态ZK60A镁合金高温变形行为和加工性能（英文）[J]. 汪时宜,高磊,Alan A.LUO,李德江,曾小勤. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(06)
[3]Electroplastic Tensile Behavior of 5A90 Al–Li Alloys[J]. Pengchao Song,Xifeng Li,Wei Ding,Jun Chen. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(04)
[4]NiTi合金线材无模拉拔加工过程热力耦合数值模拟[J]. 毕重武,何勇,刘雪峰,谢建新. 北京科技大学学报. 2008(11)
[5]铁在不同pH值的NaCl溶液中的腐蚀行为[J]. 张震,梁煜武. 腐蚀科学与防护技术. 2008(04)
[6]Effect of high density electropulsing treatment on formability of TC4 titanium alloy sheet[J]. 宋辉,王忠金,高铁军. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2007(01)
[7]碳钢在含氯离子环境中腐蚀机理的研究[J]. 陈惠玲,李晓娟,魏雨. 腐蚀与防护. 2007(01)
[8]氯离子对碳钢在混凝土孔隙液中腐蚀行为的影响[J]. 鲁道荣,邓君和,尤聿媛. 合肥学院学报(自然科学版). 2006(S1)
[9]铁极化曲线的测定及应用实验研究[J]. 夏春兰,吴田,刘海宁,楼台芳,胡超珍. 大学化学. 2003(05)
[10]无模拉伸工艺的成形实验研究和温度场解析[J]. 张海渠,夏鸿雁,陈淑利. 锻压机械. 1999(02)
硕士论文
[1]腐蚀对Q235钢棒材电化学冷拉拔的影响[D]. 杨宝清.兰州理工大学 2019
[2]Q235碳钢棒材的电化学冷拉拔的技术研究[D]. 李博.兰州理工大学 2018
[3]钢丝拉拔织构遗传及对形变性能的影响研究[D]. 赵宇飞.东南大学 2015
本文编号：3108127
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