脉冲电流在轻合金超塑变形中的宏微观作用机制

发布时间：2017-03-30 02:21

  本文关键词：脉冲电流在轻合金超塑变形中的宏微观作用机制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自阻加热成形技术以高效节能的特点逐渐受到各国学者的关注,并已应用到材料加工领域的许多工艺过程中。超塑成形技术由于其成形温度高、成形速率低,在民品产业中的应用一直受到限制,本文试图将自阻加热技术引入到超塑胀形过程中来提高成形效率、降低能耗。同时,通过分析电流对金属变形机制的影响作用,利用电致塑性效应、电致超塑性效应、止裂效应、组织改善效应等来提高材料的成形性能、降低工艺要求、改善成形零件质量。由于不同材料的电热性能和成形性能存在很大差别,本文选择三种典型轻合金材料(TA15钛合金、5083铝合金、AZ31镁合金)和一种复合材料(Si Cp/Al)对其自阻加热性能进行测试,确定成形工艺参数,并研制了电加热超塑成形装置,选择耐火浇注料制作模具来满足工艺的绝缘性要求。合理设计工艺流程,成形了不同轻合金试件。结果表明,电流的引入不仅缩短了成形时间,大幅度降低了能耗,而且由于升温和降温速度快,高温成形试件表面氧化也得到了一定程度的抑制。由于材料的变形过程是在有电流通过的情况下完成的,其变形特点也会受到电流的影响,通过对比三种轻合金常规胀形和自阻加热胀形发现:电流可以提高材料的塑性,降低流动应力,在自阻加热成形过程中,由于变形引起板材厚度变化,会导致减薄区局部温度偏高,成形试件壁厚分布均匀性变差。为揭示电流作用下材料变形机制,对三种轻合金的显微组织进行观察分析,结果表明,电流改善材料的塑性原因是通过降低位错激活能和产生附加电子风力来加速位错的滑移和攀移,减小位错缠结,提高位错的可动性。TA15钛合金在超塑变形过程中发生相变,电流会使最终成形试件组织的晶粒取向表现出方向性;5083铝合金自阻加热变形后再结晶组织明显细化,危害较大的V型空洞发生钝化转变为危害较小的O型空洞;AZ31镁合金自阻加热时,电流通过促进晶界形核来诱发孪生变形,进而促进镁合金的孪晶超塑性。对比Si Cp/Al复合材料常规热成形和自阻加热成形试验结果发现,自由胀形试件的高径比由0.20提升到0.38,电流作用下,材料的塑性得到了较大的提高。对复合材料变形机制进行分析发现:电流会通过提高材料的扩散系数并产生电子风力来加速扩散蠕变和滑移速率。在垂直于电流方向的Si C颗粒尖角处会产生绕流现象,同时铝基体与Si C颗粒界面处自由电子聚集,导致Si C颗粒周围的铝基体温度较高,从试件断口上存在的絮状基体及流线可以推断,自阻加热成形过程中在界面处形成了一层液相薄层,使得铝基体与Si C颗粒之间的滑移运动变成了非牛顿流体的流动,因此有效的阻止了界面开裂,提高材料的变形能力并使得材料变形抗力降低。在AZ31镁合金自阻加热和变形过程中都发现了极性效应现象的存在,电流方向会对材料的加热温度分布、流动应力大小以及成形试件的宏观变形产生影响。分析结果表明,温度极性与帕尔贴效应有关,而变形过程中的极性是由电子风力引起的。本文通过对电子风力进行量化计算并将其导入到超塑成形有限元模拟过程中,验证了电子漂移运动在极性效应中的作用。
【关键词】：轻合金 Si Cp/Al复合材料 超塑成形 自阻加热 电致塑性效应 极性效应
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG301
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-44
• 1.1 课题背景及研究意义14-15
• 1.2 钛、镁、铝合金的超塑变形机理15-17
• 1.3 电流/电场在材料加工中的应用17-28
• 1.3.1 电流/电场在铸造加工中的应用17-18
• 1.3.2 电流/电场在焊接加工中的应用18-19
• 1.3.3 电流在粉末成形中的应用19-20
• 1.3.4 电流/电场在塑性加工中的应用20-28
• 1.4 电流/电场对金属塑性变形特点及机制的影响作用28-41
• 1.4.1 电流/电场对材料成形性能及组织演变的影响28-37
• 1.4.2 电流在材料变形过程中的作用机制的物理解释37-41
• 1.5 电流/电场辅助超塑变形41-42
• 1.5.1 电致超塑性效应41
• 1.5.2 电致超塑性效应在材料超塑成形工艺中的应用41-42
• 1.6 本文的主要研究内容42-44
• 第2章 材料及实验方法44-56
• 2.1 实验材料44-47
• 2.2 试验方法47-56
• 2.2.1 常规热拉伸试验设备47-48
• 2.2.2 自阻加热拉伸试验装置48-50
• 2.2.3 常规超塑成形试验装置50
• 2.2.4 自阻加热超塑成形试验装置50-52
• 2.2.5 自阻加热及超塑成形过程有限元模拟52-53
• 2.2.6 显微组织分析53-56
• 第3章 轻合金板材自阻加热超塑成形工艺56-72
• 3.1 引言56
• 3.2 轻合金自阻加热性能56-64
• 3.3 自阻加热超塑成形装置64-66
• 3.3.1 自阻加热胀形装置设计要求64
• 3.3.2 耐火浇注料成形模具制作64-66
• 3.4 板料自阻加热超塑气胀成形工艺流程66-71
• 3.4.1 自阻加热成形工艺参数的确定66-69
• 3.4.2 轻合金自阻加热超塑成形过程及工艺分析69-71
• 3.5 本章小结71-72
• 第4章 电流作用下轻合金板材的变形与微观组织演变特点72-99
• 4.1 引言72
• 4.2 电流对TA15钛合金变形特点的影响72-79
• 4.2.1 TA15钛合金自阻加热拉伸试验72-75
• 4.2.2 TA15钛合金自阻加热自由胀形试验75-79
• 4.3 电流对5083铝合金变形特点的影响79-95
• 4.3.1 5083铝合金自阻加热自由胀形试验79-80
• 4.3.2 电流对位错运动机制的影响作用80-86
• 4.3.3 电流对5083铝合金动态再结晶的影响86-88
• 4.3.4 电流对5083铝合金超塑变形过程中空洞行为的影响作用88-95
• 4.4 电流对AZ31镁合金变形特点的影响95-97
• 4.4.1 AZ31镁合金自阻加热自由胀形95
• 4.4.2 电流对AZ31镁合金孪生变形的影响95-97
• 4.5 本章小结97-99
• 第5章 电流作用下SiC_p/Al复合材料的变形与微观组织演变特点99-116
• 5.1 引言99
• 5.2 SiC_P/Al复合材料拉伸性能试验99-103
• 5.3 SiC_P/Al复合材料自阻加热自由胀形103-105
• 5.4 电流对Si Cp/Al复合材料变形微观机制的影响105-112
• 5.4.1 电流对SiC_p/Al复合材料扩散蠕变及滑移机制的影响作用105-106
• 5.4.2 电流对SiC_P/Al复合材料界面影响106-109
• 5.4.3 电流对SiC_P/Al复合材料空洞的影响109-111
• 5.4.4 电流对SiC_p/Al复合材料位错运动影响111-112
• 5.5 电流对不同轻合金及铝基复合材料变形机理影响作用比较112-114
• 5.6 本章小结114-116
• 第6章 板材自阻加热成形过程中的极性效应分析116-128
• 6.1 引言116
• 6.2 AZ31镁合金板材自阻加热过程极性效应分析116-118
• 6.3 AZ31镁合金板材自阻加热拉伸过程极性效应分析118-121
• 6.4 AZ31镁合金板材自阻加热自由胀形过程极性效应分析121-127
• 6.4.1 AZ31镁合金板材自阻加热自由胀形121-123
• 6.4.2 能量法计算电子风力123-124
• 6.4.3 考虑电子风力影响的自阻加热自由胀形模拟124-127
• 6.5 本章小结127-128
• 结论128-131
• 参考文献131-144
• 攻读学位期间发表的学术论文144-146
• 致谢146-147
• 个人简历147

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 本刊记者;;我国先进镁合金及镁制品创新基地和人才培养基地——轻合金精密成型国家工程研究中心[J];中国材料进展;2010年06期

2 ;第六届轻合金年会及情报网会议[J];轻合金加工技术;1982年02期

3 ;第六届轻合金年会及情报网会议[J];轻金属;1982年02期

4 杜明;;锂与轻合金[J];上海金属.有色分册;1983年02期

5 张君尧;;轻合金材料的研究发展动向[J];轻合金加工技术;1988年10期

6 郑伦金;;矿用轻合金材料的火花问题[J];煤矿机电;1991年05期

7 张景行;;轻合金在矿井中应用研究概况[J];煤矿机电;1993年01期

8 ;轻合金钻杆试验结果[J];探工零讯;1964年01期

9 郑伦金;;煤矿井下轻合金材料的火花问题[J];矿山机械;1990年12期

10 王祝堂;;前苏联轻合金研究所的粉末冶金研究[J];轻金属;1993年05期

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 郑开榜;国内首个轻合金基地正式落户重庆[N];中国有色金属报;2009年

2 余杭记者站 王丽娟　通讯员 汤锦泉;年产40万吨车用轻合金材料项目落户瓶窑[N];杭州日报;2011年

3 本报记者 李远明;我市着手打造轻合金产业集群[N];三明日报;2012年

4 黄河舟　本报记者 陈蜀庆;重庆开建国内首个轻合金产业基地[N];中国税务报;2009年

5 谢文哲 邹国童 黄健;轻合金精密成型国家工程研究中心落户爱尔思[N];中国有色金属报;2009年

6 记者王曾;上海交大轻合金精密成型国家工程研究中心与天旭轻合金公司战略合作签字仪式在我市举行[N];鄂尔多斯日报;2009年

7 刘冬博;上海交大轻合金研究中心与天旭公司签定战略合作[N];中国有色金属报;2009年

8 齐丁;新型轻合金迎来发展“黄金期”[N];中国冶金报;2012年

9 本报记者 潘廷祥;未来航材拓展轻合金发展空间[N];中国有色金属报;2014年

10 刘京青;中澳合建国际轻合金研究中心[N];中国有色金属报;2007年

  本文关键词：脉冲电流在轻合金超塑变形中的宏微观作用机制，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：276018