電流對金屬合金力學性能的影響及機理研究.pdf

1、在金屬材料的塑性成形過程中通入電流，能夠顯著地提高金屬材料的延伸率，降低流動應力。根據(jù)這一特點，開發(fā)出的電輔助成形技術以高效節(jié)能的特點逐漸受到工業(yè)界和學術界的重視，具有廣闊的發(fā)展前景。電流對金屬材料性能的影響主要由兩方面要素引起:一方面是電流產(chǎn)生的焦耳熱影響材料的熱力學性能;另一方面則是電流本身在不考慮溫度作用的情況下亦能夠引起材料應力下降和伸長率提高。后者被稱為純電致塑性效應，對該方向的研究在相關領域內存在爭議，部分學者認為并沒有電致

2、塑性效應的存在，僅僅是溫度本身的作用引起材料力學性能發(fā)生改變。
　　為了更加深入地研究電流對金屬材料的影響，本文建立了一套新型電輔助拉伸測試系統(tǒng)，提出了一種新的對比試驗方法，研究電流對金屬材料的焦耳熱效應和純電致塑性效應的影響。本文完成的主要研究工作包括:
　　(1)設計開展了連續(xù)電流作用下的電輔助拉伸試驗，研究了電流密度、晶粒尺寸和流動應力之間的影響關系。和相同溫度下的熱輔助拉伸試驗結果相比，電流誘導下的金屬材料產(chǎn)生更低的

3、應力，并且流動應力隨著電流密度的增加而進一步降低。通過對不同晶粒尺寸的銅合金進行對比試驗，發(fā)現(xiàn)晶粒尺寸越小，流動應力越高，電流引起的流動應力幅值下降越大;對于鋁合金的試驗結果表明，隨著電流密度的增加，通電引起的應變率敏感指數(shù)值由負值變?yōu)檎挡⒊掷m(xù)上升，并且電流引起的應變率敏感指數(shù)值顯著高于溫度引起的指數(shù)值。同時，將電流對鋁合金塑性失穩(wěn)效應(PLC效應)的影響和相同溫度下的應力曲線比較，可以得出電流有助于消除鋁合金的鋸齒流變的結論。

4、>　　(2)設計開展了脈沖電流作用下的電輔助拉伸試驗，研究了相同溫度峰值下不同脈沖電流密度和流動應力之間的關系。研究結果表明，脈沖電流產(chǎn)生的峰值溫度引起銅合金產(chǎn)生應力回復;當峰值溫度高于600℃時，應力回復值與初始屈服應力值接近。鋁合金的試驗結果揭示，在產(chǎn)生相同溫度的條件下，隨著脈沖電流密度的增加，雖然最大應力值不會產(chǎn)生較大波動，但是脈沖電流會引起瞬時應力幅值將下降，并且伸長率顯著增加。這說明了電流對金屬材料有額外的作用。
　　(

5、3)建立了電輔助成形中適用于多種材料的熱效應模型。考慮連續(xù)電流作用的焦耳熱效應，建立與材料熔點相關的熱軟化參數(shù)和歸一化電流密度之間的關系。根據(jù)適用于多種材料的熱軟化模型，得到不同材料的電流密度敏感系數(shù)，并有效解釋了金屬材料成形中的電流密度閾值。此外，建立了脈沖電流中金屬材料應力幅值瞬時下降的預測模型，綜合考慮電流產(chǎn)生的焦耳熱效應和材料本身的應變強化作用，模擬整個拉伸區(qū)間的應力幅值下降，與試驗結果吻合。
　　(4)揭示了金屬材料在連

6、續(xù)電流和脈沖電流中的微觀組織演變規(guī)律，包括晶粒尺寸、晶界效應、動態(tài)再結晶和空洞長大等。高電流密度下的連續(xù)電流拉伸試驗結果顯示，晶界區(qū)域出現(xiàn)空洞和熔融現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是由電流產(chǎn)生的不均勻焦耳熱和應變誘導的晶界熔化產(chǎn)生。銅合金在拉伸過程中發(fā)生動態(tài)再結晶，并在斷裂區(qū)域出現(xiàn)疑似等軸鑄態(tài)組織和粗大樹枝態(tài)組織。此外，電流有助于抑制鋁合金鋸齒流變的產(chǎn)生，是由電流在沉積物附近團聚并促進沉積物的擴散引起的。
　　(5)最后，本文提出了一種基于新型表面