脈沖電流在輕合金超塑變形中的宏微觀作用機制.pdf

1、自阻加熱成形技術(shù)以高效節(jié)能的特點逐漸受到各國學(xué)者的關(guān)注，并已應(yīng)用到材料加工領(lǐng)域的許多工藝過程中。超塑成形技術(shù)由于其成形溫度高、成形速率低，在民品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用一直受到限制，本文試圖將自阻加熱技術(shù)引入到超塑脹形過程中來提高成形效率、降低能耗。同時，通過分析電流對金屬變形機制的影響作用，利用電致塑性效應(yīng)、電致超塑性效應(yīng)、止裂效應(yīng)、組織改善效應(yīng)等來提高材料的成形性能、降低工藝要求、改善成形零件質(zhì)量。
　　由于不同材料的電熱性能和成形性能存

2、在很大差別，本文選擇三種典型輕合金材料（TA15鈦合金、5083鋁合金、AZ31鎂合金）和一種復(fù)合材料（SiCp/Al）對其自阻加熱性能進行測試，確定成形工藝參數(shù)，并研制了電加熱超塑成形裝置，選擇耐火澆注料制作模具來滿足工藝的絕緣性要求。合理設(shè)計工藝流程，成形了不同輕合金試件。結(jié)果表明，電流的引入不僅縮短了成形時間，大幅度降低了能耗，而且由于升溫和降溫速度快，高溫成形試件表面氧化也得到了一定程度的抑制。
　　由于材料的變形過程是在

3、有電流通過的情況下完成的，其變形特點也會受到電流的影響，通過對比三種輕合金常規(guī)脹形和自阻加熱脹形發(fā)現(xiàn)：電流可以提高材料的塑性，降低流動應(yīng)力，在自阻加熱成形過程中，由于變形引起板材厚度變化，會導(dǎo)致減薄區(qū)局部溫度偏高，成形試件壁厚分布均勻性變差。為揭示電流作用下材料變形機制，對三種輕合金的顯微組織進行觀察分析，結(jié)果表明，電流改善材料的塑性原因是通過降低位錯激活能和產(chǎn)生附加電子風(fēng)力來加速位錯的滑移和攀移，減小位錯纏結(jié)，提高位錯的可動性。TA1

4、5鈦合金在超塑變形過程中發(fā)生相變，電流會使最終成形試件組織的晶粒取向表現(xiàn)出方向性；5083鋁合金自阻加熱變形后再結(jié)晶組織明顯細(xì)化，危害較大的V型空洞發(fā)生鈍化轉(zhuǎn)變?yōu)槲：^小的O型空洞；AZ31鎂合金自阻加熱時，電流通過促進晶界形核來誘發(fā)孿生變形，進而促進鎂合金的孿晶超塑性。
　　對比SiCp/Al復(fù)合材料常規(guī)熱成形和自阻加熱成形試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自由脹形試件的高徑比由0.20提升到0.38，電流作用下，材料的塑性得到了較大的提高。對復(fù)合

5、材料變形機制進行分析發(fā)現(xiàn)：電流會通過提高材料的擴散系數(shù)并產(chǎn)生電子風(fēng)力來加速擴散蠕變和滑移速率。在垂直于電流方向的SiC顆粒尖角處會產(chǎn)生繞流現(xiàn)象，同時鋁基體與SiC顆粒界面處自由電子聚集，導(dǎo)致SiC顆粒周圍的鋁基體溫度較高，從試件斷口上存在的絮狀基體及流線可以推斷，自阻加熱成形過程中在界面處形成了一層液相薄層，使得鋁基體與SiC顆粒之間的滑移運動變成了非牛頓流體的流動，因此有效的阻止了界面開裂，提高材料的變形能力并使得材料變形抗力降低。<