【摘要】：2024鋁合金為常見的硬鋁之一,該合金在工業(yè)生產(chǎn)中使用量大,進(jìn)一步改善其加工方法并提高力學(xué)性能有助于拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)本課題組前期在2024鋁合金中觀察到的電磁場改善材料塑性的現(xiàn)象,分析材料塑性變形能力提高歸因于微觀尺度上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng),從量子尺度上分析是歸因于物理場處理后位錯(cuò)和釘扎中心間自由基對中自由電子的行為受到了物理場參數(shù)的影響。本文借助電子拉伸、電子順磁共振波譜儀、X射線衍射和透射電鏡等方法,探索了單獨(dú)磁場、單獨(dú)電場以及電磁耦合場輔助拉伸條件下不同參數(shù)對2024鋁合金力學(xué)性能和微觀組織及機(jī)制的影響,意在研究電磁場對合金塑性變形過程的影響。具體研究成果如下:(1)單獨(dú)磁場輔助拉伸實(shí)驗(yàn)是在不同磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)和脈沖數(shù)(N)條件下拉伸2024鋁合金,結(jié)果顯示:磁場輔助拉伸合金的力學(xué)性能普遍得到了改善,在B=1T、N=30時(shí)綜合力學(xué)性能達(dá)到最佳,此時(shí)材料的抗拉強(qiáng)度為441MPa,延伸率為16.80%,較無電磁場拉伸的空白樣提高了4.5%和21.1%,未成對電子數(shù)是空白樣的4.54倍。從磁場作用機(jī)制看,因磁場能量滿足電子激發(fā)條件,促使未成對電子濃度增高,未成對電子來自位錯(cuò)和合金相等位錯(cuò)釘扎中心,含有這些未成對電子的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成自由基對,在磁場作用下自由基對發(fā)生從單線態(tài)S→激發(fā)態(tài)S*→三重態(tài)T的轉(zhuǎn)化,相應(yīng)的位錯(cuò)和釘扎中心結(jié)合強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)?有助于位錯(cuò)退釘扎和塑性提高,宏觀上即表現(xiàn)為磁致塑性效應(yīng)。(2)單獨(dú)電場輔助拉伸實(shí)驗(yàn)是在不同電流強(qiáng)度(I)條件下拉伸2024鋁合金,結(jié)果顯示:電場輔助拉伸合金的力學(xué)性能普遍得以改善,在I=0.8A時(shí)達(dá)到了最佳。此時(shí)材料的抗拉強(qiáng)度為438MPa,延伸率為15.88%,較空白樣增幅3.8%和14.5%,未成對的電子數(shù)是空白樣的7.06倍。從電場作用機(jī)制看,材料內(nèi)部由于電子風(fēng)的作用,加快了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)速度,打開了位錯(cuò)之間的相互纏結(jié),克服了滑移系的障礙,從而提高了合金的塑性,宏觀上表現(xiàn)為電致塑性效應(yīng)。(3)對于電磁耦合場輔助拉伸實(shí)驗(yàn),是固定磁場優(yōu)化參數(shù)B=1T、N=30,在不同的電流強(qiáng)度(I)條件下拉伸2024鋁合金,結(jié)果顯示:電磁耦合場輔助拉伸合金的力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高,在B=1T、N=30、I=2.4A時(shí)達(dá)到最佳。此時(shí)材料的抗拉強(qiáng)度為442MPa,延伸率為16.95%,較空白樣增幅4.7%和22.2%,未成對的電子數(shù)是空白樣的3倍。經(jīng)電磁耦合場處理后材料內(nèi)部同時(shí)發(fā)生磁致塑性效應(yīng)和電致塑性效應(yīng),提高了材料的綜合力學(xué)性能。(4)三種物理場輔助拉伸試樣的力學(xué)性能都有不同程度的變化,電磁耦合場輔助拉伸試樣的力學(xué)性能改善效果最好,磁場次之,電場較弱。磁場和電場的極化作用激發(fā)了未成對的自由電子,基于電子風(fēng)和電子云理論認(rèn)為高濃度自由電子有助于塑性提高。磁場的作用更在于促進(jìn)了自由基對狀態(tài)的改變,有助于位錯(cuò)退釘扎,在拉應(yīng)力作用下位錯(cuò)克服障礙且運(yùn)動(dòng)能力增加,位錯(cuò)增殖的同時(shí)可動(dòng)位錯(cuò)密度提高,且位錯(cuò)團(tuán)簇和纏結(jié)現(xiàn)象少,位錯(cuò)分布均勻,有利于塑性提高;而電場電流僅是借助電子風(fēng)提高位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能力,塑性提升效果弱于磁場作用。電磁場作用下,磁場和電場的極化作用都受到了抑制,但基于磁場和電場對位錯(cuò)行為和特征的綜合作用優(yōu)勢,材料塑性和強(qiáng)度達(dá)到了最高。綜合以上認(rèn)為:在2024鋁合金塑性變形輔以磁場、電場和電磁場后有助于改善材料力學(xué)性能,表現(xiàn)為小幅提高強(qiáng)度的同時(shí)大幅提高延伸率,即實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌性同步提高。電磁場作用在于提高了未成對電子數(shù),增加了可動(dòng)位錯(cuò)數(shù),促進(jìn)了位錯(cuò)分布均勻等。有理由認(rèn)為本文所采用研究思路具有一定創(chuàng)新性,研究成果具有理論和應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文第一章 緒論1.1 鋁合金及物理場改性研究1.1.1 關(guān)于 2024 鋁合金鋁合金根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類，按照其生產(chǎn)工藝和成分不同可分為鑄造鋁合金和加工鋁合金[1,2]，又各自分為兩類，分別是非熱處理鋁合金和熱處理鋁合金，如圖 1.1。

2024 鋁合金的應(yīng)用(a)飛機(jī)部件；(b)鍛造部件；(c)切削構(gòu)件；(d)車輛構(gòu)plication of 2024 aluminum alloy (a) aircraft components;(b) forged componcutting components;(d) vehicle components物理場改性研究進(jìn)展料科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各種物理場包括磁場、電場、微波場應(yīng)用到新材料的開發(fā)和設(shè)計(jì)領(lǐng)域，，推動(dòng)了社會(huì)文明的進(jìn)步。在過程中施加物理場后，可以通過改善材料的組織來影響其性能縮短化學(xué)反應(yīng)時(shí)間、細(xì)化材料晶粒組織、優(yōu)化相變過程、提高在諸多物理場中，電磁場因其高效能、高效率、低污染、低成，將電磁場用于鋁合金及其復(fù)合材料的改性研究已經(jīng)有了多年件下電磁場能改善鋁合金的組織和性能是公認(rèn)的研究結(jié)論，但場對材料內(nèi)部的影響機(jī)制多年來一直是材料學(xué)者的重要任務(wù)，
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21

【參考文獻(xiàn)】

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3 李少波;殷春浩;徐振坤;李佩欣;吳彩平;馮銘揚(yáng);;基于電子順磁共振的鍶鐵氧體磁特性研究[J];物理學(xué)報(bào);2015年10期

4 王宏明;李沛思;鄭瑞;李桂榮;袁雪婷;;強(qiáng)脈沖磁場沖擊處理對鋁基復(fù)合材料塑性的影響機(jī)制[J];物理學(xué)報(bào);2015年08期

5 張新明;鄧運(yùn)來;張勇;;高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展及其材料的制備加工技術(shù)[J];金屬學(xué)報(bào);2015年03期

6 龐勃;;淺析金屬的塑性變形的特點(diǎn)[J];科技風(fēng);2015年03期

7 李桂榮;王宏明;袁雪婷;蔡云;;脈沖磁場處理顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的組織演變[J];材料研究學(xué)報(bào);2013年04期

8 彭書華;楊俊杰;李堯;;電致塑性效應(yīng)機(jī)制研究及其展望[J];江漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年02期

9 徐嚴(yán)謹(jǐn);蘇彥慶;駱良順;劉江平;陳暉;郭景杰;傅恒志;;磁場在材料凝固技術(shù)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J];稀有金屬材料與工程;2012年03期

10 盧景栶;劉揚(yáng);;中國電子順磁共振(EPR)發(fā)展50年回顧[J];波譜學(xué)雜志;2011年04期

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2 劉兵;靜電場對鋁合金的作用效應(yīng)與機(jī)制[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

本文編號：2672690