【摘要】：2024鋁合金屬于Al-Cu-Mg系的鋁合金,是一種高強度硬鋁,廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但目前在提高其塑性變形能力方面面臨著很大的挑戰(zhàn)。本文基于磁致塑性效應(yīng)和電致塑性效應(yīng),開展脈沖強磁場和電場及電磁耦合場拉伸實驗,研究電磁物理場對合金塑性變形過程和變形能力的影響。借助金相、掃描電鏡、透射電鏡、背散射(EBSD)、X射線衍射(XRD)、力學性能等材料檢測設(shè)備與技術(shù),探究不同脈沖磁感應(yīng)強度和脈沖數(shù)、不同電流強度及電磁場耦合參數(shù)下對2024鋁合金組織和性能的影響,著重研究磁場拉伸對2024鋁合金微觀組織的影響,分析磁場對合金塑變能力的改善效果。本文取得的研究成果主要包括以下四個方面:(1)脈沖磁場拉伸實驗結(jié)果表明:脈沖數(shù)一定時(N=30),材料的抗拉強度和延伸率隨著磁感應(yīng)強度的增強而同步增強,在B=1T時達到最優(yōu)值,材料的抗拉強度σ_b=425MPa和延伸率δ=14.7%,相比于初始樣分別提高了3.7%和13.1%;磁感應(yīng)強度一定時(B=1T),當N=30時,材料的抗拉強度和延伸率同步達到最大值,優(yōu)化出最佳的磁場拉伸參數(shù)B~*=1T,N~*=30;從微觀組織來看,B從0.5T增加到1T和N從0增加到30時,隨著磁感應(yīng)強度和脈沖數(shù)的增加,位錯密度增加,位錯強化導致抗拉強度增強,低場強和低脈沖數(shù)下,磁場使位錯組織趨于有序化,促使材料的塑性提高;當B1T和N30時,磁場拉伸下材料的位錯有序化效果降低,位錯出現(xiàn)塞積,導致材料的性能下降。(2)電場拉伸實驗中,電流取值為1.2A,1.6A,2.0A,2.4A和2.8A,實驗結(jié)果表明:試樣的平均抗拉強度為411MPa,較空白樣的410MPa相比,變化不大,平均延伸率為14.3%,較空白試樣的13%提高了10%;當I=1.6A時,達到了最大的延伸率15.3%,比空白樣的13%提高了17.7%,同時抗拉強度保持在410MPa,最優(yōu)的電場參數(shù)為I~*=1.6A;電磁耦合場拉伸實驗中,磁場強度固定為1T,電流取值和單獨電場拉伸時相同,試樣的平均抗拉強度為419MPa,較空白樣的410MPa相比提高了2.2%,平均延伸率為15.3%,較空白試樣的13%提高了17.7%;電磁耦合場拉伸與單獨電場拉伸相比,平均抗拉強度和延伸率都有所提高,分別提高1.9%和7.0%;當B=1T,I=1.6A時,延伸率達到最大值16.6%,提高了27.7%,抗拉強度也略有提高,達到413MPa,得到最優(yōu)的電磁場耦合參數(shù)B~*=1T,I~*=1.6A。(3)由于磁致塑性效應(yīng),材料的位錯密度在脈沖磁場的作用下會提高,同時減少位錯形核所需的能量、加強位錯運動并促進材料內(nèi)部應(yīng)力得到釋放;拉伸過程中,當B~*=1T,N~*=30時,磁致塑性效應(yīng)在脈沖磁場的刺激下發(fā)揮積極的效應(yīng),位錯的塞積化得到有效改善;位于析出相(障礙)和位錯間的自由基對在脈沖磁場的刺激下會加速從單線態(tài)(S態(tài))向三線態(tài)(T態(tài))轉(zhuǎn)換,降低了障礙與位錯間的自由能,導致位錯運動的加強;根據(jù)第一性原理,材料中主要強化析出相θ(Al_2Cu)相的磁性呈順磁性,有助于發(fā)揮磁致塑性效應(yīng)。(4)材料經(jīng)電場拉伸作用后,動態(tài)再結(jié)晶形核率提高,晶核的長大速率降低,導致完全再結(jié)晶的晶粒尺寸減小,起到了細晶強化的作用;斷口附近的位錯密度顯著降低,位錯的纏結(jié)現(xiàn)象降低,塑性變形的均勻性得到提高,同時降低應(yīng)力集中的形成,材料塑性得到改善;電磁耦合場拉伸試樣后,試樣的力學性能與單獨磁場和單獨電場拉伸相比,進一步提高,其作用機制包括了磁致塑性效應(yīng)和電致塑性效應(yīng),這方面的研究有待進一步的深入。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.21

【參考文獻】

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本文編號：2534952