【摘要】：TC4鈦合金具有比強(qiáng)度高、高溫性能好、抗蝕能力強(qiáng)等優(yōu)良的綜合性能,在空天宇航、汽車、船建、電氣、能源、生物科技等領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛。然而TC4鈦合金室溫塑性差,在成形力的作用下容易引發(fā)開裂、回彈等一系列成形缺陷,使它的應(yīng)用受限。脈沖電流輔助成形工藝能夠有效降低成形力,提高TC4鈦合金的加工性能和成形質(zhì)量。本文以TC4鈦合金薄板為研究對象,系統(tǒng)地探討了脈沖電流對TC4鈦合金組織結(jié)構(gòu)以及性能的影響規(guī)律。修正經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系,建立了脈沖電流作用下TC4鈦合金的Hall-Petch關(guān)系,并得到了滿足“反Hall-Petch關(guān)系”的臨界電流密度9.07A/mm~2。建立了彈性模量隨脈沖電流密度變化的函數(shù)關(guān)系,分析計算得到塑性階段有關(guān)的模型參數(shù),從而建立了電脈沖作用下TC4鈦合金彈塑性流動應(yīng)力模型。利用單拉試驗得到脈沖電流處理前后預(yù)制缺陷TC4鈦合金的力學(xué)性能數(shù)據(jù),并從微觀角度分析處理前后內(nèi)部顯微缺陷和鈦合金基體組織的變化規(guī)律,結(jié)果表明:當(dāng)脈沖電流頻率從0升至140Hz時,TC4內(nèi)部孔洞體積分?jǐn)?shù)由2.18%下降至0.86%,屈服強(qiáng)度由928MPa提高到990MPa,抗拉強(qiáng)度由954MPa提升至998MPa,延伸率提高58.82%;當(dāng)脈沖電流頻率從140Hz升至160Hz時,內(nèi)部孔洞體積分?jǐn)?shù)反而增加,從0.86%增加至1.99%,而屈服強(qiáng)度從990MPa降到978MPa,抗拉強(qiáng)度也從998MPa下降到990MPa,延伸率下降35.19%。顯微孔洞體積分?jǐn)?shù)、位錯密度以及固溶效應(yīng)共同決定了預(yù)制缺陷TC4鈦合金的性能。通過鹽霧測試和微觀手段研究總結(jié)了不同參數(shù)的脈沖電流處理對于退火態(tài)TC4鈦合金腐蝕性能的影響規(guī)律,結(jié)果表明:TC4鈦合金的主要腐蝕方式為點腐蝕,隨著脈沖電流頻率、電壓、通電時間的增加,TC4鈦合金的腐蝕性能呈現(xiàn)出先變好后變差的趨勢,其中獲得最優(yōu)腐蝕性能的電脈沖參數(shù)為脈沖頻率200Hz,電壓50V,通電時間1min,在該條件下處理得到的TC4鈦合金腐蝕等級可達(dá)到9。
【圖文】：

圖 1-1 電脈沖條件對 CHWD 鋼裂紋擴(kuò)展的影響[42]（a）0ms；（b）100ms；（c）120ms；（d）140msFig.1-1 The influence of pulse current on cracks of CHWD steels早在 20 世紀(jì) 90 年代，就有學(xué)者[38,39]將電脈沖導(dǎo)入正在同步進(jìn)行疲勞測試晶 Cu、Ti，發(fā)現(xiàn)電脈沖可以提高材料的使用壽命。肖素紅等將脈沖電流導(dǎo)入變形后的單晶銅，發(fā)現(xiàn)由銅單晶的疲勞引起的位錯結(jié)構(gòu)會向胞狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，程度降低了疲勞損傷。Levitin 及其合作者[40]定量計算出脈沖電流處理后鈦合疲勞壽命，發(fā)現(xiàn)處理后的壽命是處理前的 1.5 倍。沈以赴等人[41]在電脈沖條

周亦胄等[43]在 45 號鋼中預(yù)先制備了一定量的淬火裂紋，，然后將高密度脈沖電流引入 45 號鋼，結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理后 45 號鋼的硬度并沒有降低，而強(qiáng)度和延伸率顯著提高，并通過掃描電鏡記錄了淬火裂紋在脈沖電流處理前后的變化，證實了脈沖電流可以有效壓合內(nèi)部裂紋，如圖 1-2 所示。白象忠等[44]通過宏微觀分析探討了脈沖電流引起的電磁熱對于鋼止裂能力的影響，發(fā)現(xiàn)脈沖電流匯集在裂紋尖端可以在尖端表面形成一層硬度高、耐磨性好的白亮層，這個白亮層顯著阻礙裂紋擴(kuò)展。Cai 等[45]在具有裂紋缺陷的載流板中觀察了由電流和磁場作用下裂紋尖端的應(yīng)力情況，得到了電流焦耳熱會有效抑制裂紋擴(kuò)展，而磁場力卻會加速裂紋擴(kuò)展的速率。汪青杰等[46]通過研究得到電磁應(yīng)力的方向是從裂紋尖端指向裂紋內(nèi)部，因此電磁應(yīng)力能有效止裂。張洪潮課題組[47]研究發(fā)現(xiàn)脈沖電流能有效鈍化內(nèi)部裂紋的尖端部分，使尖端部分的曲率變大。Qin 等[48]利用熱力學(xué)方法定量分析了電脈沖與裂紋治愈力的數(shù)學(xué)關(guān)系，推導(dǎo)出了彌合驅(qū)動力與彈性模量、電流密度、裂紋形貌和材料尺寸的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并計算了促使裂紋彌合的電流密度臨界值。Song等[49]對含有裂紋的 TC4 進(jìn)行電脈沖處理，發(fā)現(xiàn)電脈沖能有效降低位錯密度，降低塑性變形累積損傷，一定程度彌合內(nèi)部微裂紋。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23;V25

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄧德偉;劉倩倩;牛婷婷;張洪潮;;脈沖電流對奧氏體不銹鋼止裂效果的影響[J];熱加工工藝;2015年16期

2 解煥陽;王倩;彭芳;劉凱;董湘懷;王建峰;;單向拉伸試驗研究AZ31B鎂合金板材的電塑性效應(yīng)（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年08期

3 楊亮;魏承煬;雷力明;李臻熙;李賽毅;;兩相鈦合金再結(jié)晶退火組織與織構(gòu)演變的蒙特卡羅模擬[J];物理學(xué)報;2013年18期

4 張洪潮;于靜;郝勝智;彭艷芳;;電磁場的熱效應(yīng)在再制造毛坯裂紋止裂中的應(yīng)用[J];機(jī)械工程學(xué)報;2013年07期

5 劉楊;王磊;馮飛;何思斯;冀欣;張北江;趙光普;;脈沖電流處理對GH3044合金組織及腐蝕行為的影響[J];鋼鐵研究學(xué)報;2011年S2期

6 王永哲;張鵬;田琳;;熱處理制度對TC4小棒材組織和性能的影響[J];中國有色金屬學(xué)報;2010年S1期

7 王少楠;唐國翌;徐卓輝;信運昌;官磊;;電軋AZ31鎂合金在模擬海水中腐蝕行為研究[J];材料科學(xué)與工藝;2010年03期

8 肖素紅;韓恩厚;郭敬東;;脈沖電流處理對X70管線鋼腐蝕性能的影響[J];材料研究學(xué)報;2006年01期

9 汪青杰,高明,陳皓;導(dǎo)電薄板內(nèi)裂紋尖端區(qū)域的電磁應(yīng)力[J];材料科學(xué)與工藝;2005年02期

10 劉瑩,曲周德,王本賢;鈦合金TC4的研究開發(fā)與應(yīng)用[J];兵器材料科學(xué)與工程;2005年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 解煥陽;鎂合金及先進(jìn)高強(qiáng)鋼電脈沖輔助塑性成形性能研究[D];上海交通大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙達(dá);電塑性效應(yīng)對AZ31鎂合金流動應(yīng)力的影響[D];上海交通大學(xué);2013年

2 王少楠;電脈沖對AZ31鎂合金沖壓性能和腐蝕性能的影響[D];清華大學(xué);2009年

本文編號：2706930