本文關(guān)鍵詞：脈沖電流在輕合金超塑變形中的宏微觀作用機(jī)制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自阻加熱成形技術(shù)以高效節(jié)能的特點(diǎn)逐漸受到各國(guó)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(guò)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(guò)程中來(lái)提高成形效率、降低能耗。同時(shí),通過(guò)分析電流對(duì)金屬變形機(jī)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(lái)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(Si Cp/Al)對(duì)其自阻加熱性能進(jìn)行測(cè)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(lái)滿足工藝的絕緣性要求。合理設(shè)計(jì)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(shí)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(guò)程是在有電流通過(guò)的情況下完成的,其變形特點(diǎn)也會(huì)受到電流的影響,通過(guò)對(duì)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(dòng)應(yīng)力,在自阻加熱成形過(guò)程中,由于變形引起板材厚度變化,會(huì)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(jī)制,對(duì)三種輕合金的顯微組織進(jìn)行觀察分析,結(jié)果表明,電流改善材料的塑性原因是通過(guò)降低位錯(cuò)激活能和產(chǎn)生附加電子風(fēng)力來(lái)加速位錯(cuò)的滑移和攀移,減小位錯(cuò)纏結(jié),提高位錯(cuò)的可動(dòng)性。TA15鈦合金在超塑變形過(guò)程中發(fā)生相變,電流會(huì)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(shí),電流通過(guò)促進(jìn)晶界形核來(lái)誘發(fā)孿生變形,進(jìn)而促進(jìn)鎂合金的孿晶超塑性。對(duì)比Si Cp/Al復(fù)合材料常規(guī)熱成形和自阻加熱成形試驗(yàn)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(duì)復(fù)合材料變形機(jī)制進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):電流會(huì)通過(guò)提高材料的擴(kuò)散系數(shù)并產(chǎn)生電子風(fēng)力來(lái)加速擴(kuò)散蠕變和滑移速率。在垂直于電流方向的Si C顆粒尖角處會(huì)產(chǎn)生繞流現(xiàn)象,同時(shí)鋁基體與Si C顆粒界面處自由電子聚集,導(dǎo)致Si C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(guò)程中在界面處形成了一層液相薄層,使得鋁基體與Si C顆粒之間的滑移運(yùn)動(dòng)變成了非牛頓流體的流動(dòng),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。在AZ31鎂合金自阻加熱和變形過(guò)程中都發(fā)現(xiàn)了極性效應(yīng)現(xiàn)象的存在,電流方向會(huì)對(duì)材料的加熱溫度分布、流動(dòng)應(yīng)力大小以及成形試件的宏觀變形產(chǎn)生影響。分析結(jié)果表明,溫度極性與帕爾貼效應(yīng)有關(guān),而變形過(guò)程中的極性是由電子風(fēng)力引起的。本文通過(guò)對(duì)電子風(fēng)力進(jìn)行量化計(jì)算并將其導(dǎo)入到超塑成形有限元模擬過(guò)程中,驗(yàn)證了電子漂移運(yùn)動(dòng)在極性效應(yīng)中的作用。
【關(guān)鍵詞】：輕合金 Si Cp/Al復(fù)合材料 超塑成形 自阻加熱 電致塑性效應(yīng) 極性效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG301
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-44
• 1.1 課題背景及研究意義14-15
• 1.2 鈦、鎂、鋁合金的超塑變形機(jī)理15-17
• 1.3 電流/電場(chǎng)在材料加工中的應(yīng)用17-28
• 1.3.1 電流/電場(chǎng)在鑄造加工中的應(yīng)用17-18
• 1.3.2 電流/電場(chǎng)在焊接加工中的應(yīng)用18-19
• 1.3.3 電流在粉末成形中的應(yīng)用19-20
• 1.3.4 電流/電場(chǎng)在塑性加工中的應(yīng)用20-28
• 1.4 電流/電場(chǎng)對(duì)金屬塑性變形特點(diǎn)及機(jī)制的影響作用28-41
• 1.4.1 電流/電場(chǎng)對(duì)材料成形性能及組織演變的影響28-37
• 1.4.2 電流在材料變形過(guò)程中的作用機(jī)制的物理解釋37-41
• 1.5 電流/電場(chǎng)輔助超塑變形41-42
• 1.5.1 電致超塑性效應(yīng)41
• 1.5.2 電致超塑性效應(yīng)在材料超塑成形工藝中的應(yīng)用41-42
• 1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容42-44
• 第2章 材料及實(shí)驗(yàn)方法44-56
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料44-47
• 2.2 試驗(yàn)方法47-56
• 2.2.1 常規(guī)熱拉伸試驗(yàn)設(shè)備47-48
• 2.2.2 自阻加熱拉伸試驗(yàn)裝置48-50
• 2.2.3 常規(guī)超塑成形試驗(yàn)裝置50
• 2.2.4 自阻加熱超塑成形試驗(yàn)裝置50-52
• 2.2.5 自阻加熱及超塑成形過(guò)程有限元模擬52-53
• 2.2.6 顯微組織分析53-56
• 第3章 輕合金板材自阻加熱超塑成形工藝56-72
• 3.1 引言56
• 3.2 輕合金自阻加熱性能56-64
• 3.3 自阻加熱超塑成形裝置64-66
• 3.3.1 自阻加熱脹形裝置設(shè)計(jì)要求64
• 3.3.2 耐火澆注料成形模具制作64-66
• 3.4 板料自阻加熱超塑氣脹成形工藝流程66-71
• 3.4.1 自阻加熱成形工藝參數(shù)的確定66-69
• 3.4.2 輕合金自阻加熱超塑成形過(guò)程及工藝分析69-71
• 3.5 本章小結(jié)71-72
• 第4章 電流作用下輕合金板材的變形與微觀組織演變特點(diǎn)72-99
• 4.1 引言72
• 4.2 電流對(duì)TA15鈦合金變形特點(diǎn)的影響72-79
• 4.2.1 TA15鈦合金自阻加熱拉伸試驗(yàn)72-75
• 4.2.2 TA15鈦合金自阻加熱自由脹形試驗(yàn)75-79
• 4.3 電流對(duì)5083鋁合金變形特點(diǎn)的影響79-95
• 4.3.1 5083鋁合金自阻加熱自由脹形試驗(yàn)79-80
• 4.3.2 電流對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)機(jī)制的影響作用80-86
• 4.3.3 電流對(duì)5083鋁合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響86-88
• 4.3.4 電流對(duì)5083鋁合金超塑變形過(guò)程中空洞行為的影響作用88-95
• 4.4 電流對(duì)AZ31鎂合金變形特點(diǎn)的影響95-97
• 4.4.1 AZ31鎂合金自阻加熱自由脹形95
• 4.4.2 電流對(duì)AZ31鎂合金孿生變形的影響95-97
• 4.5 本章小結(jié)97-99
• 第5章 電流作用下SiC_p/Al復(fù)合材料的變形與微觀組織演變特點(diǎn)99-116
• 5.1 引言99
• 5.2 SiC_P/Al復(fù)合材料拉伸性能試驗(yàn)99-103
• 5.3 SiC_P/Al復(fù)合材料自阻加熱自由脹形103-105
• 5.4 電流對(duì)Si Cp/Al復(fù)合材料變形微觀機(jī)制的影響105-112
• 5.4.1 電流對(duì)SiC_p/Al復(fù)合材料擴(kuò)散蠕變及滑移機(jī)制的影響作用105-106
• 5.4.2 電流對(duì)SiC_P/Al復(fù)合材料界面影響106-109
• 5.4.3 電流對(duì)SiC_P/Al復(fù)合材料空洞的影響109-111
• 5.4.4 電流對(duì)SiC_p/Al復(fù)合材料位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)影響111-112
• 5.5 電流對(duì)不同輕合金及鋁基復(fù)合材料變形機(jī)理影響作用比較112-114
• 5.6 本章小結(jié)114-116
• 第6章 板材自阻加熱成形過(guò)程中的極性效應(yīng)分析116-128
• 6.1 引言116
• 6.2 AZ31鎂合金板材自阻加熱過(guò)程極性效應(yīng)分析116-118
• 6.3 AZ31鎂合金板材自阻加熱拉伸過(guò)程極性效應(yīng)分析118-121
• 6.4 AZ31鎂合金板材自阻加熱自由脹形過(guò)程極性效應(yīng)分析121-127
• 6.4.1 AZ31鎂合金板材自阻加熱自由脹形121-123
• 6.4.2 能量法計(jì)算電子風(fēng)力123-124
• 6.4.3 考慮電子風(fēng)力影響的自阻加熱自由脹形模擬124-127
• 6.5 本章小結(jié)127-128
• 結(jié)論128-131
• 參考文獻(xiàn)131-144
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文144-146
• 致謝146-147
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷147

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