张锦[1]2000年在《电塑性效应在拔丝工艺中的应用及微观机理分析》文中指出本文论述了在模拟常规拔丝生产工艺路线上引入脉冲电流后对材料的拔制应力、力学性能、微观结构以及电磁性能的影响。本实验使用的拔丝装置为自行设计的拔丝机，使用的脉冲发生器可以产生频率为0～1000Hz的脉冲电流（103～105A/cm2，脉冲宽度约20ms）。实验中使用了三种材料：1Cr18Ni9、17-6Mn以及4J42合金。实验发现，在材料的拔制过程中引入脉冲电流后，拔制力出现大幅度的降低，最大可以降低50％。相应地，材料的力学性能也出现变化，加电拔制材料的塑性得到了显著的提高：其抗拉强度sb降低，延伸率d(%)升高，这就是所谓的"电塑性效应"。微观结构分析表明：加电拔制材料的表面质量比未加电试样好，未加电试样表面的裂纹较多并且较长，而加电试样的裂纹少且短并且有愈合的倾向；未加电拔制试样的滑移线较多，而加电试样的滑移线少，加工硬化的程度不如未加电试样大。织构分析表明，拔制过程中形成的主要是[111]方向的织构。透射电镜分析发现，未加电拔制试样中有大量奥氏体孪晶和形变诱发马氏体形成，而加电拔制试样的奥氏体孪晶和形变马氏体板条很少。X光分析发现，变形过程中形成的马氏体并不多。此外，对电学性能和磁学性能的分析表明：加电试样的电阻率比未加电试样降低约10％左右；加电试样的磁学性能参数如磁饱和强度Bs和剩余磁场强度Br比未加电的试样降低约2个数量级。由于马氏体是铁磁性相而奥氏体是顺磁性相，因此，磁性能参数的变化进一步证实：在加电拔制的过程中，脉冲电流的引入可以抑制形变诱发马氏体的形成。实验还发现：加电试样的矫顽力Hc随变形量的增大而逐渐升高，而未加电试样的矫顽力则相应有一定程度的降低。
刘周同[2]2011年在《电塑性拔丝加电装置设计的理论分析及数值模拟》文中认为电塑性效应是高密度电流流经正在发生塑性变形的材料时出现材料塑性明显增大、同时变形抗力迅速减小的一种现象。电塑性拔丝即在丝材的拉拔过程中利用电塑性效应,这样可以有效的降低拉拔力、延长拔丝模具的使用寿命、改善丝材成品的表面质量、提高丝材成品的力学性能,并能有效的减小对环境的污染和降低能耗。电塑性拔丝技术由于以上及其它众多优点,具有非常广阔的应用前景。本论文简要介绍了国内外电塑性效应及电塑性拔丝技术的研究历史及现状,指出目前电塑性拔丝技术研究的薄弱之处在于对加电装置设计时存在的问题缺乏必要的了解。因此,对涉及电塑性拔丝加电装置设计过程的各种问题进行研究,是本论文的主要目的和主要工作内容。通过理论分析,概括提出了进行电塑性拔丝加电装置的设计所要遵循的三点基本原则:实现电塑性效应的最大化、能量消耗的最小化以及丝材成品质量的最优化。经过对以上三点基本原则的详细分析和讨论,提出了在进行电塑性拔丝加电装置的设计时电极位置、电极模具间距和电极丝材接触方式的确定准则。借助于有限元分析软件ANSYS和MARC,采用数值模拟的方法分别研究了电塑性拔丝时电极及丝材上的电流场和温度场。对电流场结果进行分析,研究了影响电极模具间距及电极丝材接触面上电流集中程度的各项因素;对温度场结果进行分析,研究了不同电极模具间距时丝材上的最大温升情况。最后,通过对以上理论分析和数值模拟结果进行总结,给出了进行电塑性拔丝加电装置设计时所应该遵守的若干准则,并最终提出了一种可行的设计方案,以供参考。
解焕阳[3]2015年在《镁合金及先进高强钢电脉冲辅助塑性成形性能研究》文中提出近年来为满足汽车轻量化的要求,使用镁合金、先进高强度钢(Advanced High Strength steel,AHSS)等轻型材料来制造汽车零部件越来越受到各大车企的重视。然而,镁合金为密排六方的晶格结构,室温塑性变形能力较差;先进高强钢较高的流变应力,导致其成形力较大;同时,镁合金较低的弹性模量、先进高强钢较高的屈服强度,导致二者弯曲变形时回弹严重。这些问题严重制约了这两种轻型材料在汽车工业中的应用。迫切需要针对这些轻型材料开发新的冲压工艺。电塑性成形技术是指材料变形时在其塑性变形区施加电流,以降低材料的变形抗力、提高材料塑性的成形技术。该技术已经成功地应用在拔丝、轧制等成形工艺上,并取得了良好的效果,同时电流对材料内部的晶粒细化、损伤修复以及表面质量的改善具有积极作用。因此,将电塑性成形工艺应用于轻型材料的冲压工艺中,有着很好的应用前景。尽管电塑性成形技术已经过多年的研究,然而相关的理论模型和实际应用的研究尚不够充分。理论模型方面,有学者根据材料的物理机理提出了一些流动应力的模型,但该类模型旨在描述电塑性效应的物理意义,不便于工程应用。另一方面,电塑性冲压工艺的探索也刚刚起步,相关理论和技术都有待研究。针对以上问题,本文开展了以下工作:(1)通过AZ31B镁合金和DP980 AHSS的电脉冲单向拉伸实验和等温无电单向拉伸实验,研究了脉冲电流对材料流变行为的影响,证实了电塑性效应能降低AZ31B镁合金的流动应力、改善其塑性,发现了DP980 AHSS的“反电塑性”效应;基于微观组织分析,解释了观察到的现象,阐明了脉冲电流对材料微观组织的影响。通过修改Johnson-Cook流动应力模型,建立了AZ31B镁合金考虑脉冲电流影响的电塑性流动应力模型,并通过实验验证了模型的正确性。(2)通过AZ31B镁合金和QP980 AHSS的电脉冲应力松弛实验和等温无电应力松弛实验试验,研究了脉冲电流对材料应力松弛行为的影响,分析了温度对QP980高强度钢板应力松弛行为的影响,指出了适合该材料电脉冲松弛的合适温度;通过金相分析,解释了脉冲电流对镁合金应力松弛的作用机理;基于蠕变力学基本理论,推导并建立了考虑脉冲影响的AZ31B镁合金和QP980AHSS的应力松弛模型,通过实验检验了模型的正确性。(3)采用平面应变假设,基于考虑脉冲影响的AZ31B镁合金和QP980AHSS的应力松弛模型与Mises屈服准则,将单轴应力状态下得到的应力松弛模型扩展到多轴应力状态,建立了电脉冲辅助的V形弯曲回弹角的预测模型,并通过实验验证了模型的准确性。通过微观组织分析,对电脉冲抑制回弹的机理进行了探讨。(4)基于脉冲电流有利于降低流动应力、改善材料的塑性等优点,研发了若干脉冲电流辅助的典型塑性成形工艺,包括:电脉冲辅助的圆筒形件拉深工艺、滚轮包边工艺和扩孔工艺。工艺考虑了成形动作的实现、脉冲电流的流通路径和绝缘等设计要素,成功地将脉冲电流引入材料的塑性变形区,明显地改善了材料塑性变形能力。上述工艺为塑性相对较差或者难成形材料的塑性成形提供了新的思路,具有较好的应用前景。
李大龙[4]2014年在《电塑性效应中金属流动应力的理论及实验研究》文中提出电流所导致的金属在塑性变形过程中变形抗力下降，延伸率增加的现象被称为金属的电塑性效应。利用电塑性效应可大幅度地降低金属的加工硬化速率，减免常规塑性加工工艺中必须采用的软化退火、酸洗等工序，改善产品表面质量，提高成材率，电塑性效应有望在轧制、辊压、冷拔等金属的塑性加工中得到广泛的应用。但是，迄今为止人们对于金属电塑性效应的作用机理还不十分清楚，电塑性加工过程的理论分析和计算已经成为该技术推广的瓶颈。目前，国内外许多学者都在对金属的电塑性效应进行深入的研究，一旦能够在生产中应用电塑性效应，必将大大提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，这对于工业生产意义十分重大。因此，开展这方面的探索性工作对于加深电塑性效应的认识，促进相关工艺技术的发展和有效应用有着很强的理论意义。本文从位错滑移动力学、自由电子理论和量子理论三个方面深入研究电流导致金属流动应力降低的机理问题。以定向漂移的电子引起金属位错滑移所需激活能发生变化为出发点，研究定向漂移的电子与位错之间的能量交换量。基于位错热激活滑移速率公式，推导了电流作用下金属应变速率变化量的理论计算公式，得出了电流导致金属流动应力降低现象的本质为电流对金属的应变速率产生了影响的论断。利用实验数据回归了金属铜丝无电拉伸条件下的塑性变形过程的本构方程，综合考虑电流对该方程中应变速率和温度的影响，得出了金属铜丝电塑性拉伸条件下流动应力的理论计算公式，依据理论计算公式分析得出了电塑性效应中电流参数和物理参数对金属流动应力的影响规律。为了验证理论推导结果的准确性，进行了金属丝材的电塑性拉伸实验，将实验结果与理论计算结果进行了对比分析。本文的研究结果不仅为定量地分析电塑性效应中金属的流动应力提供了方法，而且为电塑性效应的工程应用奠定了理论基础。本文依据金属电塑性加工过程的实际需要，自行研制了脉冲电流发生装置，该装置采用了性能好、功率大的GTR模块控制电流回路的开启，利用多位波段开关控制并联的多路电路，从而在回路中实现了更大功率的脉冲电流。超低频示波器对脉冲电源输出电流的实测波形显示，该脉冲电流具有电流峰值大、波形好的特点，更好地满足了电塑性加工和理论研究对电源装置的要求。在电塑性效应机理研究的基础上，结合丝材带模拉拔的实际生产过程，建立金属丝材电塑性拉拔成型过程的数学模型，通过理论求解的方法对金属的电塑性拉拔变形过程进行了力学分析。最后，实验研究铜丝的电塑性拉拔过程，并将实验研究结果与理论计算结果进行了对比分析。
李大龙[5]2005年在《电塑性效应对金属流动应力的影响机理及实验研究》文中提出在金属压力加工中,利用电塑性效应可降低金属变形抗力,增加金属成型极限,改善产品表面质量。同时,电塑性效应的产生能使金属中残余应力显著下降,可以被用来作为一种消除局部应力、提高工件质量的新工艺。目前,人们对电塑性效应的机理还不十分清楚,电塑性加工过程的理论计算更是该技术推广的瓶颈。因此,研究电塑性效应机理和其工艺参数的计算方法具有十分重要的意义。本文介绍了国内外电塑性效应的研究历史及现状。通过分析单脉冲电流对金属流动应力的影响,推导了单脉冲电流作用下金属流动应力的计算公式,得出了电塑性效应对金属流动应力的作用本质是电流对金属应变速率产生了影响这一论断,为研究电流对金属流动应力影响提供了理论依据。本文自行研制了电塑性实验用脉冲电流发生器。该发生器用555时基集成电路和达林顿管来控制电路的导通与截止,产生脉冲电流,满足了电塑性效应实验中对脉冲电流强度、频率和脉宽的要求。为了验证计算结果的正确性,进行了铜丝的电塑性拉伸实验研究,得出了电塑性效应发生时,电流密度、温度、应变程度和应变速度对金属流动应力下降值的影响规律。
杨阳[6]2012年在《高频脉冲电流对轧制变形抗力的影响》文中提出金属的塑性加工方式有多种，其中材料的电塑性加工技术是在材料加工变形过程中通过高能脉冲电流的一种新型加工方法。其机理主要是脉冲电流给予金属原子能量，使其内部位错活动增强，因此降低了金属的变形抗力，增强了其塑性变形的能力。电塑性效应改变传统加工工艺的同时，也改善了产品的机械性能。借鉴先前学者们所做研究，我们自行组建了一套电塑性轧制实验系统。通过实验调试，我们发现实验设备有需改进之处，主要是传感器的屏蔽问题。本实验数据主要依靠传感器信号输出，因此传感器抗干扰能力成为实验的关键。保证信号采集准确无误，得出的数据才是科学有效的。为了确定电脉冲的电流密度、电压、脉宽、频率等参数，我们进行了电参数调试，最终找到了适合进行电塑性轧制的参数组合。通过监测不同电压、不同频率下Zr合金的轧制力变化，我们总结出了电脉冲与变形抗力之间的关系。本文还研究了在电塑性轧制过程中，轧件的焦耳热效应。为了证明焦耳热效应对金属变形抗力的影响不是主导因素，我们进行了现场测温和模拟计算，最终排除了焦耳热对电塑性效应的影响。
刘超[7]2013年在《脉冲电流下GH4169合金高温变形行为及动态再结晶的研究》文中研究指明高温合金优越的高温性能,使其在航空、航天等众多工业领域占据了重要位置。随着对其性能要求日益提高,其合金化程度也随之提高,带来了元素偏析严重、工艺过程复杂、材料变形困难等问题。而传统的粉末冶金法、热包套变形技术虽在一定程度上克服了加工变形困难和易产生裂纹的缺点,但仍未能解决合金本身热加工变形困难的问题。因此探索新的塑性加工原理和方法,对解决高温合金难变形问题意义重大。电塑性效应自发现以来就一直被人们所关注,其在镁合金、不锈钢等材料塑性加工研究中已有诸多成果。同时,国内外学者也研究了电脉冲下纯铜、黄铜、镁合金及铝锂合金等的再结晶过程,发现电脉冲具有显著降低再结晶起始温度、提高再结晶形核率和细化再结晶晶粒的作用。目前,关于电脉冲下难变形高温合金变形抗力及再结晶行为的研究鲜有报道。已有研究多集中在能够使变形抗力下降的具体工艺,而对电脉冲影响塑性变形的微观机制探讨很少。高温合金具有合金元素种类多、合金元素含量高、相复杂等特点,因此研究电脉冲影响高温合金塑性变形规律及机理更具有代表意义。为此,本文将脉冲电流引入到GH4169合金的高温变形过程,考察了不同脉冲电流对其高温变形性能及动态再结晶的影响。研究发现,一定范围内随变形温度升高,变形抗力下降。850℃拉伸试验及950℃压缩试验表明,电脉冲引起变形抗力下降,促进动态再结晶,随脉冲电流密度增加,变形抗力下降幅度增大,同时,动态再结晶受到的促进作用也更为显著。对850℃下,拉伸变形14%的试样进行分析表明,随电脉冲密度增大,晶界弓出更加明显,当电脉冲密度增大至4.5 kA/mm2时,动态再结晶形成的晶粒的晶界发生弓出,这是由于随形变继续,新晶粒内部畸变能升高,引发了新一轮的动态再结晶。变形温度升高,热激活作用增强,原子动能增大,滑移系临界分切应力下降,引起变形抗力降低。同时,位错交滑移和攀移以及动态再结晶等因素也在一定程度上降低了变形抗力。合金变形过程中施加脉冲电流,在电脉冲电子风力、机械力推动下,位错运动加快；同时由于电脉冲可降低位错与障碍的结合能,或降低含缺陷晶格中的能垒,进而可进一步降低变形抗力,提高塑性。电脉冲能够增加位错可动性,促进原子扩散,使位错攀移进入亚晶界过程加快,加快晶界角度长大速度,缩短再结晶形核时间。同时,脉冲电流降低原子跃迁的能量势垒,降低动态再结晶激活能,从而促进动态再结晶过程。
张伟[8]2010年在《高密度电脉冲下GH4169合金塑性变形行为研究》文中研究指明高温合金具有良好的高温强度和优异的综合性能,在航空、航天等众多工业领域占据不可替代的重要位置。随着对其性能和质量要求的不断提高,高温合金合金化的程度也日益增加,带来了元素偏析严重、工艺过程复杂、材料变形困难等诸多问题。寻找新的塑性加工原理和工艺对于解决高温合金的难变形等问题显得尤为重要。利用铜等金属材料塑性变形过程中在电的作用下变形抗力降低、塑性增加的独特效应,参考电塑性拉拔、电塑性轧制技术在不锈钢丝、镁合金及钛合金中的研究和应用成果,作者所在团队展开了脉冲电流在难变形高温合金塑性变形过程中的试验探索和研究。然而,电脉冲效应在高温合金领域的应用尚无先例,以往的应用成果也多集中于变形抗力下降的工艺研究,对于脉冲电流影响塑性变形的微观机制探讨甚少,特别对于高温合金这样合金元素种类多、合金元素含量高、相析出复杂的合金。因此,研究电脉冲效应影响高温合金塑性变形的规律和微观作用机理,显得尤为重要。为此,本研究设计并进行了在施加脉冲电流条件下的GH4169合金室温及高温拉伸试验,考察了不同脉冲电流参数对其拉伸性能、塑性变形行为及微观组织的影响。研究发现,室温拉伸试验中,施加了脉冲电流的GH4169合金试样相比于未施加脉冲电流的试样变形抗力和抗拉强度出现了明显的下降,并且下降的幅度随着脉冲电流密度的增大和频率的升高而不断增大。在840A/mm2,2Hz,30μs的脉冲电流条件下,合金的最大变形抗力相较无电流拉伸时下降了14%。合金的微观分析发现,脉冲电流的施加使拉伸试样位错密度得到了显著的降低。研究表明,800℃高温拉伸中,脉冲电流作用下GH4169合金的强度与未加脉冲电流常规拉伸情况下相比显著降低,合金的断裂延伸率显著增加。施加4kA,10Hz,30μs的脉冲电流拉伸变形,合金的抗拉强度比未加脉冲电流的相同温度常规拉伸降低77.8%,而断裂延伸率增加幅度达到750.2%。分析表明,脉冲电流的施加显著降低了GH4169合金在拉伸变形时的动态再结晶温度,使合金在较低温度拉伸时就发生了动态再结晶。
赵达[9]2013年在《电塑性效应对AZ31镁合金流动应力的影响》文中指出材料的流动应力模型用于表征材料流动应力与其他参数之间的关系，它为金属塑性变形过程中的工艺设计和控制提供了理论依据。为了更精确的描述流动应力与应变速率、等效应变和变形温度等变形参数之间的函数关系，从而实现更快速的实现加工工艺的设计计算与更精确的塑性加工仿真精度，在塑性加工研究领域，很多学者都对材料的流动应力模型进行了研究。材料在电的刺激（包括电子束照射、脉冲电流和电场）下，发生变形抗力变低，塑性变好的现象，称之为电塑性效应。镁合金室温下很脆，较难承受塑性加工，而电塑性效应可以帮助镁合金在进行塑性变形时，降低变形抗力，提高塑性。因此，充分利用电塑性效应来提高材料的成形性能，并且研究镁合金电塑性成形下流动应力模型以指导材料的变形分析非常必要。本文基于电塑性拉伸的实验，采用控制变量的方法，得到镁合金材料的应力-应变曲线，并研究镁合金在电塑性效应下的变形行为，得出了电塑性效应发生时，充电电压、通电频率、应变速率和温度对金属流动应力下降值的影响规律。并对Fields-Backofen的本构方程进行修正，提出了AZ31镁合金流动应力的关系式，充电电压、通电频率、应变速率和温度的变化都决定了镁合金流动应力关系式。本文还通过电塑性滚轮包边实验，验证了AZ31镁合金进行电塑性滚轮包边的可行性。
周雪[10]2013年在《电塑性效应对DP980高强钢应力松弛与弯曲回弹性能的影响》文中指出汽车轻量化已成为世界各国汽车和相关原材料行业的研发热点，而在车身制造中大量采用先进高强钢板取代传统钢板是目前最为行之有效的方法，DP980是1000MPa级先进高强钢，强度高，成形力大，回弹严重。电致塑性效应是.指材料在电流作用下，变形抗力.下降，塑性明显提高的现象。研究表明，电流还可以产生细化晶粒、延缓马氏体相变、修复材料损伤等效果。因此，将电塑性效应应用于改善先进高强钢的成形性能，消除回弹，提高模具寿命，有着很好的应用前景。本文对将电塑性效应应用到先进高强钢冲压进行了初步的探索性实验研究。具体工作包括：1．对DP980为代表的双相钢的性能做了简要的介绍，总结了电流对改善金属性能方面的研究工作，以此说明了将电塑性效应应用于改善先进高强钢成形性能的可行性。2．进行了电塑性单.向拉伸实验，对DP980在脉冲电.流作用下的拉伸性能做了实验研究，并与冷拉的实.验结果进行对比，分析了脉冲电流对于DP980.拉伸性能的影响，总结了电参数对DP980.拉伸性能的影响规律。3．进行了电塑性应力.松弛实验，对DP980在脉冲电流下的应力松弛行为.做了实验研究，并与不通电时的实验结果进行对比，分析了脉冲电流对于DP980应力松.弛行为的影响，总结了电参.数对DP980应力松弛的影响规律。针对实验过程中热效应的影响进行了补充实验分析，对实验结果进行了补充。4．进行了电塑性V形弯曲实验，对DP980在脉冲电流下的V形弯曲回弹及弯曲力做了实验研究，并与冷弯、冷完后后通电的实验结果进行了对比。分析了脉冲电流对于DP980弯曲回弹及弯曲力的影响，总结了电参数对其影响规律。
参考文献：
[1]. 电塑性效应在拔丝工艺中的应用及微观机理分析[D]. 张锦. 清华大学. 2000
[2]. 电塑性拔丝加电装置设计的理论分析及数值模拟[D]. 刘周同. 燕山大学. 2011
[3]. 镁合金及先进高强钢电脉冲辅助塑性成形性能研究[D]. 解焕阳. 上海交通大学. 2015
[4]. 电塑性效应中金属流动应力的理论及实验研究[D]. 李大龙. 燕山大学. 2014
[5]. 电塑性效应对金属流动应力的影响机理及实验研究[D]. 李大龙. 燕山大学. 2005
[6]. 高频脉冲电流对轧制变形抗力的影响[D]. 杨阳. 燕山大学. 2012
[7]. 脉冲电流下GH4169合金高温变形行为及动态再结晶的研究[D]. 刘超. 东北大学. 2013
[8]. 高密度电脉冲下GH4169合金塑性变形行为研究[D]. 张伟. 东北大学. 2010
[9]. 电塑性效应对AZ31镁合金流动应力的影响[D]. 赵达. 上海交通大学. 2013
[10]. 电塑性效应对DP980高强钢应力松弛与弯曲回弹性能的影响[D]. 周雪. 上海交通大学. 2013
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